本文關(guān)鍵詞：GIS局部放電超聲信號(hào)傳播特性及檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：氣體絕緣組合電器(Gas Insulated Switchgear, GIS)由于其諸多優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛,特別是城市供電等高壓輸變電系統(tǒng)中。GIS中局部放電現(xiàn)象是其絕緣性能下降的一種征兆現(xiàn)象,并且會(huì)進(jìn)一步劣化絕緣性能引起更大的事故。為了保證GIS穩(wěn)定安全運(yùn)行,針對(duì)GIS局部放電檢測(cè)技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)行了大量理論和實(shí)驗(yàn)研究。目前有多種方法可對(duì)局部放電進(jìn)行有效檢測(cè),但各種手段性能不盡完善,超聲波法作為一種重要的局部放電檢測(cè)手段得到了廣泛的應(yīng)用,然而關(guān)于局放超聲信號(hào)的數(shù)值仿真研究非常少,相關(guān)研究多為實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。因此針對(duì)這一問題利用時(shí)域有限差分法對(duì)GIS中超聲信號(hào)的傳播特性進(jìn)行仿真,并參考仿真結(jié)果設(shè)計(jì)了一款超聲局放檢測(cè)儀。通過研究GIS中局放超聲信號(hào)的傳播規(guī)律,可以為超聲時(shí)延計(jì)算,基于幅值衰減定位計(jì)算提供理論依據(jù),并為現(xiàn)場(chǎng)局放檢測(cè)提供理論參考。論文的主要研究?jī)?nèi)容以及取得成果如下：(1)利用電力聲方法對(duì)局放超聲信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究,并對(duì)壓電式超聲傳感器的檢測(cè)特性進(jìn)行分析,影響超聲傳感器檢測(cè)靈敏度的主要因素包括壓電晶體厚度和目標(biāo)聲波波速,探頭的諧振頻率大小隨著壓電晶體的厚度減小而迅速增大。(2)利用FDTD法對(duì)聲波動(dòng)方程進(jìn)行離散化處理,建立基于110kV標(biāo)準(zhǔn)的GIS超聲傳播仿真模型,對(duì)超聲信號(hào)在GIS中的衰減特性,折反射問題,聲壓分布特性,局放源位置的影響,檢測(cè)角度的影響等進(jìn)行仿真研究,結(jié)果表明超聲信號(hào)幅值大小與傳播距離基本成反比例關(guān)系,在氣固界面發(fā)生嚴(yán)重的界面損耗,金屬導(dǎo)桿對(duì)超聲信號(hào)傳播有嚴(yán)重的阻擋效應(yīng),GIS底部為一個(gè)重要的傳感器安裝位置。(3)進(jìn)行超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研制,該部分主要包括軟件和硬件兩部分。硬件部分包括參考GIS中局部放電超信號(hào)的特性對(duì)聲發(fā)射傳感器進(jìn)行選型,設(shè)計(jì)相應(yīng)的前置放大濾波電路,并設(shè)計(jì)以FPGA芯片為控制核心的數(shù)據(jù)采集和傳輸模塊,利用SOPC搭建所需要的硬件資源,通過NiosII軟件編寫局放超聲信號(hào)的下位機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳輸?shù)目刂撇呗浴１疚淖詈罄醚兄频木植糠烹姍z測(cè)系統(tǒng)在110kV三相分筒式GIS中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：GIS 局部放電 時(shí)域有限差分 超聲
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM595
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景與意義10-12
• 1.2 GIS局部放電檢測(cè)方法12-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 局放超聲信號(hào)傳播特性研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 局放超聲檢測(cè)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 局放超聲信號(hào)產(chǎn)生及檢測(cè)方法原理19-27
• 2.1 局部放電超聲信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理分析19-22
• 2.1.1 描述聲場(chǎng)的物理量19-20
• 2.1.2 電—力—聲類比20-21
• 2.1.3 局部放電產(chǎn)生超聲波機(jī)理21-22
• 2.2 局部放電的表征參數(shù)22-23
• 2.3 聲測(cè)法檢測(cè)原理23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 局放超聲信號(hào)傳播特性仿真分析27-49
• 3.1 時(shí)域有限差分法簡(jiǎn)介27-32
• 3.1.1 時(shí)域有限差分法基本概念27
• 3.1.2 時(shí)域有限差分法基本原理27-31
• 3.1.3 FDTD方法的CFL穩(wěn)定條件31
• 3.1.4 PML吸收邊界31-32
• 3.2 聲場(chǎng)的波動(dòng)方程32-33
• 3.3 GIS腔體內(nèi)局放超聲信號(hào)傳播特性33-47
• 3.3.1 建模過程34-39
• 3.3.2 超聲信號(hào)的衰減特性39-42
• 3.3.3 超聲信號(hào)折反射問題42-44
• 3.3.4 金屬導(dǎo)桿對(duì)超聲信號(hào)傳播的影響44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 GIS局放超聲檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)49-62
• 4.1 超聲傳感器49-51
• 4.1.1 超聲傳感器分類49-50
• 4.1.2 傳感器選型50-51
• 4.2 超聲檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)51-58
• 4.2.1 前置放大與濾波電路52-55
• 4.2.2 AD模塊設(shè)計(jì)55-56
• 4.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊56-58
• 4.3 局放超聲檢測(cè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)58-61
• 4.3.1 開發(fā)環(huán)境介紹58-59
• 4.3.2 系統(tǒng)控制單元設(shè)計(jì)59-60
• 4.3.3 緩存及預(yù)判斷模塊設(shè)計(jì)60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 硬件測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)62-70
• 5.1 前置放大與濾波電路測(cè)試62-64
• 5.1.1 放大電路測(cè)試62-63
• 5.1.2 濾波電路測(cè)試63-64
• 5.2 信號(hào)采集與數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試64-65
• 5.2.1 數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試64-65
• 5.2.2 整體測(cè)試65
• 5.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試65-69
• 5.3.1 局部放電試驗(yàn)平臺(tái)66
• 5.3.2 局部放電試驗(yàn)平臺(tái)66-67
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)方案67
• 5.3.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析67-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第6章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 論文的主要研究工作及結(jié)論70-71
• 6.2 需要進(jìn)一步研究的問題71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄77-78
• 致謝78

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