输电线路状态参数在线监测的取能电源及系统设计研究

论文摘要

输电线路的电压等级的不断升高,容量的不断增大,必然对输电线路运行状态的安全性提出了更高的要求。人们经过详尽的理论分析和大量的实验,发现输电线路的运行状态与一些气象学、力学、电学等方面的参数有密切的关系,这些参数称为“状态参数”。因此,研制一套测控系统,使其能够尽可能全面的实时监测输电线路状态参数,并将所测参数提供给运行部门,成为目前的研究热点。对输电线路状态参数进行在线监测,其电源的供给是关键问题之一。目前采用的供电方式各有缺点,本文研究与开发了一种从高压导线获取电能的供电方式(简称“取能电源”)。针对现有取能电源普遍存在的取能线圈易于深度饱和、热耗大,以及电路复杂等问题,提出了一种新的取能线圈设计原理。为取能线圈引入气隙磁阻,通过定量分析与仿真实现对取能线圈的结构、铁芯材料、绕组匝数、气隙长度等参数的合理匹配,从而在电源最前端解决了现有技术存在的问题。基于此取能线圈研制了一台电源,整体测试表明,电源能在导线电流正常变化范围内工作于非饱和、低热耗状态,并提供稳定的输出。对线路出现异常大电流可能给电源可靠性产生影响的问题作出了分析,并提出了提高电源工作可靠性的具体措施。短路和冲击试验表明,本文采取的措施可抑制异常大电流导致的电动力及过电压的破坏作用。此外还探讨了提高取能电源输出功率的方法,为取能线圈建立等效电路模型,经过推导发现了输出功率与线圈匝数、起动电流的函数关系,为日后取能电源满足大带载能力的要求提供指导。在取能电源的研究基础上,本文研制了一套输电线路状态参数在线监测系统,通过软件、硬件的设计,实现了对绝缘子泄漏电流、导线温度、环境温度和相对湿度、导线张力等状态参数的在线监测,另外设计了日历时钟模块,为参数配备了时间信息,并打包存储在外部存储器中,数据最终通过GPRS通信传送到地面监控主机。大量试验表明,该技术能准确、有效的对输电线路状态参数进行远程实时监测并完成数据传输,取得了输电线路状态参数在线监测系统研究的阶段性成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 在线监测系统的电源
• 1.2.2 输电线路状态参数监测技术
• 1.3 本文主要研究工作
• 2 监测系统取能电源的研究
• 2.1 概述
• 2.2 取能线圈的设计
• 2.2.1 理论分析
• 2.2.2 取能线圈结构及参数的计算
• 2.2.3 仿真分析
• 2.3 取能电源电路设计
• 2.3.1 总体结构
• 2.3.2 整流滤波电路
• 2.3.3 中央电源管理单元
• 2.3.4 隔离DC‐DC 转换
• 2.3.5 过压保护
• 2.3.6 冲击保护
• 2.4 取能电源测试
• 2.4.1 取能线圈的测试
• 2.4.2 电源输出性能测试
• 2.5 提高输出功率的方法
• 2.5.1 等效电路
• 2.5.2 参数计算
• 2.6 小结
• 3 输电线路状态参数在线监测系统的硬件设计
• 3.1 概述
• 3.2 导线温度监测
• 3.2.1 温度传感器
• 3.2.2 接口电路及连接方式
• 3.3 绝缘子泄漏电流监测
• 3.3.1 泄漏电流传感器
• 3.3.2 放大电路
• 3.4 环境温湿度监测
• 3.5 导线张力监测
• 3.6 实时时钟与外部存储器
• 3.7 GPRS 通信模块
• 3.8 小结
• 4 输电线路状态参数在线监测系统的软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 开发系统简介
• 4.3 绝缘子泄漏电流采集计算模块
• 4.3.1 A/D 转换
• 4.3.2 泄漏电流的计算
• 4.3.3 程控放大器增益的控制
• 4.4 环境温湿度模块
• 4.5 导线温度模块
• 4.6 导线张力模块
• 4.7 实时时钟模块
• 4.7.1 写时钟数据
• 4.7.2 读时钟数据
• 4.8 NVSRAM 读写模块
• 4.8.1 读写操作
• 4.8.2 数据组的存储格式
• 4.9 GPRS 通信模块
• 4.10 小结
• 5 系统的实验结果
• 5.1 概述
• 5.2 功耗及联机测试
• 5.2.1 功耗测定
• 5.2.2 联机测试
• 5.3 绝缘子泄漏电流监测实验
• 5.4 导线张力测量实验
• 5.5 高电位运行实验
• 5.6 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：