输电线路杆塔直击雷电流实测系统开发

摘要

在电力系统中，输电线路经常遭受雷击。无论是雷击塔顶，还是雷击避雷线及雷击导线闪络，雷电流一般都是通过杆塔泄放入地，因此对输电线路杆塔的入地雷电流的进行定量地研究，测量其各项参数，能够为电网防雷工程设计提供重要的原始数据，也是改进和提高输电线路防雷水平所不可或缺的重要前提。　　本文首先对国内外直击雷电流参数检测的方法进行了介绍，然后在前人的研究基础之上自主开发了一套架空输电线路高塔直击雷电流实测系统，该系统的功能是对经由输电线路杆塔泄放入地的直击雷电流的波形进行测量与还原。本测量系统采用“传感头+数据采集与传输单元+上位机软件+太阳能供电”的构成方式，首先，本文设计了一个满足雷电流测量要求的Rogowski线圈传感头，测量误差小于3％，测量范围-100kA～+100kA;然后，开发了一个基于FPGA的雷电流数据采集与传输单元，能够采集从波起开始算起的25.6us内的直击雷电流波形，能够覆盖雷电流整个波头时间和一部分波尾时间，双极性，采集精度为14位;进而，使用VC++6.0编写上位机软件，实现了上下位机通信、波形显示、文件读写三个基本功能，并为本系统提供友好的人机交互界面;在此基础上，开发一个基于AVR单片机的太阳能蓄电池供电单元，蓄电池从过放到充满需要1.5天，充满后无光照条件下可连续供电2天;最后，使用电抗器放电回路产生高频大电流，来对本系统装置进行整机实验，实验结果表明本系统的波形还原是准确的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 雷电参数

1．2．2雷电参数测量方法

1．3 本文的主要工作

2 传感头设计

2．1 Rogowski线圈的工作原理

2．2 本系统传感头设计方案

2．2．1 本系统传感头结构参数设计方案

2．2．2 本系统传感头结构材料选取方案

2．2．3 本系统传感头设计需要说明的问题

2．3 本系统传感头实验测试与标定

2．4 本章小结

3 数据采集单元设计

3．1 数据采集单元功能介绍

3．2 数据采集单元硬件设计

3．2．1 过压抑制电路设计

3．2．2 信号调理电路设计

3．2．3 AD采样设计

3．2．4 主控芯片选择

3．2．5 通信模块设计

3．3 数据采集单元软件设计

3．3．1 标准AT指令

3．3．2 Verilog程序设计

3．4 数据采集单元抗干扰设计

3．5 数据采集单元性能测试

3．6 本章小结

4 上位机软件设计

4．1 上位机软件功能介绍

4．2 上位机软件功能实现

4．2．1 通信功能设计

4．2．2 波形显示功能设计

4．2．3 文件读写功能设计

4．2．4 用户界面设计

4．3 本章小结

5 供电单元设计及整机实验

5．1 供电单元设计

5．1．1 供电单元概述

5．1．2 供电单元硬件设计

5．1．3 供电单元软件设计

5．2 整机实验

结论

参考文献

附录A Rogowski线圈实物图

附录B 下位机装置实物图

附录C 整机试验现场图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢