发电机定子绕组局部放电超声波检测系统研究

论文摘要

发电机是电力系统中重要的电气设备,发电机故障主要是由绝缘引起,这些绝缘故障将威胁电力系统的安全稳定运行。通过对发电机定子绕组局部放电进行在线监测,可以判断发电机定子绝缘状况,并且可以提前发出警报,防止事故发生,对整个电力系统的稳定、安全、可靠运行有着重大意义。本文研究出一种发电机定子绕组局部放电在线监测系统。该系统是以超声波传感器作为现场敏感器件,测量局部放电产生的超声波信号,并对信号进行放大,滤波,电平抬升,A/D模数转换,以及通用串行总线传送数据,并对结果进行分析处理,提取出局部放电特征量。使用Keil C软件编写了下位机程序,完成单片机的初始化、A/D转换、下位机USB程序,并通过USBXpress软件来获取相关的驱动程序以及API函数,实现下位机和上位机之间的USB数据通信。基于虚拟仪器技术,结合超声波检测终端,在LabVIEW平台上开发了发电机定子绕组局部放电超声波检测软件系统。系统实现局部放电数据的接收、解码、分解和重组处理,在人机交互界面下图形化显示局部放电波形。开发了一套基于虚拟仪器的局部放电信号的小波分析软件,进行局部放电信号小波分析。建立局部放电数据库管理,实现数据库信息查询。利用该系统对模拟局部放电信号产生的超声波在发电机定子中传播情况和发电机定子绕组的局部放电超声信号进行检测,并对不同位置放电源的检测结果进行对比,分析局部放电产生的超声信号在发电机定子中传播特性。系统成功地检测出发电机定子线棒产生的局部放电超声波信号,并利用小波去噪提取出超声波信号。实验结果表明利用超声波检测发电机定子绕组局部放电是可行的,设计的检测系统具有较高的灵敏度和稳定性,为进一步得出局部放电产生的超声信号特征和绝缘故障之间的对应关系奠定基础。该系统进一步完善之后可指导相关人员检测发电机运行状态,及时发现故障点,有计划进行检查和维修,保证发电机正常安全运行,降低社会经济损失。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 大型发电机局部放电在线监测研究现状
• 1.2.2 超声波检测研究现状
• 1.3 本论文主要工作
• 2 局部放电超声波检测的理论基础
• 2.1 发电机局部放电产生的机理及类型
• 2.1.1 内部放电
• 2.1.2 端部放电
• 2.1.3 槽部放电
• 2.1.4 电弧放电
• 2.2 发电机局部放电特性分析
• 2.2.1 发电机放电典型特征
• 2.2.2 故障放电脉冲在发电机中的传播特性
• 2.3 局部放电及其产生超声波机理
• 2.4 本章小结
• 3 超声波检测系统硬件平台
• 3.1 系统结构框架
• 3.2 传感器部分
• 3.2.1 压电效应
• 3.2.2 压电传感器等效电路
• 3.2.3 压电传感器的选型
• 3.3 模拟信号处理模块
• 3.3.1 放大电路模块
• 3.3.2 滤波电路模块
• 3.4 电源转换模块
• 3.5 数字电路处理模块
• 3.5.1 电平抬升电路
• 3.5.2 数据采集终端
• 3.5.3 通用串行总线模块
• 3.6 本章小结
• 4 检测系统下位机软件设计
• 4.1 单片机软件设计
• 4.2 数据采集与处理程序
• 4.2.1 Keil 开发软件
• 4.2.2 主程序设计
• 4.2.3 A/D 转换程序
• 4.3 通用串行总线
• 4.3.1 通用串行总线系统结构
• 4.3.2 通用串行总线程序设计
• 4.4 本章小结
• 5 检测系统上位机软件开发
• 5.1 LabVIEW 软件平台
• 5.2 系统界面设计
• 5.2.1 数据接收设计
• 5.2.2 软件主界面
• 5.3 局部放电信号的小波分析
• 5.3.1 小波分析理论
• 5.3.2 局部放电超声波信号仿真及分析
• 5.4 系统数据库管理
• 5.4.1 利用DSN 链接数据库
• 5.4.2 创建（删除）表格
• 5.4.3 数据信息存储程序
• 5.4.4 数据库信息查询
• 5.5 本章小结
• 6 发电机局部放电超声波检测系统运行试验
• 6.1 高压局部放电超声波检测
• 6.2 系统运行试验
• 6.2.1 发电机局部放电模拟试验
• 6.2.2 发电机线棒局部放电试验
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读学位期间发表的论文目录