基于超高频的局部放电在线监测系统的研究与开发

摘要

随着国家电网的发展，封闭式气体绝缘组合电器(Gas Isolated Switcher GIS)被大量用在高压输配电系统中，它具有受外界影响小，运行稳定，检修周期长等诸多优点。对GIS的运行故障长期调查显示:绝缘损坏是造成GIS故障的主要原因。局部放电既是绝缘劣化征兆，又是加速绝缘劣化的主要原因，可以通过对局部放电的分析有效的了解GIS的绝缘状态。IEEE推荐在线局部放电检测是唯一有效绝缘实验，因此对GIS开展局部放电在线监测具有重要意义。
　　对局部放电检测常见方法进行对比，确定本文采用超高频检测方法。超高频检测方法具有测量频率高，抗干扰性强，检测灵敏度高等特点在GIS局部放电监测中处于重要位置。从机理上进行分析研究局部放电产生的原因，列举造成这种现象的主要外在因素。分析电磁波在GIS内传播路径和基于最小光程差的局部放电定位原理，介绍局部放电表征参数。
　　在研究集中式监测系统不足的基础上，致力于研发一套采用分布式结构的局部放电检测系统。数据的采集与处理在就地处理单元完成，在上位监测中心实现故障类型的判断，放电位置的定位。各个就地处理单元功能独立，个别单元的损坏和退出不会影响到上位机的正常工作，提高了系统运行的稳定和检测的灵活性。
　　由于不同故障放电产生的信号其包络曲线不同，数据就地处理单元利用包络检波方式对超高频信号进行降频处理，解决超高频信号和采集系统之间的矛盾。以高速DSP为核心通过控制相关电路完成信号放大、滤波、采集，存储，并把经算法处理的数据上传到上位监测诊断中心。设计4种GIS常见放电现象的故障模型进行试验，采集放电信号的包络波形，以包络信号的特征为基础展开局部放电的模式识别和故障诊断。以小波包分解，核主元分析的方法提出包络曲线的特征信息，然后用BP神经网络对特征信息进行分类以验证该方法的有效性。系统软件开发分上位和下位两个模块，下位DSP系统的信号处理算法、控制程序的开发在CCS集成开发环境下以C语言完成，上位诊断分析软件的开发以面向对象的可视化开发工具VC++完成。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 封闭式气体绝缘组合电器概述

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 GIS局部放电检测方法

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 本文主要研究内容和组织工作

1．6 本章小结

第2章 局部放电及超高频信号

2．1 局部放电及产生的原因

2．2 局部放电超高频信号传播机理

2．3 局部放电超高频检测的定位原理

2．4 局部放电的表征参数

2．5 本章小结

第3章 局部放电在线监测系统的硬件开发

3．1 系统开发的技术目标

3．2 局部放电在线监测系统方案选择

3．3 检测系统硬件结构

3．4 数据处理单元

3．4．1 TMS320F28335芯片介绍

3．4．2 CPU最小系统

3．4．3 电源模块

3．4．4 复位电路及JTAG接口电路的设计

3．4．5 外扩RAM的设计

3．4．6 串口电路设计

3．5 信号调理单元

3．5．1 信号放大

3．5．2 带通滤波器设计

3．5．3 包络检波电路设计

3．6 信号采集单元

3．6．1 A／D采样模块设计

3．6．2 采样数据存储

3．7 系统抗干扰性设计

3．8 本章小结

第4章 基于小波包变换核主元分析方法提取包络信号特征

4．1 局部放电超高频包络信号的检测

4．2 小波包分解的故障特征提取

4．2．1 小波包分解原理

4．2．2 最优小波包基的选择

4．2．3 包络信号的故障特征提取

4．4 基于核主元分析的包络信号特征向量降维处理

4．4．1 算法原理

4．4．2 用KPCA法对包络信号进行降维处理

4．5 应用BP神经网络对超高频包络信号模式识别

4．6 本章小结

第5章 超高频局部放电检测系统的软件开发

5．1 就地处理单元程序设计

5．1．1 DSP程序的开发环境

5．1．2 DSP中断系统

5．1．3 高速数据采集模块

5．1．4 数据存储模块

5．1．5 串口通信模块

5．2 上位监控软件设计

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录