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SF_6分解产物检测装置的研制

作　者: 李智
导　师: 张世平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 局部放电 电化学传感器 中红外吸收光谱
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着电力系统对变电站可靠性和紧凑性要求的不断提高,具有高可靠性、高安全性、低维护和体积小等优点的气体绝缘变电站（GIS）得到了广泛的应用。但是气体绝缘变电站由于各种潜伏性绝缘缺陷的存在会导致电气故障,从而使电网发生大面积瘫痪给社会带来巨大的灾害。研究表明,变电站电气故障最通常的特征是完全击穿前的局部放电。因此对变电站电气故障的监测可以通过局部放电的检测来实现。研究者根据局部放电伴随的理化现象,提出了各种判断局部放电的方法。其中分析局部放电产生的SF6分解产物是一种十分有效的方法。局部放电产生的SF6分解组分很多,但是实践表明通过测量分解产物中SO2和H2S气体的含量就可以实现对气体绝缘变电站内部放电状况、放电原因的判断。本文的研究内容就是设计SO2和H2S气体浓度测量装置。由于H2S气体有剧毒,目前无法在实验室进行实验,本文只对SO2浓度测量进行研究。本文首先基于电化学传感器法设计了SO2电化学传感器信号调理采集电路和相应的单片机测量系统。在软件系统中利用滑动平均算法实现了信号的数字滤波,消除了噪声对信号的干扰,得到了准确稳定的输出结果。由于电化学传感器SO2气体浓度分析装置不能实现在线测量,本文进一步设计了基于红外吸收光谱法的SO2气体浓度分析装置。在实现该装置的过程中,首先设计了直接吸收法光路系统,然后针对光电探测器输出信号的特点,设计了基于ICL7650斩波稳零放大器的信号调理电路,实现了微弱浓度信号的有效放大,最后用A/D进行采集送给单片机进行数字滤波并输出。数字滤波采用算术平均和滑动平均相结合的方法来实现,消除了光路中的干扰因素,同时降低了由光源、探测器的不稳定和变化所引的检测误差,提高了输出稳定性。最后设计了气体配置装置,利用该装置对上述两个装置分别进行了标定,得到标定数据。利用最小二乘拟合法对标定数据进行处理,获得两个装置的输入输出特性直线,完成标定。标定好的装置进行了实验验证。实验结果表明电化学传感器SO2浓度测量装置的分辨率较高,稳定性好。而基于中红外吸收光谱法的SO2浓度测量装置的灵敏度比较低,且稳定性相对差。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 GIS 设备局部放电检测研究现状  10-11
  1.3 SF6 分解产物检测方法分析与比较  11-15
    1.3.1 气体检测管法  11-12
    1.3.2 气体传感器法  12-13
    1.3.3 红外吸收光谱法  13-15
  1.4 本文的研究内容  15-16
第2章 基于电化学传感器的气体测量装置  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 电化学传感器的原理  16-17
  2.3 传感器及其调理电路  17-19
    2.3.1 传感器选择  17-18
    2.3.2 传感器信号调理电路  18-19
  2.4 数据采集电路  19-24
    2.4.1 A/D 的选择  19-21
    2.4.2 A/D 电路设计  21-24
  2.5 单片机及其它模块电路  24-26
    2.5.1 单片机电路  24-25
    2.5.2 液晶显示电路  25-26
    2.5.3 串口电路  26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 基于红外吸收光谱法的气体测量装置  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 基本原理  27-29
  3.3 红外光学系统  29-34
    3.3.1 吸收谱线选择  29-30
    3.3.2 红外光源选择  30-31
    3.3.3 探测器选择  31-32
    3.3.4 气室结构的设计  32-34
  3.4 电路系统设计  34-41
    3.4.1 光源调制电路  34-37
    3.4.2 光电探测器输出信号调理电路  37-39
    3.4.3 信号采集电路  39-40
    3.4.4 单片机及其它模块电路  40-41
  3.5 不足与改进方法  41
  3.6 本章小结  41-42
第4章 系统软件设计  42-48
  4.1 引言  42
  4.2 电化学传感器SO_2 浓度测量装置软件设计  42-45
    4.2.1 液晶初始化子程序  42-43
    4.2.2 A/D 转换子程序  43-44
    4.2.3 数据处理子程序  44-45
  4.3 红外吸收光谱气体浓度测量系统软件实现  45-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章 标定与实验验证  48-56
  5.1 引言  48
  5.2 气体配置装置的设计  48-49
  5.3 标定数据处理方法  49-50
  5.4 电化学传感器标定与测试实验  50-53
  5.5 中红外SO_2 浓度传感器标定与测试实验  53-55
  5.6 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 化学传感器
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