电力设备外绝缘监测装置的研制

摘要

随着国民经济的发展，越来越多的重负荷和高电压设备在很多工业领域中应用。一方面提高了经济发展的步伐，另一方面，也增大了对环境和相关设施的危害。比如说，由于大气污秽程度加剧、电网容量增大和额定电压等级升高等众多因素的影响，污闪事故日益突出。同时，随着国家对电网的改造及对电力系统自动化发展要求的提高，相应地对电力设备监测系统的精度、可靠性等要求也越来越高。本课题研制的电力设备外绝缘监测装置与传统的绝缘监测装置相比，具有精度高，抗干扰能力强，实现实时在线监测在线分析，安装、维护、使用简便，稳定性好，环境适应性强等特点。 本课题首先分析了电力设备绝缘的原理，微电流传感器的特性及泄漏电流测量原理，然后重点论述了系统的总体设计方案、硬件设计、软件设计和系统可靠性设计。其中，总体设计方案阐述了监测装置的整体构造，采用了面向对象的模块化设计思想和分层分布式的系统结构方法对硬件总体设计方案和软件总体设计方案进行设计。系统的硬件设计包括：微电流信号变送器的选择及环境温湿度的采集单元、微控处理单元和通信单元等，并采取分段折线浮动坐标显示的方法提高系统测量精度；系统的软件设计包括：电力设备外绝缘监测装置DSP编程、电力设备外绝缘监测装置CPLD软件设计以及基于Windows2000操作系统的后台上位机软件设计。最后由软、硬件的配合开发了电力设备外绝缘监测装置，并针对电力设备外绝缘监测装置进行了现场为期一年的试运行，分析了试运行结果。 另外，在研制中为了提高绝缘监测系统的测量精度、稳定性和可靠性，采取了以下措施：①采用两级变送器设计，并对小信号进行处理；②通过参考大量文献资料和进行长期试运行等工作验证及修正分析结果；③从三个级别上进行监测装置的EMC系统设计，保证了系统的可靠性和稳定性；④用CPLD代替常规逻辑时序设计，提高了系统的集成度和稳定性；⑤研究了电力设备外绝缘监测装置的工作环境以及安装中易出现的一些误差源，并提出相应的改进办法，如截流环的选择及安装方式等。 试运行及测试结果表明，本课题研究的电力设备外绝缘监测装置在硬件设计、软件设计及后台上位机软件功能设计上，都达到了设计要求。测量范围大(100μA～100.0mA)，而且当泄漏电流超过100.0mA后，前级信号变送器迅速饱和。在100μA～10.0mA范围内，误差达到了±10μA；在10.00mA～100.0mA范围内，误差＜1﹪。系统操作、安装简便，稳定性和可靠性良好。因此，本课题研制的电力设备外绝缘监测装置在监测装置硬件、软件设计及后台上位机软件功能设计上，都达到了预期的效果。

目录

文摘

英文文摘

西安科技大学学位论文独创性说明及知识产权声明书

1绪论

1.1该课题的背景及研究意义

1.2绝缘监测装置的发展现状及展望

1.3本课题的目标及内容

2电力设备外绝缘监测的原理

2.1电力设备的电气绝缘相关理论

2.1.1电气绝缘特性的概述

2.1.2电气绝缘在运行状态下的分析

2.1.3目前防止绝缘材料污闪的措施

2.2电力设备绝缘监测原理

2.2.1目前的电气绝缘监测原理分析

2.2.2泄漏电流直接测量法

2.3测量系统的小信号处理

3电力设备外绝缘监测装置的总体方案设计

3.1测量系统及后台分析系统概述

3.1.1现场总线概述

3.1.2后台上位机的功能概述

3.2监测装置系统概述

3.3电力设备外绝缘监测装置的硬件总体方案设计

3.4电力设备外绝缘监测装置的软件总体方案设计

4电力设备外绝缘监测装置的硬件设计

4.1影响绝缘监测精度、可靠性因素及改进措施

4.1.1影响绝缘监测精度的主要因素及改进措施

4.1.2影响绝缘监测可靠性的主要因素及改进措施

4.2电力设备外绝缘监测装置硬件电路组成

4.2.1温湿度模块的选择

4.2.2监测装置微处理板的电路设计

5电力设备外绝缘监测装置的软件实现

5.1本次系统软件设计的概述

5.1.1模块化程序设计的思路

5.1.2模块化程序设计的意义

5.1.3系统软件模块的设计与实现

5.2监测装置DSP及通信模块编程

5.3监测装置CPLD软件设计

5.4电力设备外绝缘监测装置后台上位机软件设计

5.4.1人机交互功能设计

5.4.2数据的存储、显示及打印

5.4.3在线绝缘状态分析处理

6电力设备外绝缘监测装置系统可靠性设计

6.1系统EMC设计分析

6.2本课题的EMC设计

7系统的试运行及结果分析

7.1电力设备外绝缘监测装置的系统实现

7.2基本试运行结果

7.3试运行中应该注意的问题

8结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文