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1、 毕 业 论 文论文题目 基于超高频法的GIS局放报警系统的设计学生学生学号专业班级学院名称指导老师学院院长摘要GIS装置具有较高的安全可靠性，但加工、运输、现场装配等多种原因，使得GIS设备不可避免地存在绝缘缺陷而影响其长期可靠性。这些缺陷通常比较微小和隐蔽，不足以导致在工频耐压试验时立即击穿，但投入运行后在正常运行电压作用下会发生局部放电，使缺陷逐渐发展扩大，甚至造成整个绝缘击穿或沿面闪络，从而对设备的安全运行造成威胁。本文简单讲述了一套用于判断GIS是否发生局部放电的在线监测系统。主要设计思路如下，利用天线接收超高频局部放电信号，然后经过检波比较形成脉冲信号进入单片机，使用单片机的脉冲累
2、加进行计数，再定时读取脉冲数进行判断是否达到局部放电的阈值，如果已经发生局部放电，则通过GSM模块发送短信进行报警。关键词： GIS局部放电；特高频法；报警设计;C语言AbstractNormally, although GIS has quite high safety and reliability , its long-term reliability will be effected by insulation defects caused by Processing, transportation and field assembly will effect withoutquest
3、ion. These Insulation defects are very tiny and hidden primarily and not east to break down in the Power frequency withstand voltage test，but these Insulation defects are very tiny and hidden primarily and not east to break down in the Power frequency withstand voltage test .But when the GIS put int
4、o product , the Insulation defects will expand gradually under the high voltage and then partial discharges happen which may make the insulation layer break down, even more it may be harm to the device and workers.This article describe a system applied to judge whether partial discharge take place o
5、r not.The following is my design idea.Using a high frequency antenna to recieve the signal of partial discharge.The signal which is high frequency turn into pluse signal whose frequency is about 2M after demodulating and comparing.This signal can be counted by MCU,when the count value reach to the p
6、reinstall value which is indicated the partial discharge has occured,then MCU control the GSM send a messege.Key Words：Partial discharge of GIS；UHF method；Alarm design；C language目录摘要IVAbstractV目录VI第1章绪论11.1 GIS局部放电在线监测研究的目的和意义11.2 GIS 局部放电在线监测国外发展现状21.3 本人的主要工作31.4 论文的章节安排4第2章 GIS局部放电与超高频法52.1 局部放电产
7、生的原因52.2 GIS局部放电检测方法62.3 GIS局部放电产生超高频信号的原理8第3章 GIS局放报警系统硬件设计93.1 硬件系统结构93.2 超高频（UHF）传感器93.3 集成检波器113.4 比较器113.5 GSM模块133.6 单片机系统133.7 供电模块153.8 硬件电路模块PCB板设计17第4章 GIS局放报警系统软件设计214.1 软件设计平台214.2 软件系统结构214.3 数据分析与处理234.4 程序源代码23第5章实验步骤与结果245.1 实验室测试245.2 工厂实验28第6章结论与展望326.1 工作总结326.2 下一步工作的展望32致33参考文献3
8、4附录3650 / 54第1章 绪论1.1 GIS局部放电在线监测研究的目的和意义通常情况下，气体绝缘变电站或气体绝缘的全封闭组合电器（以下简称GIS）是在一个封闭的金属外壳里将变电站里除变压器之外的各种电气装置组装到一起，同时为了可靠的实现导体相间，端口间以与对外壳的绝缘，就会将SF6气体或 SF6混合气体充入罐体。由于GIS技术性能优良、体积小，比起常规电器，GIS有很多优点，比如运行安全可靠、无火灾危险、占地面积小、基本不受外界气象因素的影响、检修周期长等。传统的敞开式设备比GIS 的故障率高了一个数量级，而且设备检修周期短的。因此，近年来在许多大型重要电站GIS逐渐取代了传统的敞开式设
9、备。由于SF6气体具有优异的绝缘性能，被GIS用来作为将诸多被组合和封闭的高压元件的灭弧和绝缘介质，从而使变电站面积大大减小了，供电的可靠性也提高了，综合效益也提升了，并且电压越高，这种综合效益也越显著。不过 GIS 也有很多缺点，GIS的早期故障之所以无法依靠人的感官发现的，是因为它是一个全封闭组合电力设备，其次它的体积小，部装置安排相当紧凑，一个装置如果出了故障，临近装置也很容易被波与，从而使故障扩大。一旦GIS 发生故障，其修复工作非常不简单，修复时间可能要半个月甚至更长。所以，运行检测对GIS 的来说相当重要，为了与时发现并处理各种可能的异常或故障预兆，不仅需要认真进行常规预防性试验，
10、还要积极发展 GIS 的在线监测技术。近年来国和国外有很多机构在对GIS的局部放电和开关动作等早期故障进行技术的研究。前者是通过频繁的测量 GIS 运行中的绝缘状态，了解装置的运行状态，当发现有故障发生时再采取不要的措施，用“状态检修”代替“定期检修”，可以到达节约检修费用和提高设备利用率，它是一种非破坏性监测；后者是通过记录装置的行程和动作时间，从而达到发现装置的机械早期故障的目的。1.2 GIS局部放电在线监测国外发展现状目前，有很多国外学者和专家们在硬件监测装置和软件监测方法上做出了很好的成绩，GIS的局部放电在线监测技术正在蓬勃发展，例如：1995-1997年，清华大学相继研发出330
11、kV GIS局部放电在线检测系统和基于超高频法的具有实用性较强、采用外部传感器、放电源的定位方便等特点的便携式局部放电检测仪。但是该设备还没有完善对采集到信号的分析处理，还处于进一步研发阶段。1998年，超宽频带局部放电传感器诞生了，该设备通过网络分析仪的测量，其具有相当好的频率响应特性，其研发地点是位于交通大学的电力设备电气绝缘的国家重点实验室。英国的Strathclyde大学与NGC和Scottish Power plc一起研发了一套超高频监测系统。通过将一个钳位二极管安装在耦合器输出处和在UHF信号调节处从而防止了断路器工作时产生快速暂态过电压（VFTO），监测系统得到了相应的保护。在线
12、、事故和历史是该系统的3种工作模式，对平常的监测和事故之后分析情况提供了很好的帮助。但无法保证这套系统的精度，因为它对信号分析的因素跟局部放电产生UHF信号无关。通过结合窄带和宽带，Neuhold在瑞士Zurich大学研发出实时响应，多通道的GIS局部放电测量系统。每个测量通道都有一个带有自动高压暂态保护低噪声宽带传感器。该装置能初步实现对故障源的监测、识别和定位，但是精度不高，还需要进一步的研究，适宜于开发过程中的实验室测试和GIS的长期监测。一种用来研究自由移动微粒、固定微粒和突出物以与漂浮物引起的局部放电的超声波绝缘分析器由挪威TransiNor As公司的Schei研制出来。利用该装置
13、能够对局部放电进行监测、定位以与模式识别。2000年，一种用于分析电磁场的有限时域差分(FDTD)方法被Judd在英国Strathclyde大学提出出来。离散形式在空间和时间上表达电场E和磁场H，这样使得任意位置的放电信号（即使是快速暂态量）能够确切的被数学变量表达。当电场模型整个结构非常复杂时，采用该方法分析问题是否有效的程度跟放电信号的位置和特性成正比。同年，俄罗斯科学家Arakelian提出一种新的物理化学诊断方法，它是一种化学检测法，比较适用于用作辅助分析绝缘故障时使用。它的基本原理是：当局部放电发生时， SF6中包含一些杂质（O2、N2、CF4等）在压力和温度的作用下，会改变湿度、密
14、度和酸碱度的一些参数。局部放电的程度根据产生化合物的种类和密度，可以判断出出来。1.3 本人的主要工作国外一直致力于GIS局部放电检测的研究，已经研制出应用于现场的GIS局部放电检测的装置，这些装置既能够检测到GIS设备是否发生了局部放电，而且能判断出局部放电的类型和位置，但价格上非常昂贵，如果在GIS设备每个套管上安装上这么一个该装置，成本更是大大提高，不宜推广。因此，我的想法是，做一个成本相对低廉的在线监测报警装置，在每个套管上装上这么一个设备，当有局放发生时，发出报警信号，工厂的工作人员可以跟据报警的套管位置，定向的启用国外的那套检测设备，这样必将降低成本。在对国外的GIS局部放电检测研
15、究分析的基础上，针对实验室研究局放的基础，我做了如下工作：1. GIS局部放电机理的研究2. GIS超高频信号特性，信号传播的研究3. 在以上研究的基础上研制了一套基于超高频法的GIS局部放电在线监测报警系统，该系统由超高频传感器，检波器，比较器，单片机控制模块以与基于GSM的报警模块1.4 论文的章节安排第1章总体介绍本论文，包括GIS局部放电在线监测研究的目的和意义GIS、局部放电在线监测国外发展现状、论文的主要工作和章节安排。第2章主要容是GIS局部放电和超高频法，包括产生GIS局放产生的原因分分析、近几年国外出现的新方法、新技术、在线监测方法对比、在线监测中存在的问题。第3章是本人做的基于超高频法的高压GIS局放报警系统硬件设计的介绍，包括各个模块设计的要求、器件的选型与其电路。第4章主要讲该系统中单片机控制模块的软件设计，包括软件系统的要求与报警策略实现方案。第5章是对整体工作的总结与有待进一步研究工作的展望。第2章 GIS局部放电与超高频法2.1 局部放电产生的原因电场强度在电气设备的绝缘系统各部位的通常是不相等的，局部放电是指当局部区域的电场强度上升到该区域的击穿场强时，该区域就会出现一种不会降整个绝
