【正文】 ................................................................................... 32 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁(yè) 第 1 章 緒論 GIS 局 部 放 電 在線監(jiān)測(cè)研究的目的和意義 通常情況下， 氣體絕緣變電站 或 氣體絕緣的全封閉組合電器 （ 以下簡(jiǎn)稱 GIS）是 在一個(gè)封閉的金屬外殼 里 將 變電站里 除變壓器之外 的 各種電氣 裝 置 組裝 到 一起 ， 同時(shí) 為了 可靠 的 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體相間 ， 端口間 以及 對(duì)外殼 的絕緣 ， 就會(huì)將 SF6 氣體或 SF6 混合氣體充 入罐體內(nèi) 。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)和國(guó)外有很多機(jī)構(gòu)在對(duì) GIS的局部放電和開關(guān)動(dòng)作等早期故障進(jìn)行技術(shù)的研究。但 無(wú)法保證這套 系統(tǒng)的精度，因?yàn)樗?對(duì)信號(hào)分析的因素跟局部放電產(chǎn)生 UHF 信號(hào)無(wú)關(guān)。當(dāng)電場(chǎng)模型 整個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 時(shí) ， 采用該 方法分析問(wèn)題是 否 有效的程度跟放電信號(hào)的位置和特性成正比。第 3章是本人做的基于超高頻法的高壓 GIS 局放報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的介紹，包括各個(gè)模塊設(shè)計(jì)的要求、器件的選型及其電路。當(dāng)靠近高壓導(dǎo)體 ，即使還沒(méi)有 接觸， 也可能發(fā)生 放電 。另外產(chǎn)生氣泡和空隙的原因還可能是金屬電極和環(huán)氧樹湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 V 頁(yè) 脂的收縮系數(shù)不同導(dǎo)致的。 不受電氣干擾的影響 化學(xué)檢測(cè)方法 的優(yōu)點(diǎn) ，但從發(fā)生局放到 由分析氣體檢測(cè)出來(lái)所需要的時(shí)間太長(zhǎng)， 有時(shí)候 幾天也得不到結(jié)果，這 是的 化學(xué)方法在局放檢測(cè)中的使用 收到非常嚴(yán)重限制 。 但在線檢測(cè)需要 很多的 傳感器 ，因?yàn)?信號(hào)衰減 程度跟 局 部 放 電 源 的 距離 成正比 （約 2dB/m） ,導(dǎo) 致傳感器間的距離較小 (5～ 10m)。 目前 在線檢測(cè)一般采用 化學(xué)和 光學(xué)檢測(cè)法，因?yàn)樗鼈兊撵`敏度不高，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)適用采用 聲學(xué)檢測(cè)法，而 連續(xù)在線監(jiān)測(cè) 最好采用 UHF 法 。 前者 的靈 敏度要差一些，但 具有 不影響系統(tǒng)的運(yùn)行、安全性較高、安裝靈活 等優(yōu)點(diǎn) ， 在現(xiàn)有研發(fā)產(chǎn)品 得到了較為廣泛的 應(yīng)用 。 此外為了讓 比較器的參考電壓能夠任意調(diào)節(jié)，我 用了 TI 公司的一款 DA 芯片DAC081S101， 改款芯片可以 — 供電，采用串行通信，只要設(shè)置相關(guān)寄存器，就能輸出預(yù)定的電壓值 ，其電路圖如圖 圖 DA 芯片電路圖 1腳是輸出腳，作為比較器的參考電壓輸入； 2腳是地腳； 3 腳為電源輸入腳，本系統(tǒng)采用 5V供電； 4,5,6 腳為串行通信腳，接單片機(jī)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 XIII 頁(yè) 表 MC9S12XS128 單片機(jī)不同封裝對(duì)應(yīng)的引腳及其數(shù)量 我選用的 112 引腳的（因?yàn)橹坝惺褂眠^(guò)這款芯片，手頭有剩余，其實(shí) 64腳也足夠滿足本套系統(tǒng)的需求），主要使用到單片機(jī)的 SCI 模塊， AD 模塊， 脈沖累加器， PIT 模塊， IO 口等模塊。由于 GSM 需要一個(gè) 3V和一個(gè) 4V 電壓供電，此款芯片是個(gè)很好的 選擇，其電路圖如圖 所示。讀 完 短 信 后 刪 除 ， 防 止S I M 卡 內(nèi) 存 爆 滿a l a r m _ f l a g 是否 等 于 1通 過(guò) G S M 發(fā) 出 局 放已 經(jīng) 發(fā) 生 的 警 告YNU A R T 串 口 接 收 中斷 ， 接 收 G S M 給 單 片機(jī) 發(fā) 送 的 信 息接 收 完 畢 ， 此次 中 斷 結(jié) 束警 告 是 否 發(fā)出NY警 告 是 否發(fā) 出NY 圖 軟件流程圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 XXI 頁(yè) 數(shù)據(jù) 分析及 處理 本套系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)主要有 AD 采樣電池電壓值，脈沖累加器對(duì)局放脈沖的計(jì)數(shù)值以 及 GSM 接收到的短信內(nèi)容。如改變 DA_VALUE 的值時(shí)，短信內(nèi)容為： XXXXXXXXXXXXDA。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段我做過(guò)很多嘗試和實(shí)驗(yàn)，最終選擇了目前這套方案，從上一章實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看得出來(lái)，實(shí)際上局部放電情況沒(méi)有我在實(shí)驗(yàn)室做測(cè)試時(shí)復(fù)雜，利用本套系統(tǒng)對(duì)高壓GIS 局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)能夠達(dá)到預(yù) 期效果。 在這里同時(shí)要感謝在我論文期間給過(guò)我很大幫助的 申晨師兄 ，他對(duì)我們嚴(yán)格要求，又悉心關(guān)懷。 extern uchar alarm_flag。 extern uchar table1[14]。 uchar alarm_flag = 0。 uchar table1[14]=。 } /***************************************************************/ C． 單片機(jī)硬件初始化程序 /****************************.h 文件 ****************************/ ifndef _HARDWARE_H define _HARDWARE_H extern void HardwareInit(void)。 //BUS CLOCK=64M 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 XXXVI 頁(yè) _asm(nop)。 //ch0 連接到時(shí)基 0 PITMTLD0=255。 //do nothing OC7M_OC7M7= 0。 //DAC081S101 DDRK_DDRK1 =1。 DDR1AD0_DDR1AD06 =1。 DDRP_DDRP1 =1。 //9600 } void InitAD(void) //0 路 AD 轉(zhuǎn)換初始化 { ATD0CTL1=0x10。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 XXXIX 頁(yè) Io_Init ()。 extern uchar GSM_RING_DOWN[6]。 extern uchar GSM_MESSAGE_4[32]。 extern uchar hold_gsm(void)。 extern uchar data_in_flag。 uchar GSM_MESSAGE3[24]=AT+CMGS=\1520xx38701\\r\n。 uchar DEL_MESSAGE[13] =AT+CMGD=02\r\n。 uch。 uchar READ_MESSAGE[13]=AT+CMGR=02\r\n。 uchar GSM_MESSAGE1[12]=AT+CMGF=1\r\n。 extern uchar ring_in_flag。 extern uchar GSM_OK[11]。 extern uchar GSM_MESSAGE_2[44]。 extern uchar GSM_AT[5]。 //禁止數(shù)字輸入 DDR0AD0=0xfe。 SCI1BDH=0x01。 //關(guān)蜂鳴器 DDRB = 0xff。 DDR1AD0_DDR1AD04 =1。 //禁止 IRQ 中斷 ECLKCTL_NECLK=1。 //output campare TCTL1_OM7 = 0。 //關(guān)閉 PIT PITCE_PCE0=1。 //pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=128MHz。j0。 uchar key[3]。 uint time = 0。 extern uint global_variable4。 extern uint time。在論文的寫作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，他都對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。 最后 ,GIS也 準(zhǔn)確的發(fā)出了局放發(fā)生的警告，實(shí)驗(yàn)相當(dāng)成功。例如，改變 DA_VALUE 的值來(lái)改變外部 DA 芯片的輸出值以及 GSM 發(fā)送短信的接收號(hào)碼，通過(guò)這個(gè)方法能很方便進(jìn)行更改 ，而不需要將系統(tǒng)從 GIS 設(shè)備上拿下來(lái)，再下載程序更改。該軟件使用起來(lái)非常方便，具有項(xiàng)目管理器，編輯器 ，搜索器，源代碼瀏覽器，編譯系統(tǒng)，調(diào)試器等特點(diǎn)，并具有交叉平臺(tái)開發(fā)，支持多種語(yǔ)言，開發(fā)環(huán)境界面統(tǒng)一，支持插件工具等優(yōu)點(diǎn)，受到使用者親睞。 125176。主要功能模塊包括：內(nèi)部存儲(chǔ)器、內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)模塊、 2個(gè)異步串口通訊 SCI、 1個(gè)串行外設(shè)接口 SPI、 MSCAN 模塊 、1 個(gè) 8 通道輸入 /輸出比較定時(shí)器模塊 TIM、 周期中斷定時(shí)器模 塊 PIT、 16 通道A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC、 1個(gè) 8通道脈沖寬度調(diào)制模塊 PWM、 輸入 /輸出數(shù)字 I/O 口 。此外還可以看到 5 伏供電是該芯片只有7ns 的傳播延時(shí)，理論上工作能夠頻率能達(dá)到 100 多兆，實(shí)驗(yàn)室測(cè)得其只能達(dá)到70M 左右，但已經(jīng)足夠滿足我們的需求。下圖為基于超高頻法的 GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如 圖 圖 GIS 局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 超高頻（ UHF）傳感器 作為 UHF 局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵 之一的 UHF 傳感器 ， 它 具備抑制低頻（ 300MHz 以下）干擾的能力 ，能夠 檢測(cè) GIS 中由局部放電所激發(fā)的 電磁諧振波，主要 頻率為 300MHz3GHz。 常規(guī)電測(cè)法不 能定位局部放電源， 聲學(xué)和 UHF 法可 以做到 。UHF 法 利用 安置在 GIS 中的傳感器檢測(cè)局 部 放 電的 電磁波 UHF(300MHz～ 3GHz)部分。 化學(xué)檢測(cè)法 通過(guò)檢測(cè) SF6 被擊穿分解后的生成物 SOF2 和 SO2F2 來(lái)間接檢測(cè)局放 的方法叫做化學(xué)檢測(cè)法 。 可能性最大的是部件的松動(dòng) ， 但這種缺陷檢測(cè)非常簡(jiǎn)單 ， 且有 反復(fù) 的 放電趨向 。在 GIS 的 制造、裝配 和運(yùn)行 這三個(gè)過(guò)程中會(huì) 中產(chǎn)生 可以自由 移動(dòng)的金屬 顆 粒 ，它們能夠吸附電荷 。 在對(duì)國(guó)內(nèi)外的 GIS 局部放電檢測(cè)研究分析的基礎(chǔ)上， 針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究局放的基礎(chǔ)，我做了如下工作： 1. GIS 局 部 放 電機(jī)理的研究 2. GIS 超高頻信號(hào)特性，信號(hào)傳播的研究 3. 在以上研究的基礎(chǔ)上研制了一套 基于超高頻法的 GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)， 該系統(tǒng)由超高頻傳感器，檢波器，比較器，單片機(jī)控制模塊以及基于 GSM 的報(bào)警模塊 論 文的章節(jié)安排 第 1 章總體介紹本論文，包括 GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)研究的目的和意義 GIS、局部放電在線監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 、論文的主要工作和章節(jié)安排。 20xx 年 ， 一種用于分析電磁場(chǎng)的有限時(shí)域差分 (FDTD)方法 被 Judd 在 英國(guó)Strathclyde 大學(xué)提出 出來(lái) 。 通過(guò)將一個(gè) 鉗位二極管 安裝 在耦合器輸出處和在 UHF 信號(hào)調(diào)節(jié)處從而 防止 了 斷路器工作時(shí)產(chǎn)生快速暫態(tài)過(guò)電壓（ VFTO），監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 得到了 相應(yīng)的保護(hù)。 一旦 GIS 發(fā)生故 障 ，其修復(fù)工作非常不簡(jiǎn)單 ， 修復(fù)時(shí)間可能要半個(gè)月甚至更長(zhǎng) 。 關(guān)鍵詞： GIS 局部放電 ； 特高頻法 ； 報(bào)警 設(shè)計(jì) 。 主要設(shè)計(jì)思路如下， 利用 天線接收超高頻局 部 放 電 信號(hào)， 然后 經(jīng)過(guò)檢波比較形成脈沖信號(hào) 進(jìn)入單片機(jī)， 使 用單片機(jī)的脈沖累加進(jìn)行計(jì)數(shù)， 再定時(shí)讀取脈沖數(shù) 進(jìn)行判斷是否達(dá)到 局部放電 的閾值，如果已經(jīng)發(fā)生 局部放電 ，則通過(guò) GSM 模塊發(fā)送短信進(jìn)行報(bào)警。 不過(guò) GIS 也有 很多 缺點(diǎn)， GIS 的 早期故障 之所以無(wú)法 依靠人的感官發(fā)現(xiàn) 的 ， 是 因?yàn)?它 是一個(gè)全封閉組合電力設(shè)備， 其次它的 體積小， 內(nèi)部裝置 安排 相當(dāng) 緊湊，一個(gè) 裝置如果出了 故障 ，臨近裝置也很 容易 被 波及， 從而 使故障擴(kuò)大。 英國(guó) 的 Strathclyde 大學(xué)與 NGC 和 Scottish Power plc 一起研 發(fā)了一套 超高頻 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 利用該裝置能夠 對(duì)局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)、定位以及模式識(shí)別。 因此，我的想法是，做一個(gè)成本相對(duì)低廉的在線監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，在每個(gè)套管上裝上這么一個(gè)設(shè)備，當(dāng)有局放發(fā)生時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，工廠的工作人員可以跟據(jù)報(bào)警的套管位置，定向的啟用國(guó)外的那套檢測(cè)設(shè)備，這樣必將降低成本。 GIS 中主要絕緣缺陷如 圖 所示， 包括以下幾種缺陷 ： 圖 GIS 中幾種主要的絕緣缺陷 能夠在 GIS 罐 體內(nèi) 自由 移動(dòng)的金屬 顆 粒。 它包括 GIS 里 部件 的松動(dòng)和 靜電屏蔽 等 。 目前，利用聲學(xué)方法取得了不錯(cuò)效果的有 上海交通 大學(xué)。 超高頻法 20世紀(jì) 80年代初期英國(guó)中央電力局（ CEGB）實(shí)驗(yàn)室提出 了超高頻（ UHF）法。 前三種是非電測(cè)法，后兩種是電測(cè)法，對(duì) GIS 中局 部放電 放的各種檢測(cè)方法總結(jié)如下 ： 這幾種方法的靈敏性都能夠達(dá)到良好 。 將超高頻傳感器貼在 GIS 外壁上， 通過(guò) 用 50 歐姆同軸電纜 將傳感器接收超高頻 局部放電 信號(hào) 輸入 檢波 器，再經(jīng)過(guò) 比較 器的比較功能 形成脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，使用單片機(jī)的脈沖累加