铁路MOA在线监测系统研究

论文摘要

我国电气化铁路发展迅速，目前已超过两万公里，因此保证铁路的安全运营意义重大，金属氧化物避雷器(MOA)因具有优异的伏安特性，被广泛的用于电气化铁路中来保证供电的可靠性，铁道牵引供电系统中高次谐波含量大，频率不稳，电压波动，干扰源多等问题，都会影响甚至危害MOA，MOA一旦失效，会对铁路供电可靠性造成很大威胁，因此对MOA进行在线监测无论是保证它本身安全或是铁路的正常运营都具有重要意义，虽然电力系统的MOA在线监测技术已是比较成熟的技术，但铁路MOA在线监测却是一个全新的课题，因此进行铁路MOA在线监测的研究还具有开创性的意义。本文首先简单介绍了电气化铁路的现状和特点，然后引入了MOA的概念及其工作原理，对MOA性能分析可知，MOA在正常的运行状态下，流过的电流很小，但是当避雷器损坏时，容性电流变化不大，阻性电流却大大增加。因此采取阻性电流监测是一种比较有效的方法，故系统采用监测阻性电流的方法来判断MOA的健康状况；考虑到铁路MOA与电力系统MOA的工作环境虽然不同，但监测原理相同，故本文对国内外电力系统中MOA在监测研究技术中的存在的难点进行分析和总结，针对到铁路牵引供电系统中高次谐波含量大、干扰源多等问题，本文研究了提升小波理论，对信号进行去噪和滤波，还研究了相关分析法在信号相关性计算中的优势，并把它们和传统的基波测量法结合起来应用于系统中，形成了改进的基波测量法，相比传统的基波分析法，它可以避免了傅立叶变换提取不准确造成的频谱泄漏现象，并有效的去除了干扰和噪声。其次，在对提升小波的去噪、滤波功能进行大量的MATLAB仿真分析及系统电路PSPICE仿真分析的基础上，本文完成了铁路MOA在线监测系统的软硬件设计及上位机监控界面的编写。本监测系统包括三部分：上位机、下位机和通信电路，其中上位机是主控部分，它主要完成对下位机的控制、和监控界面功能；下位机是在线监测系统中用来测量阻性电流的主体部分，它是以DSP TMS320LF2407作为控制核心、软硬件结合的电路，主要负责完成系统信号的采集、滤波、消噪等数据处理及对上位机的通信功能；通信功能选用CAN作为通信总线来实现，它方便快捷，又便于系统的扩展。同时考虑到它处于铁路牵引供电系统复杂的干扰环境中，因此采取了硬件和软件相结合的双重抗干扰措施。最后，在实验室对铁路MOA监测系统的进行了模拟试验，通过系统自身精度试验、系统正确性试验和系统测量MOA阻性电流试验，证明本系统具有一定的精度，能够正确、可靠工作，满足工程测量的需要，

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 进行铁路 MOA 在线监测研究的意义
• 1.1.1 电气化铁路的发展概况
• 1.1.2 电气化铁道的组成及工作原理
• 1.1.3 电气化铁路的特点及供电要求
• 1.1.4 MOA的工作原理及其在电气化铁路中的应用
• 1.1.5 铁路 MOA 在线监测的意义
• 1.2 国内外 MOA 在线监测的发展现状及存在问题
• 1.2.1 国内外电力系统 MOA 在线监测技术的发展现状
• 1.2.2 铁路 MOA 在线监测存在的问题
• 1.3 铁路 MOA 在线监测系统的解决方案
• 1.4 铁路 MOA 在线监测的发展趋势
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 铁路 MOA 在线监测的原理与方法
• 2.1 MOA在线监测的基本原理
• 2.1.1 MOA性质简介
• 2.1.2 MOA在线监测原理
• 2.2 铁路 MOA 在线监测的影响因素及现有的解决办法
• 2.2.1 阻性泄漏电流在线数据的影响因素
• 2.2.2 解决方案
• 2.3 基于 DSP 的铁路 MOA 在线监测方法
• 2.3.1 基本原理与功能
• 2.3.2 系统总体结构
• 3 提升小波理论及相关分析法在铁路 MOA 监测系统中的应用
• 3.1 传统小波理论及其应用
• 3.1.1 小波的定义
• 3.1.2 小波变换
• 3.1.3 多分辨分析及 MALLAT 算法的应用
• 3.1.4 小波应用及其局限性
• 3.2 提升小波理论及插值小波
• 3.2.1 提升小波理论
• 3.2.2 基于插值细分法的提升小波
• 3.3 提升小波理论在监测系统中的应用
• 3.3.1 提升小波理论在消噪中的应用
• 3.3.2 小波的选择及边界点处理
• 3.4 数字仿真与分析
• 3.5 相关分析法求cosθ
• 3.5.1 相关分析法介绍
• 3.5.2 相关分析法计算cosθ原理
• 4 基于 DSP 的铁路 MOA 在线监测系统的硬件设计
• 4.1 概述
• 4.2 铁路 MOA 在线监测系统的总体工作原理
• 4.3 下位机硬件设计
• 4.3.1 信号采集电路设计
• 4.3.2 信号调理电路设计
• 4.3.3 基于 DSPTMS320LF2407 的外围电路设计
• 4.3.4 系统电源设计
• 4.4 基于 CAN 的通信电路设计
• 4.5 硬件抗干扰设计
• 5 基于 DSP 的铁路 MOA 在线监测系统的软件设计
• 5.1 概述
• 5.2 MOA 在线监控系统软件的总体设计
• 5.3 上位机主程序模块
• 5.4 下位机主程序及子程序的模块
• 5.4.1 下位机主程序模块
• 5.4.2 下位机子程序模块
• 5.5 CAN通信模块
• 5.5.1 总线的选择
• 5.5.2 CAN通信协议
• 5.5.3 通信模块的程序设计
• 5.6 系统监控界面
• 5.7 软件抗干扰设计
• 6 铁路MOA在线监测系统的试验
• 6.1 MOA的检测设备及试验方法
• 6.2 铁路 MOA 在线监测系统的试验设备与环境
• 6.3 系统自身精度测试
• 6.4 铁路 MOA 在线监测系统试验
• 6.4.1 铁路 MOA 在线监测系统自身正确性的验证试验
• 6.4.2 铁路 MOA 在线监测系统试验
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集