变压器绝缘纸板微水分测量系统的研究

摘要

《变压器绝缘纸板微水分测量系统的研究》是中国输变电行业技术攻关课题(编号Y98010211)，是国际同行业难题之一。由于电力变压器的绝缘结构中的水分会降低其介电强度，使其过早老化，威胁变压器的正常安全工作，因此在变压器的制造及使用中监测绝缘纸板中的微量水分使其保持在合理的范围内就显得特别重要。本论文从采用介电测量方法测量材料的物理特性的可行性出发，针对采用介电测量方法测量绝缘纸板中的微量水分所涉及的内容进行了研究，开发了绝缘纸板微水分测量系统。 绝缘纸板微水分测量系统研究的关键之一是边缘场电容式传感器。论文介绍了该传感器的技术指标及传感器设计要求。根据被测对象结构尺寸、信号强度、穿透深度、电极及基片、通道数和便于安装几方面要求设计边缘场电容式传感器。 正弦信号发生系统采用51系列单片机AT89S51作为核心部件，通过C51语言编制的软件程序支持，能够发生幅值为5V，频率范围为0.01～1000Hz可调的11种不同频率的正弦波，动态的实现了信号的发生。 数据处理及显示系统也采用AT89S51单片机作为核心部件，通过C51语言编制的软件程序支持，能够对电压信号进行处理、运算，最后通过LED实时显示出其幅值增益、相位差及水分值。该系统采用了主-从式双CPU结构，通过串行通信方式将两个CPU联系起来，即将其分为控制系统和显示系统两个部分，前者负责转换、处理数据，后者负责显示，两者之间通过串行RS-232方式进行接口，有利于显示系统的灵活安装。 实验结果表明，系统整体设计合理、性能可靠，实现了预期的设计目标。采用所设计的电容传感器及相关电路可以对纸板中的微水分进行较为准确的测量。通过以上研究可以为电容传感器在微水分测量领域的应用奠定有利的基础。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1选题背景

1.2绝缘纸板及其特点

1.2.1电力变压器绝缘的分类

1.2.2绝缘纸板的产生

1.2.3油纸绝缘中的水分及其影响

1.3变压器的绝缘干燥处理工艺简介

1.4测量水分质量分数的方法概述

1.5国内外研究概况

1.5.1国外相关研究概况

1.5.2国内相关研究概况

1.6论文的主要研究工作

2总体方案设计

2.1介电测量系统概述

2.2总体设计思路

2.3边缘场电容传感器简介

2.4信号调理电路

2.5正弦驱动信号源的设计

2.6变压器绝缘纸板微水分的数据处理及显示系统设计

3绝缘纸板微水分测量传感器的原理与设计

3.1引言

3.2介电常数

3.3从平板电容传感器扩展到边缘场电容传感器

3.4传感器集总电路模型

3.5传感器设计制作中的主要注意事项

3.5.1传感器基片的选择

3.5.2传感器的尺寸限制

3.5.3传感器电极

3.5.4通道间的干扰

3.5.5基片背面保护电极的位置和尺寸

3.6影响测量结果的因素

3.6.1寄生电容的影响

3.6.2表面接触质量

3.7测量传感器的技术指标

3.7.1穿透深度

3.7.2动态范围

3.7.3灵敏度

3.7.4信号强度

3.7.5通道数目

4正弦驱动信号发生器的设计

4.1正弦驱动信号源硬件设计

4.1.1系统硬件设计原则

4.1.2正弦驱动信号源的硬件设计

4.1.3 AT89S51单片机的选用

4.1.4典型D/A转换芯片DAC0832

4.1.5硬件复位与看门狗电路

4.1.6基准电压源

4.1.7按键设计

4.1.8电源设计

4.1.9 LED显示电路

4.2正弦驱动信号源软件设计

4.2.1软件设计概述

4.2.2程序开发环境

4.2.3系统主程序设计框图

4.2.4系统软件编程技巧

4.3系统抗干扰措施

4.3.1硬件抗干扰设计

4.3.2软件抗干扰设计

5变压器纸板微水分数据处理系统设计

5.1变压器纸板微水分数据处理系统硬件设计

5.1.1 A/D转换模块ADC0809

5.1.2显示系统设计

5.2数据处理系统的软件设计

5.2.1数据处理系统软件设计方法

5.2.2主程序模块

5.2.3 ADC0809软件处理模块

5.2.4显示模块

5.2.5串行通信模块

5.2.6测量信号的增益及相位差软件算法

6调试与实验数据分析

6.1干燥系统使用的仪器

6.2测量中使用的驱动频率

6.3典型测量数据及曲线分析

6.4系统的仿真调试

6.5系统试验误差分析

6.5.1表面接触质量

6.5.2寄生电容的影响

6.5.3增益和相位角的测量误差

6.5.4绝缘纸板的温度控制及温度测量的准确度

6.5.5绝缘纸板含水质量分数的测量准确度

6.5.6几何参数

6.5.7传感器电极与纸板之间的间隙

结论

参考文献

附录A测量系统电路图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢