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高压电机绝缘在线监测系统的研究

作　者: 刘杰
导　师: 宋建成
学　校: 太原理工大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 高压电机绝缘在线监测 C8051F020 LabVIEW
分类号: TM306
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究的内容是“十一五”国家科技支撑计划项目“矿井通风及供电系统安全状态监测及故障诊断预警系统的研究”(No：2007BAK29B05)中的主要内容,是针对我国高压电机绝缘事故多发且在线监测功能不健全等问题提出的。随着现代工业的快速发展,生产系统中采用的大型高压电机数量不断增加,高压电机故障率及其故障所造成的经济损失也不断攀升,这就对高压电机本身及其配套的在线监测系统提出更高要求。目前的电机监测系统只能对电机的工作电流、电压和温度等常规参量进行监测和处理,无法从更多角度全方面监测电机运行状态,更无法为电机故障诊断及预警提供可靠依据。因此,研究高压电机绝缘在线监测系统具有非常重要的现实意义。本文分析了电机绝缘老化机理及各个相关参数特征,结合高压电机的实际运行情况,开发了高压电机绝缘在线监测系统。主要研究内容如下：首先,了解了高压电机定子绕组的绝缘材料、绝缘结构、绝缘加工工艺,分析了导致绝缘故障发生的主要原因,结合传统的电机绝缘离线检测手段确定了在线监测系统的监测对象。第二,分析了各个监测对象的特性,设计了绝缘电阻、温度和局部放电在线监测电路和协处理控制模块电路。其中绝缘电阻在线监测电路包括附加直流电源电路、取样电阻电路、程控运放电路、DC-DC线性隔离电路、模数转换电路、开关量信号隔离电路和数字量信号隔离电路；温度在线监测电路能减小温度传感器PTl00的非线性误差,测量精度高；局部放电在线监测电路包括程控增益可调电路、程控带通滤波电路和同步信号发生电路等,该电路测量频带宽、测量误差小、可靠性高。第三,采用模块化程序设计方法,设计了系统初始化程序、RS485通信程序、SPI通信程序、I2C通信程序、绝缘电阻信号采集程序、温度信号采集程序、以及局部放电信号采集协处理程序。采用图形化的程序设计方法编写了上位机软件,包括RS485通信、信号去噪、参数计算、特征量提取、数据显示和数据库读写等程序,系统软件信噪比高、程序扫描周期短、运行效率高。最后,本文对所设计的高压电机在线监测系统进行了仿真与调试,结果表明：监测系统硬件电路监测精度高、可靠性好,软件结构合理、程序可读性与可移植性强,系统各层级间协调性好,实现了高压电机绝缘的各相关参量的在线监测,满足了设计要求。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究高压电机绝缘在线监测系统的意义  11
  1.2 高压电机绝缘在线监测技术的研究现状与发展趋势  11-13
    1.2.1 绝缘预防性试验  12
    1.2.2 绝缘在线监测技术的发展状况  12-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-15
第二章高压电机定子绕组绝缘  15-21
  2.1 高压电机定子绕组绝缘系统  15-18
    2.1.1 绝缘材料  15-16
    2.1.2 绝缘结构  16-18
  2.2 高压电机定子绕组的绝缘故障  18-20
    2.2.1 绝缘故障现象  18-19
    2.2.2 绝缘故障原因分析  19
    2.2.3 绝缘故障表征参量  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章高压电机绝缘在线监测系统总体方案设计  21-26
  3.1 高压电机绝缘在线监测系统总体方案  21-23
  3.2 协处理CPU选型  23
  3.3 虚拟仪器LabVIEW简介  23-25
  3.4 本章小结  25-26
第四章绝缘电阻在线监测电路设计  26-39
  4.1 监测绝缘电阻的重要性和测量原理  26
  4.2 电机绝缘电阻传统测量方法  26-27
  4.3 绝缘电阻监测电路设计  27-38
    4.3.1 绝缘电阻在线监测电路总体设计  27-28
    4.3.2 附加直流电源电路设计  28-31
    4.3.3 取样电阻选择  31-32
    4.3.4 程控运放电路设计  32-33
    4.3.5 DC-DC线性隔离电路设计  33-36
    4.3.6 模数转换电路设计  36-37
    4.3.7 开关量、数字量信号隔离电路设计  37-38
  4.4 本章小结  38-39
第五章温度在线监测电路设计  39-43
  5.1 监测电机温度的重要性  39
  5.2 导致电机温度升高的原因  39-40
  5.3 监测电机温度的测量方法  40
  5.4 温度监测电路设计  40-42
    5.4.1 PT100简介  40-41
    5.4.2 监测电路设计  41-42
  5.5 本章小结  42-43
第六章局部放电在线监测电路设计  43-54
  6.1 监测电机局部放电的重要性  43
  6.2 局部放电特征参量  43-45
    6.2.1 局部放电的基本参量  43-44
    6.2.2 局部放电的分布参量  44
    6.2.3 局部放电的统计参量  44-45
  6.3 高压电机局部放电类型及其特征  45
  6.4 引起高压电机局部放电发生的原因  45-46
  6.5 局部放电监测电路设计思想  46
  6.6 局部放电监测电路设计  46-53
    6.6.1 局部放电监测电路总体设计  46-47
    6.6.2 耦合电容器  47
    6.6.3 增益可调电路设计  47-49
    6.6.4 带通滤波电路设计  49-51
    6.6.5 数据采集卡选型  51-52
    6.6.6 同步信号发生电路设计  52-53
  6.7 本章小结  53-54
第七章协处理控制模块电路设计  54-59
  7.1 协处理控制模块最小系统电路设计  54-56
    7.1.1 电源电路设计  54-55
    7.1.2 JTAG调试接口  55
    7.1.3 复位电路  55-56
  7.2 C8051F020资源分配  56
  7.3 RS485通信电路设计  56-58
  7.4 本章小结  58-59
第八章协处理控制模块软件设计  59-70
  8.1 协处理控制模块软件结构设计  59-60
    8.1.1 软件设计原则  59
    8.1.2 软件结构  59-60
  8.2 协处理主程序设计  60-62
  8.3 RS485通信程序设计  62-63
  8.4 绝缘电阻信号采集程序设计  63-67
    8.4.1 SPI通信  63-64
    8.4.2 I~2C通信  64-66
    8.4.3 软件流程  66-67
  8.5 温度信号采集程序设计  67-68
  8.6 局部放电在线监测协处理子程序设计  68
  8.7 本章小结  68-70
第九章上位机系统软件设计  70-82
  9.1 上位机软件结构设计  70-71
    9.1.1 上位机软件设计原则  70
    9.1.2 软件结构  70-71
  9.2 RS485通信软件设计  71-73
  9.3 数字滤波软件设计  73-78
    9.3.1 平均值数字滤波  73
    9.3.2 自适应数字滤波  73-76
    9.3.3 小波变换滤波  76-78
  9.4 结果存储软件设计  78-80
  9.5 结果显示界面设计  80-81
  9.6 本章小结  81-82
第十章调试与仿真  82-90
  10.1 Silicon laboratories IDE开发环境简介  82
  10.2 RS485通信系统调试  82-84
  10.3 绝缘电阻监测调试  84
  10.4 温度监测调试  84-85
  10.5 带通滤波器调试  85-86
  10.6 同步信号调试  86-87
  10.7 自适应数字滤波器仿真  87-88
  10.8 小波变换滤波器仿真  88-89
  10.9 本章小结  89-90
第十一章研究结论  90-91
参考文献  91-95
致谢  95-96
作者在攻读硕士学位期间的研究成果  96

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