牵引变电所绝缘子污闪条件分析及仿真装置的设计与实现

摘要

牵引变电所绝缘子污闪是一种频发的严重事故，其发生具有一定的阶段性，是由于绝缘子表面积污严重且污层受潮时产生局部电弧，直至发生沿面闪络。泄露电流变化过程可有效反映绝缘子污闪的发展过程，传感器可有效地监测泄漏电流的变化过程，通过数据趋势可分析绝缘子的积污程度，有效提高牵引供电系统的安全性和可靠性。因此，设计人工污闪仿真装置是有意义的。针对这些问题，论文设计了绝缘子污闪仿真装置，该装置通过模拟绝缘子污闪状态并对其进行在线监测，实时地反映绝缘子的污闪发展过程，并为绝缘子污闪产生条件的分析提供可靠的数据支撑。　　通过分析绝缘子污闪模型和污闪机理，为人工污闪仿真装置的设计奠定理论基础，并且论文确定了试验分析中所需要的三个重要特征量，包括泄漏电流有效值的最大值、平均值和标准差。论文运用嵌入式系统处理技术、高电压技术和无线通信技术等设计完成牵引变电所绝缘子污闪仿真系统。系统主要包括高电压发生器模块、主控模块、无线通信模块、传感器模块、电机控制模块和人机交互平台。高电压发生器模块通过控制调压器产生试验所需要的高电压并施加于污秽绝缘子；传感器系统完成试验箱内温度、湿度和泄漏电流等参数的采集，并通过串口传送至主控模块，并且对传感器系统设计硬件和软件的抗干扰措施，保证测量数值的准确性；主控模块接收并处理采集的传感器数据，并提取表征绝缘子污闪发展过程的泄露电流有效值的三个特征量；电机控制模块主要通过控制电机改变丝杠的转动和转向，控制支架的静轴与动轴之间的距离，用于放置不同串数的绝缘子；无线通信模块主要完成主控模块和人机交互平台之间的通信，保证数据的可靠传输；人机交互平台用于显示处理后的传感器数据，便于观测绝缘子的实际运行状态，并且对数据进行存储用于分析绝缘子污闪与其产生条件的关系。　　通过实验室搭建的人工污闪仿真装置，对污秽绝缘子进行污闪试验，试验结果表明，整个绝缘子污闪仿真装置基本可满足设计需求，在数据信息的有效性、准确性和实时性等方面可达到预期目标，试验效果较好，较传统的泄漏电流采集处理有一定的改进，为分析绝缘子积污程度提供较准确的数据基础，对牵引变电所绝缘子积污和污闪分析具有一定的参考意义。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 绝缘子在线监测特征量选择的研究现状

1.2.2 绝缘子泄漏电流与其影响因素关系的研究现状

1.2.3 绝缘子泄露电流采集方法的研究现状

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 论文的章节安排

第 2 章 绝缘子污闪机理和污闪产生条件的分析

2.1 绝缘子的污闪模型

2.1.1 绝缘子污闪的物理模型

2.1.2 绝缘子污闪的数学模型

2.2 绝缘子的污闪机理

2.3 绝缘子污闪产生条件的分析

2.3.1 绝缘子污闪与作用电压关系的分析

2.3.2 绝缘子污闪与温度关系的分析

2.3.3 绝缘子污闪与湿度关系的分析

2.3.4 绝缘子污闪与盐密、灰密关系的分析

2.3.5 绝缘子污闪与绝缘表面电阻关系的分析

2.3.6 绝缘子污闪与距离关系的分析

2.4 本章小结

第 3 章 系统总体设计

3.1 设计思想

3.2 系统可行性分析

3.3 系统需求分析

3.4 总体方案设计

3.5 系统结构设计

3.5.1 硬件结构设计

3.5.2 软件结构设计

3.5.3 机械装置结构设计

3.6 技术路线

3.7 系统关键技术

3.7.1 高电压技术

3.7.2 传感器技术

3.7.3 无线通信技术

3.8 本章小结

第 4 章 系统详细设计

4.1 硬件详细设计

4.1.1 高电压发生器模块设计

4.1.2 主控模块设计

4.1.3 OLED液晶显示模块设计

4.1.4 无线通信模块设计

4.1.5 温湿度采集模块设计

4.1.6 泄漏电流采集模块设计

4.1.7 电机控制模块设计

4.2 软件详细设计

4.2.1 模块程序设计

4.2.2 通信协议设计

4.2.3 人机交互平台设计

4.3 本章小结

第 5 章 系统测试

5.1 模块测试

5.1.1 电源模块测试

5.1.2 高电压发生器模块测试

5.1.3 温湿度采集模块测试

5.1.4 泄漏电流采集模块测试

5.1.5 OLED液晶显示模块测试

5.1.6 无线通信模块测试

5.1.7 电机控制模块测试

5.1.8 人机交互平台测试

5.2 联合测试

5.2.1 案例分析

5.2.2 污闪装置仿真

5.3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果