【正文】 種工作模式，對平常的監(jiān)測和事故之后分析情況提供了很好的幫助。英國的Strathclyde大學(xué)與NGC和Scottish Power plc一起研發(fā)了一套超高頻監(jiān)測系統(tǒng)。但是該設(shè)備還沒有完善對采集到信號的分析處理，還處于進一步研發(fā)階段。前者是通過頻繁的測量 GIS 運行中的絕緣狀態(tài)，了解裝置的運行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有故障發(fā)生時再采取不要的措施，用“狀態(tài)檢修”代替“定期檢修”，可以到達(dá)節(jié)約檢修費用和提高設(shè)備利用率，它是一種非破壞性監(jiān)測；后者是通過記錄裝置的行程和動作時間，從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)裝置的機械早期故障的目的。所以，運行檢測對GIS 的來說相當(dāng)重要，為了及時發(fā)現(xiàn)并處理各種可能的異?；蚬收项A(yù)兆，不僅需要認(rèn)真進行常規(guī)預(yù)防性試驗，還要積極發(fā)展 GIS 的在線監(jiān)測技術(shù)。不過 GIS 也有很多缺點，GIS的早期故障之所以無法依靠人的感官發(fā)現(xiàn)的，是因為它是一個全封閉組合電力設(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，從而使故障擴大。因此，近年來在許多大型重要電站內(nèi)GIS逐漸取代了傳統(tǒng)的敞開式設(shè)備。由于GIS技術(shù)性能優(yōu)良、體積小，比起常規(guī)電器，GIS有很多優(yōu)點，比如運行安全可靠、無火災(zāi)危險、占地面積小、基本不受外界氣象因素的影響、檢修周期長等。關(guān)鍵詞： GIS局部放電；特高頻法；報警設(shè)計。本文簡單講述了一套用于判斷GIS是否發(fā)生局部放電的在線監(jiān)測系統(tǒng)。基于超高頻法的GIS局放報警系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）畢 業(yè) 論 文論文題目 基于超高頻法的GIS局放報警系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號專業(yè)班級學(xué)院名稱指導(dǎo)老師學(xué)院院長摘要GIS裝置具有較高的安全可靠性，但加工、運輸、現(xiàn)場裝配等多種原因，使得GIS設(shè)備不可避免地存在絕緣缺陷而影響其長期可靠性。這些缺陷通常比較微小和隱蔽，不足以導(dǎo)致在工頻耐壓試驗時立即擊穿， 但投入運行后在正常運行電壓作用下會發(fā)生局部放電，使缺陷逐漸發(fā)展擴大，甚至造成整個絕緣擊穿或沿面閃絡(luò)，從而對設(shè)備的安全運行造成威脅。主要設(shè)計思路如下，利用天線接收超高頻局部放電信號，然后經(jīng)過檢波比較形成脈沖信號進入單片機，使用單片機的脈沖累加進行計數(shù)，再定時讀取脈沖數(shù)進行判斷是否達(dá)到局部放電的閾值，如果已經(jīng)發(fā)生局部放電，則通過GSM模塊發(fā)送短信進行報警。C語言 AbstractNormally, although GIS has quite high safety and reliability , its longterm reliability will be effected by insulation defects caused by Processing, transportation and field assembly will effect without question. 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 into 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 or 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 paring. This signal can be counted by MCU, when the count value reach to the preinstall 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目錄摘要 IVAbstract V目錄 VI第1章 緒論 1 GIS局部放電在線監(jiān)測研究的目的和意義 1 GIS 局部放電在線監(jiān)測國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2 本人的主要工作 3 論文的章節(jié)安排 4第2章 GIS局部放電與超高頻法 5 局部放電產(chǎn)生的原因 5 GIS局部放電檢測方法 6 GIS局部放電產(chǎn)生超高頻信號的原理 8第3章 GIS局放報警系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 超高頻（UHF）傳感器 9 集成檢波器 11 比較器 11 GSM模塊 13 單片機系統(tǒng) 13 供電模塊 15 硬件電路模塊PCB板設(shè)計 17第4章 GIS局放報警系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 軟件設(shè)計平臺 21 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 21 數(shù)據(jù)分析及處理 23 程序源代碼 23第5章 實驗步驟及結(jié)果 24 實驗室測試 24 工廠實驗 28第6章 結(jié)論與展望 32 工作總結(jié) 32 下一步工作的展望 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄 36湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第LXII頁第1章 緒論 GIS局部放電在線監(jiān)測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（以下簡稱GIS）是在一個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，同時為了可靠的實現(xiàn)導(dǎo)體相間，端口間以及對外殼的絕緣，就會將SF6氣體或 SF6混合氣體充入罐體內(nèi)。傳統(tǒng)的敞開式設(shè)備比GIS 的故障率高了一個數(shù)量級，而且設(shè)備檢修周期短的。由于SF6氣體具有優(yōu)異的絕緣性能，被GIS用來作為將諸多被組合和封閉的高壓元件的滅弧和絕緣介質(zhì)，從而使變電站面積大大減小了，供電的可靠性也提高了，綜合效益也提升了，并且電壓越高，這種綜合效益也越顯著。一旦GIS 發(fā)生故障，其修復(fù)工作非常不簡單，修復(fù)時間可能要半個月甚至更長。近年來國內(nèi)和國外有很多機構(gòu)在對GIS的局部放電和開關(guān)動作等早期故障進行技術(shù)的研究。 GIS局部放電在線監(jiān)測國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前，有很多國內(nèi)外學(xué)者和專家們在硬件監(jiān)測裝置和軟件監(jiān)測方法上做出了很好的成績，GIS的局部放電在線監(jiān)測技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，例如：19951997年，清華大學(xué)相繼研發(fā)出330kV GIS局部放電在線檢測系統(tǒng)和基于超高頻法的具有實用性較強、采用外部傳感器、放電源的定位方便等特點的便攜式局部放電檢測儀。1998年，超寬頻帶局部放電傳感器誕生了，該設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)分析儀的測量，其具有相當(dāng)好的頻率響應(yīng)特性，其研發(fā)地點是位于西安交通大學(xué)的電力設(shè)備電氣絕緣的國家重點實驗室。通過將一個鉗位二極管安裝在耦合器輸出處和在UHF信號調(diào)節(jié)處從而防止了斷路器工作時產(chǎn)生快速暫態(tài)過電壓（VFTO），監(jiān)測系統(tǒng)得到了相應(yīng)的保護。但無法保證這套系統(tǒng)的精度，因為它對信號分析的因素跟局部放電產(chǎn)生UHF信號無關(guān)。每個測量通道都有一個帶有自動高壓暫態(tài)保護低噪聲寬帶傳感器。一種用來研究自由移動微粒、固定微粒和突出物以及漂浮物引起的局部放電的超聲波絕緣分析器由挪威TransiNor As公司的Schei研制出來。2000年，一種用于分析電磁場的有限時域差分(FDTD)方法被Judd在英國Strathclyde大學(xué)提出出來。當(dāng)電場模型整個結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜時，采用該方法分析問題是否有效的程度跟放電信號的位置和特性成正比。它的基本原理是：當(dāng)局部放電發(fā)生時， SF6中包含一些雜質(zhì)（ONCF4等）在壓力和溫度的作用下，會改變濕度、密度和酸堿度的一些參數(shù)。 本人的主要工作 國外一直致力于GIS局部放電檢測的研究，已經(jīng)研制出應(yīng)用于現(xiàn)場的GIS局部放電檢測的裝置，這些裝置既能夠檢測到GIS設(shè)備是否發(fā)生了局部放電，而且能判斷出局部放電的類型和位置，但價格上非常昂貴，如果在GIS設(shè)備每個套管上安裝上這么一個該裝置，成本更是大大提高，不宜推廣。在對國內(nèi)外的GIS局部放電檢測研究分析的基礎(chǔ)上，針對實驗室研究局放的基礎(chǔ)，我做了如下工作：1. GIS局部放電機理的研究2. GIS超高頻信號特性，信號傳播的研究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)測報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)由超高頻傳感器，檢波器，比較器，單片機控制模塊以及基于GSM的報警模塊 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)測研究的目的和意義GIS、局部放電在線監(jiān)測國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、論文的主要工作和章節(jié)安排。第3章是本人做的基于超高頻法的高壓GIS局放報警系統(tǒng)硬件設(shè)計的介紹，包括各個模塊設(shè)計的要求、器件的選型及其電路。第5章是對整體工作的總結(jié)及有待進一步研究工作的展望。絕緣介質(zhì)中的電場分布和絕緣的電氣物理性能是產(chǎn)生局部放電的條件，局部放電一般發(fā)生是在高電場強度下的絕緣體內(nèi)的電氣強度較低的部位發(fā)生。在GIS的制造、裝配和運行這三個過程中會中產(chǎn)生可以自由移動的金屬顆粒，它們能夠吸附電荷。當(dāng)靠近高壓導(dǎo)體，即使還沒有接觸，也可能發(fā)生放電。指的是導(dǎo)體和外殼內(nèi)表面上的金屬凸起和固體絕緣表面上的金屬顆粒。傳導(dǎo)部分的接觸不良。可能性最大的是部件的松動，但這種缺陷檢測非常簡單，且有反復(fù)的放電趨向。另外產(chǎn)生氣泡和空隙的原因還可能是金屬電極和環(huán)氧樹脂的收縮系數(shù)不同導(dǎo)致的。 GIS局部放電檢測方法GIS 的局部放電在線監(jiān)測方法基本上可以分為電測法和非電測法兩大類型，其具體主要可分為以下五種方法聲學(xué)檢測法GIS中局部放電會產(chǎn)生具有比較寬的帶寬（20～250kHz）的超聲波信號,可在GIS外部用超聲波接收傳感器檢測到。聲學(xué)檢測法一般用在現(xiàn)場測試，操作人員拿著傳感器在GIS表面移動來檢測局部放電信號，這樣下來，一個GIS站的檢測往往需要很多天的時間，該技術(shù)的推廣受到了限制?；瘜W(xué)檢測法通過檢測SF6被擊穿分解后的生成物SOF2和SO2F2來間接檢測局放的方法叫做化學(xué)檢測法。不受電氣干擾的影響化學(xué)檢測方法的優(yōu)點，但從發(fā)生局放到由分析氣體檢測出來所需要的時間太長，有時候幾天也得不到結(jié)果，這是的化學(xué)方法在局放檢測中的使用收到非常嚴(yán)重限制。雖然SF6和玻璃對光的吸收能力很強，但檢測時采用石英透鏡，并且路徑選擇得當(dāng)，就能檢測出來。此外，光學(xué)檢測法是把傳感器放到GIS里面，因此只能離線測試而不適合用于在線監(jiān)測。UHF法利用安置在GIS中的傳感器檢測局部放電的電磁波UHF(300MHz～3GHz)部分。但在線檢測需要很多的傳感器，因為信號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)。用一個有電荷損耗的集中電容能夠等效GIS，要想測得發(fā)生局部放電時的電量（檢測局部放電的頻率范圍為40kHz～1MHz），可以通過在外部并列安裝一個耦合電容傳感器。此外這套裝置需要完全屏蔽，從而防止受到外部的電磁干擾，獲得最高的測量靈敏度，但完全屏蔽對于測試整個GIS通常是行不通的。常規(guī)電測法不能定位局部放電源，聲學(xué)和UHF法可以做到。目前在線檢測一般采用化學(xué)和光學(xué)檢測法，因為它們的靈敏度不高，現(xiàn)場檢測適用采用聲學(xué)檢測法，而連續(xù)在線監(jiān)測最好采用UHF法。 GIS局放監(jiān)測主要方法的性能一覽表 GIS局部放電產(chǎn)生超高頻信號的原理通常地，GIS局部放電現(xiàn)象伴隨著GIS內(nèi)部電場的畸變，并會產(chǎn)生上升時間及持續(xù)時間僅為納秒( ns ) 級的脈沖電流，—3GHz高頻電磁波，該電磁波就會從GIS上的盤式絕緣子處泄露出來。第3章 GIS局放報警系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件由超高頻傳感器，集成檢波器，比較器，單片機控制模塊以及基于GSM的報警模塊組成。單片機控制模塊信號數(shù)字化模塊GSM報警模塊集成檢波器UHF傳感器 GIS局放在線監(jiān)測系統(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GIS中由局部放電所激發(fā)的電磁諧振波，主要頻率為300MHz3GHz。前者的靈敏度要差一些，但具有不影響系統(tǒng)的運行、安全性較高、安裝靈活等優(yōu)點，在現(xiàn)有研發(fā)產(chǎn)品得到了較為廣泛的應(yīng)用。，器 德國產(chǎn)UHF傳感器 實驗室研制的UHF傳感器 集成檢波器由于超高頻傳感器接收的是類似已調(diào)波信號，載波頻率相當(dāng)?shù)母?，但其包絡(luò)是M級別的，而我們這套系統(tǒng)只需提取其包絡(luò)信號就能夠判斷是否有局放發(fā)生。 檢波電路 比較器檢波后的信號還是模擬信號，需要把它整成數(shù)字信號才能被單片機的脈沖累加器識