和谐型电力机车高压电压互感器在线监测系统的研究

摘要

随着我国经济的快速发展，我国铁路事业也正在进行着日新月异的变化。在快速发展的同时，如何保证机车在高速和越来越来复杂的路况中安全的运行己经成为目前铁路部门的工作重点。某型交流传动电力机车上的高压电压互感器是树脂浇注型干式互感器，主要实现接触网电压测量、功率计量和保护功能，它安装在机车车顶长期处在多变的环境下，时有烧损、开裂和爆炸的故障发生，甚至引起供电所跳闸，或炸断接触网引发行车事故。因此，研发适用于某电力机车的干式高压互感器的在线监测系统，对运行中的设备状态进行实时监测，记录监测参数并预警显示，这不仅对保障机车安全和铁路运输安全有重大的意义，也为提高互感器自身的可靠性及稳定性提供了定性分析的依据。
　　 本文主要的研究内容包括以下五个部分:
　　 (1)介绍了机车高压电压互感器的相关内容，通过对本文的研究背景及国内外现状的分析，提出了本文的研究内容、目的和意义。
　　 (2)介绍了对高压电压互感器在线监测方法的研究。互感器发生故障时的主要表现形式为网压虚高和设备体过热，根据互感器电气原理对故障机理进行深入分析，提出利用副边电压、原边电流及温度信号进行在线监测的可行性。
　　 (3)确定监测系统的硬件总体结构，选用STC12C5A60S2单片机作为系统的控制核心，扩展一系列功能电路。监测系统的硬件系统包括信号采集系统、接口电路、数据存储电路、显示电路及其他辅助电路。
　　 (4)介绍了基于嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的软件平台搭建。对嵌入式操作系统进行了介绍，完成μC/OS-Ⅱ在监测系统中的移植，建立监测系统软件的数据流模型，以此为依据对系统进行了任务划分和优先级确定。
　　 (5)介绍了监测系统的应用软件设计。采用模块化思想设计了信号采集任务、数据存储任务、数据拷贝任务、显示任务和预警处理任务。对系统功能进行验证，在MATLAB中对采集到的数据进行分析处理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 机车电力设备监测方法的发展

1．3．2 高压电压互感器检测技术的发展

1．4 本文的研究内容及方法

1．4．1 本文的研究内容

1．4．2 本文的研究方法

第2章 机车高压电压互感器在线监测的理论分析

2．1 机车高压电压互感器简介

2．2 机车高压电压互感器故障现象及其原因

2．2．1 高压互感器故障现象

2．2．2 网压虚高的特征及分析

2．2．3 高压电压互感器故障机理

2．3 机车高压电压互感器在线监测方法分析

2．3．1 高压电压互感器电气试验

2．3．2 在线监测参数的确定

2．3．3 监测系统功能需求分析

2．4 本章小结

第3章 监测系统的硬件系统设计

3．1 硬件系统总体结构

3．2 微控制器选型

3．3 信号采集系统设计

3．3．1 传感器的选型

3．3．2 测量原理介绍

3．3．3 信号采集电路设计

3．4 监测系统硬件电路设计

3．4．1 串行通讯电路

3．4．2 USB接口电路

3．4．3 显示电路

3．4．4 数据存储电路

3．4．5 其他电路

3．5 本章小结

第4章 基于μC／OS-Ⅱ的监测系统软件平台

4．1 μC／OS-Ⅱ功能介绍

4．2 μC／OS-Ⅱ在监测系统中的移植

4．3 基于μC／OS-Ⅱ的系统任务管理

4．3．1 监测系统程序分析建模

4．3．2 监测系统中的任务状态

4．3 本章小结

第5章 监测系统的应用软件设计

5．1 监测系统主程序设计

5．2 信号采集模块程序设计

5．2．1 电信号采集

5．2．2 温度信号采集

5．3 数据处理模块程序设计

5．3．1 数据存储

5．3．2 数据拷贝

5．4 显示预警模块程序设计

5．4．1 界面实时显示

5．4．2 预警处理

5．5 系统功能验证

5．6 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录A 作者研究生期间发表的论文

附录B作者研究生期间参与的科研项目