绝缘劣化状态嵌入式智能测试记录技术研究

摘要

绝缘材料和绝缘结构（后简称为绝缘）的绝缘性能对电子/电气设备的绝缘性能有直接影响。绝缘失效是造成电气设备失效的主要原因之一。绝缘劣化是一种长期应力损伤累积的渐进随机过程，通常需要几年到几十年时间。为了缩短时间，以取得绝缘新材料新工艺、或新绝缘系统的寿命信息，往往使用加速老化试验方法。由于绝缘劣化过程中，绝缘承受的应力情况非常复杂，绝缘寿命不再是时间的线性函数。以往在加速老化条件下的研究能大致反映绝缘劣化和绝缘剩余寿命规律，但接近自然环境和在电气设备实际运行时，绝缘存在一定程度的疲劳损伤后，绝缘劣化及剩余寿命规律还有待进一步探索。当前的绝缘寿命评估，主要采用破坏性的试验方法。在相近的加速老化应力条件下，比较基准式样和待测试样的性能，用以评估式样性能的改善程度。还有一类应用，需要利用运行中记录的特征参量，用非破坏性方法，预估在用电气设备的剩余寿命，这就需要建立剩余寿命预测模型。
　　为了准确研究绝缘劣化规律，获得所需要的寿命信息、建立剩余寿命模型，就需要在绝缘老化寿命试验中，记录全寿命过程与绝缘劣化及剩余寿命有关的信息。即使是加速老化寿命试验，它的试验过程也需要数小时到数百小时。由于绝缘劣化的特点，除局部放电导致的突跳外，上述信息是缓慢变化的，如果采用直接存储的方式会造成存储材料的浪费。此外，局部放电、边沿过渡等尖峰脉冲信号需要较高速率的采集装置。针对绝缘老化试验的需要，本文研究和制作了绝缘老化试验参数的采集记录装置。首先，分析了绝缘老化试验数据采集信号的特征和变化特点，得到高速数据采集装置的采集速率、通道带宽和存储容量等设计要求。然后为减小数据存储的冗余度，根据采集信号变化特点，提出一种智能压缩记录算法。最后研制了一种以Cortex-M7（ARM）为控制器内核的数据采集记录装置。硬件系统利用80MHz高速模数转换芯片ADC10080和高速数字隔离芯片ADuM240/241实现双通道隔离信号采集电路。利用CPLD产生通道选择信号，微控制器的可变存储器控制器（FSMC）读取数据的来源。利用本文设计的智能压缩记录算法，将采集的数据压缩存储至外部扩展的Nand Flash存储器中，同时采集的数据波形和相关参数显示在LCD上。软件使用任务调度的思想完成功能模块的执行和切换。
　　完成软硬件设计，制作样机并调试后，首先在等效电容和绝缘电阻硬件平台上进行实验。通过改变方波脉冲参数和电路元器件参数，分别验证方波脉冲和回路电流的压缩记录方法。然后在0.25mm的聚酰亚胺薄膜预老化试样下，进行实验，直至绝缘失效。经过初步实验测试，该数据采集记录装置能够完整记录绝缘老化过程中的实验参数，并能够捕捉快速脉冲信号，基本达到了预期目标。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3研究目标及研究内容

第二章 基本技术和原理

2.1 脉冲电应力绝缘加速老化寿命试验原理

2.2 记录信号特征

2.3 采样定理

2.4 滤波算法

2.5 采样方式

2.6 压缩存储

2.7 波形显示

2.8 本章小节

第三章 总体设计和智能压缩记录方法

3.1 总体设计思路

3.2 智能压缩存储

3.3 本章小节

第四章 硬件设计和实现

4.1 硬件设计基本要求和指标

4.2 硬件总体设计

4.3 隔离数据采集记录模块

4.4 核心控制模块

4.5 人机交互模块

4.6 本章小结

第五章 软件设计和实现

5.1 软件开发环境

5.2 硬件初始化

5.3 应用软件设计和实现

5.4 本章小结

第六章 调试与实验测试

6.1 软件调试

6.2 硬件调试

6.3 实验测试

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 未来研究工作与展望

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢