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1、河北农业大学 硕士学位论文 基于超声波的局部放电检测仪的研制 姓名：张德宁 申请学位级别：硕士 专业：农业电气化与自动化 指导教师：张曙光 2009-06-13 摘 要 电气设备是电力系统的重要设备， 电力传输线是电力系统的脉搏， 对电气设备、 电力电缆工作状态进行检测和故障诊断，及时发现电气设备和电力电缆的事故隐 患，避免事故的发生，对提高电气设备运行的安全可靠性，具有十分重要的意义。 随着电压等级的不断提高，在高电压、高电场的作用下，电气设备和电力传输线路 的某些绝缘薄弱环节会发生局部放电。因此研制一种局部放电检测仪器来实现对电 气设备、电力电缆的在线检测具一定的现实意义。本课题就是基于这
2、种需求而提出 的。 本文对基于超声波的局部放电检测仪进行了系统的研究和设计，该仪器具有体 积小，使用方便、便携的特点。 该放电检测仪以 STC89C52 单片机为核心，可以实现局部放电的检测、高速数据 的采集和存储、放电报警，放电强度显示，与上位计算机通讯等功能。在硬件设计方 面，本课题使用了模块化设计的思路。首先根据局部放电的发声机理和超声波的特点 及其传播规律选择了合适的超声波传感器；为保证检测仪使用的安全可靠，设计了光 电隔离模块电路，用光纤传输的方法实现了强弱电的电气隔离；模拟信号预处理单元 中设计了放大电路、带通滤波电路、采样触发电路；高速数据采集模块中设计了高速 数据采集和存储电路
3、，由于单片机速度远远赶不上 AD 采样的速度，用硬件设计了 20 位地址发生器，来完成对高速数据的存储；同时系统中还设计了放电显示、报警 电路以及复位电路；系统与上位机的通信采用 RS485 通讯接口形式，保证了上位机 与下位机之间的通讯距离和抗干扰性；为了分析超声波信号与放电之间的关系，消除 噪声干扰，准确提取局部放电脉冲信号，文中介绍了利用小波变换提取放电信号的方 法；最后本文对局部放电检测仪的研究提出了一些展望，从几个方面提出了对系统做 进一步的研究和改进的方法思路。 该局部放电检测仪能够快速方便的在线检测出电气设备和电力传输线是否存在 局部放电现象，并能对局部放电信号进行数据采集和处理
4、，从而大大缩短停电时间和 节约检修费用，具有很好的应用前景。 关键词：局部放电；超声波传感器；高速 AD；STC89C52；串行通信；小波变换 Development of an Instrument in Partial discharge detector Based on Ultrasonic Author: Zhang Dening Supervisor: Zhang Shuguang Major: Agricultural Electrification and Automation Abstract Electrical equipment are important equipm
5、ent in power system and power transmission line is the key part of the power system. It has important significant to make fault detection and diagnosis on electrical equipment and power cables, detect the hidden accidents of electrical equipment and power cable in time, prevent accidents, and improv
6、e the safe reliability of running electrical equipment. With the continuous improvement of voltage and the effect of the high-voltage and high electric-field, partial discharge will occur in some insulation weaknesses of the electrical equipments and power transmission line. Therefore it has realist
7、ic meaning of development a partial discharge detection equipment to realize the on-line detection of electrical equipment and power cables. This issue is raised based on this demand. In this thesis, partial discharge detector based on the ultrasound is researched and designed systematically. It has
8、 features of small size, convenient using and portable. Partial discharge detector, which uses the STC89C52 single-chip microcomputer as the core, can complete the detection of partial discharge, high-speed data acquisition and storage, discharge alarming, discharge intensity shows and communication
9、 with the host computer, etc. In the hardware design, the issue adopts the idea of modular design. First it chooses the ultrasonic sensor in accordance with the mechanism of partial discharge and the ultrasonic character and its propagation rules. In order to ensure the safety and reliability of the
10、 detector, it designs the photoelectric isolation circuit module, which realizes the strong and weak electricity power isolation with the optical transmission method. In the analog signal pre-processing unit and sampling trigger circuit design part, it completes the design of amplifier, band-pass fi
11、lter circuit, sampling trigger circuit. In the high-speed data acquisition modules part, it mainly completes high-speed data collection and its storage. Because the speed of single-chip can not keep up with the sampling rate of ADC, it designs 20-bit address generator with the hardware to complete t
12、he storage of high-speed data. At the same time it completes the design of the discharge display circuit, alarm and reset circuit. RS485 interface realizes the communication with the host computer and ensures the communication distance and the noise immunity. In order to analyze the relationship bet
13、ween the ultrasonic signal and the discharge, eliminate noise interference and accurately extract the partial discharge pulse signal, it introduces the extraction method of discharge signal using the wavelet transform. Finally, it makes prospects at the partial discharge detector and proposes some m
14、ethods of thinking from several aspects to do further research and improvement of the system. The partial discharge detector can make on-line detection of partial discharge of the electrical equipment and power transmission lines quickly and easily, collect and process the data of the partial discha
15、rge signal. Therefore it greatly reduces the outage time and saves reconditioning expense, which has a good application prospects. Key words: Partial Discharge；Ultrasonic Sensor；High-speed AD Converter； STC89C52；Serial Communication；Wavelet Transform 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，
16、除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 河北农业大学河北农业大学 或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 河北农业大学河北农业大学 有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权河北农业大学河北农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：
