基于超高频法的GIS局放警报系统的设计本科毕业设计说明

1、 毕 业 论 文论文题目 基于超高频法的GIS局放报警系统的设计学生学生学号专业班级学院名称指导老师学院院长摘要GIS装置具有较高的安全可靠性，但加工、运输、现场装配等多种原因，使得GIS设备不可避免地存在绝缘缺陷而影响其长期可靠性。这些缺陷通常比较微小和隐蔽，不足以导致在工频耐压试验时立即击穿，但投入运行后在正常运行电压作用下会发生局部放电，使缺陷逐渐发展扩大，甚至造成整个绝缘击穿或沿面闪络，从而对设备的安全运行造成威胁。本文简单讲述了一套用于判断GIS是否发生局部放电的在线监测系统。主要设计思路如下，利用天线接收超高频局部放电信号，然后经过检波比较形成脉冲信号进入单片机，使用单片机的脉冲累

2、加进行计数，再定时读取脉冲数进行判断是否达到局部放电的阈值，如果已经发生局部放电，则通过GSM模块发送短信进行报警。关键词： GIS局部放电；特高频法；报警设计;C语言AbstractNormally, although GIS has quite high safety and reliability , its long-term reliability will be effected by insulation defects caused by Processing, transportation and field assembly will effect withoutquest

3、ion. 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 int

4、o 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 o

5、r 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 comparing.This signal can be counted by MCU,when the count value reach to the p

6、reinstall 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目录摘要IVAbstractV目录VI第1章绪论11.1 GIS局部放电在线监测研究的目的和意义11.2 GIS 局部放电在线监测国外发展现状21.3 本人的主要工作31.4 论文的章节安排4第2章 GIS局部放电与超高频法52.1 局部放电产

7、生的原因52.2 GIS局部放电检测方法62.3 GIS局部放电产生超高频信号的原理8第3章 GIS局放报警系统硬件设计93.1 硬件系统结构93.2 超高频（UHF）传感器93.3 集成检波器113.4 比较器113.5 GSM模块133.6 单片机系统133.7 供电模块153.8 硬件电路模块PCB板设计17第4章 GIS局放报警系统软件设计214.1 软件设计平台214.2 软件系统结构214.3 数据分析与处理234.4 程序源代码23第5章实验步骤与结果245.1 实验室测试245.2 工厂实验28第6章结论与展望326.1 工作总结326.2 下一步工作的展望32致33参考文献3

8、4附录3663 / 68第1章 绪论1.1 GIS局部放电在线监测研究的目的和意义通常情况下，气体绝缘变电站或气体绝缘的全封闭组合电器（以下简称GIS）是在一个封闭的金属外壳里将变电站里除变压器之外的各种电气装置组装到一起，同时为了可靠的实现导体相间，端口间以与对外壳的绝缘，就会将SF6气体或 SF6混合气体充入罐体。由于GIS技术性能优良、体积小，比起常规电器，GIS有很多优点，比如运行安全可靠、无火灾危险、占地面积小、基本不受外界气象因素的影响、检修周期长等。传统的敞开式设备比GIS 的故障率高了一个数量级，而且设备检修周期短的。因此，近年来在许多大型重要电站GIS逐渐取代了传统的敞开式设

9、备。由于SF6气体具有优异的绝缘性能，被GIS用来作为将诸多被组合和封闭的高压元件的灭弧和绝缘介质，从而使变电站面积大大减小了，供电的可靠性也提高了，综合效益也提升了，并且电压越高，这种综合效益也越显著。不过 GIS 也有很多缺点，GIS的早期故障之所以无法依靠人的感官发现的，是因为它是一个全封闭组合电力设备，其次它的体积小，部装置安排相当紧凑，一个装置如果出了故障，临近装置也很容易被波与，从而使故障扩大。一旦GIS 发生故障，其修复工作非常不简单，修复时间可能要半个月甚至更长。所以，运行检测对GIS 的来说相当重要，为了与时发现并处理各种可能的异常或故障预兆，不仅需要认真进行常规预防性试验，

10、还要积极发展 GIS 的在线监测技术。近年来国和国外有很多机构在对GIS的局部放电和开关动作等早期故障进行技术的研究。前者是通过频繁的测量 GIS 运行中的绝缘状态，了解装置的运行状态，当发现有故障发生时再采取不要的措施，用“状态检修”代替“定期检修”，可以到达节约检修费用和提高设备利用率，它是一种非破坏性监测；后者是通过记录装置的行程和动作时间，从而达到发现装置的机械早期故障的目的。1.2 GIS局部放电在线监测国外发展现状目前，有很多国外学者和专家们在硬件监测装置和软件监测方法上做出了很好的成绩，GIS的局部放电在线监测技术正在蓬勃发展，例如：1995-1997年，清华大学相继研发出330

11、kV GIS局部放电在线检测系统和基于超高频法的具有实用性较强、采用外部传感器、放电源的定位方便等特点的便携式局部放电检测仪。但是该设备还没有完善对采集到信号的分析处理，还处于进一步研发阶段。1998年，超宽频带局部放电传感器诞生了，该设备通过网络分析仪的测量，其具有相当好的频率响应特性，其研发地点是位于交通大学的电力设备电气绝缘的国家重点实验室。英国的Strathclyde大学与NGC和Scottish Power plc一起研发了一套超高频监测系统。通过将一个钳位二极管安装在耦合器输出处和在UHF信号调节处从而防止了断路器工作时产生快速暂态过电压（VFTO），监测系统得到了相应的保护。在线

12、、事故和历史是该系统的3种工作模式，对平常的监测和事故之后分析情况提供了很好的帮助。但无法保证这套系统的精度，因为它对信号分析的因素跟局部放电产生UHF信号无关。通过结合窄带和宽带，Neuhold在瑞士Zurich大学研发出实时响应，多通道的GIS局部放电测量系统。每个测量通道都有一个带有自动高压暂态保护低噪声宽带传感器。该装置能初步实现对故障源的监测、识别和定位，但是精度不高，还需要进一步的研究，适宜于开发过程中的实验室测试和GIS的长期监测。一种用来研究自由移动微粒、固定微粒和突出物以与漂浮物引起的局部放电的超声波绝缘分析器由挪威TransiNor As公司的Schei研制出来。利用该装置

13、能够对局部放电进行监测、定位以与模式识别。2000年，一种用于分析电磁场的有限时域差分(FDTD)方法被Judd在英国Strathclyde大学提出出来。离散形式在空间和时间上表达电场E和磁场H，这样使得任意位置的放电信号（即使是快速暂态量）能够确切的被数学变量表达。当电场模型整个结构非常复杂时，采用该方法分析问题是否有效的程度跟放电信号的位置和特性成正比。同年，俄罗斯科学家Arakelian提出一种新的物理化学诊断方法，它是一种化学检测法，比较适用于用作辅助分析绝缘故障时使用。它的基本原理是：当局部放电发生时， SF6中包含一些杂质（O2、N2、CF4等）在压力和温度的作用下，会改变湿度、密

14、度和酸碱度的一些参数。局部放电的程度根据产生化合物的种类和密度，可以判断出出来。1.3 本人的主要工作国外一直致力于GIS局部放电检测的研究，已经研制出应用于现场的GIS局部放电检测的装置，这些装置既能够检测到GIS设备是否发生了局部放电，而且能判断出局部放电的类型和位置，但价格上非常昂贵，如果在GIS设备每个套管上安装上这么一个该装置，成本更是大大提高，不宜推广。因此，我的想法是，做一个成本相对低廉的在线监测报警装置，在每个套管上装上这么一个设备，当有局放发生时，发出报警信号，工厂的工作人员可以跟据报警的套管位置，定向的启用国外的那套检测设备，这样必将降低成本。在对国外的GIS局部放电检测研

15、究分析的基础上，针对实验室研究局放的基础，我做了如下工作：1. GIS局部放电机理的研究2. GIS超高频信号特性，信号传播的研究3. 在以上研究的基础上研制了一套基于超高频法的GIS局部放电在线监测报警系统，该系统由超高频传感器，检波器，比较器，单片机控制模块以与基于GSM的报警模块1.4 论文的章节安排第1章总体介绍本论文，包括GIS局部放电在线监测研究的目的和意义GIS、局部放电在线监测国外发展现状、论文的主要工作和章节安排。第2章主要容是GIS局部放电和超高频法，包括产生GIS局放产生的原因分分析、近几年国外出现的新方法、新技术、在线监测方法对比、在线监测中存在的问题。第3章是本人做的

16、基于超高频法的高压GIS局放报警系统硬件设计的介绍，包括各个模块设计的要求、器件的选型与其电路。第4章主要讲该系统中单片机控制模块的软件设计，包括软件系统的要求与报警策略实现方案。第5章是对整体工作的总结与有待进一步研究工作的展望。第2章 GIS局部放电与超高频法2.1 局部放电产生的原因电场强度在电气设备的绝缘系统各部位的通常是不相等的，局部放电是指当局部区域的电场强度上升到该区域的击穿场强时，该区域就会出现一种不会降整个绝缘系统击穿的放电现象。绝缘介质中的电场分布和绝缘的电气物理性能是产生局部放电的条件，局部放电一般发生是在高电场强度下的绝缘体的电气强度较低的部位发生。GIS 中主要绝缘缺

17、陷如图2.1所示，包括以下几种缺陷：图2.1 GIS中几种主要的绝缘缺陷1、能够在GIS罐体自由移动的金属颗粒。在GIS的制造、装配和运行这三个过程中会中产生可以自由移动的金属颗粒，它们能够吸附电荷。在交流电压场的作用下会产生运动并放电。当靠近高压导体，即使还没有接触，也可能发生放电。2、固定缺陷。指的是导体和外壳表面上的金属凸起和固体绝缘表面上的金属颗粒。一般是在不良的制造工艺或是安装时不小心摩擦导致的，在电压快速变化是，例如脉冲、快速暂态过电压(VFTO)情况下容易发生局部放电。3、传导部分的接触不良。它包括GIS里部件的松动和静电屏蔽等。可能性最大的是部件的松动，但这种缺陷检测非常简单，

18、且有反复的放电趋向。4、在制造绝缘子时产生的部空隙、做实验时造成的导体表面不光滑以与制造时嵌入的金属颗粒。另外产生气泡和空隙的原因还可能是金属电极和环氧树脂的收缩系数不同导致的。GIS 中产生局部放电主要是由以上几种绝缘缺陷导致的，并且局部放电会导致这些缺陷越来越严重，最终击穿，造成很严重的后果。2.2 GIS局部放电检测方法GIS 的局部放电在线监测方法基本上可以分为电测法和非电测法两大类型，其具体主要可分为以下五种方法1、声学检测法GIS中局部放电会产生具有比较宽的带宽（20250kHz）的超声波信号,可在GIS外部用超声波接收传感器检测到。声学方法的优点有非侵入式，可以在10cm对局部放

19、电源进行的定位并且不受GIS外部噪声源影响，但是信号通过绝缘子和气体会有严重的衰减，所以只有有限的几种放电能被声学检测法检测得到，而且在线监测时需要太多的传感器，从而限制了声学检测法的应用。声学检测法一般用在现场测试，操作人员拿着传感器在GIS表面移动来检测局部放电信号，这样下来，一个GIS站的检测往往需要很多天的时间，该技术的推广受到了限制。目前，利用声学方法取得了不错效果的有交通大学。2、化学检测法通过检测SF6被击穿分解后的生成物SOF2和SO2F2来间接检测局放的方法叫做化学检测法。这两种气体可以利用质谱分析和气相色谱仪可以检测出来,灵敏度可达1ppm。不受电气干扰的影响化学检测方法的

20、优点，但从发生局放到由分析气体检测出来所需要的时间太长，有时候几天也得不到结果，这是的化学方法在局放检测中的使用收到非常严重限制。3、光学检测法因为光电倍增器能够检测到甚至一个光子的发射，在诊断技术中,检测放电产生的光是最灵敏的方法。虽然SF6和玻璃对光的吸收能力很强，但检测时采用石英透镜，并且路径选择得当，就能检测出来。光学法对于检测已知点的放电非常有效，但是对于GIS中诸多未知的放电源，光学法的灵敏度就会大受影响。此外，光学检测法是把传感器放到GIS里面，因此只能离线测试而不适合用于在线监测。4、超高频法20世纪80年代初期英国中央电力局（CEGB）实验室提出了超高频（UHF）法。UHF法

21、利用安置在GIS中的传感器检测局部放电的电磁波UHF(300MHz3GHz)部分。UHF法的具有抗干扰性很强（通常的噪声干扰频率都在500MHz以下）和定位局部放电源能力（理论上可以小于10）等优点。但在线检测需要很多的传感器，因为信号衰减程度跟局部放电源的距离成正比（约2dB/m）,导致传感器间的距离较小(510m)。5、常规电测法1981年，IEC正式提出并被广泛采用的局部放点检测被称作常规电测法，又称脉冲电流法（IEC60270）。用一个有电荷损耗的集中电容能够等效GIS，要想测得发生局部放电时的电量（检测局部放电的频率围为40kHz1MHz），可以通过在外部并列安装一个耦合电容传感器。

22、为了获得最佳的灵敏度，常规电测法可以通过调节GIS等值电容和传感器的比值，同时标度测量系统。此外这套装置需要完全屏蔽，从而防止受到外部的电磁干扰，获得最高的测量灵敏度，但完全屏蔽对于测试整个GIS通常是行不通的。前三种是非电测法，后两种是电测法，对GIS中局部放电放的各种检测方法总结如下：1、这几种方法的灵敏性都能够达到良好。2、常规电测法不能定位局部放电源，声学和UHF法可以做到。3、常规电测法不能用于运行中的GIS，因为它需要一个外部耦合电容，其他方法则可以。目前在线检测一般采用化学和光学检测法，因为它们的灵敏度不高，现场检测适用采用声学检测法，而连续在线监测最好采用UHF法。GIS中局部

23、放电监测方法的性能如表2.1所示。表2.1 GIS局放监测主要方法的性能一览表2.3 GIS局部放电产生超高频信号的原理通常地，GIS局部放电现象伴随着GIS部电场的畸变，并会产生上升时间与持续时间仅为纳秒( ns ) 级的脉冲电流，该电流脉冲将激发出主要频段为0.33GHz高频电磁波，该电磁波就会从GIS上的盘式绝缘子处泄露出来。这种信号就是GIS局部放电产生的超高频信号。第3章 GIS局放报警系统硬件设计3.1 硬件系统结构系统硬件由超高频传感器，集成检波器，比较器，单片机控制模块以与基于GSM的报警模块组成。将超高频传感器贴在GIS外壁上，通过用50欧姆同轴电缆将传感器接收超高频局部放电

24、信号输入检波器，再经过比较器的比较功能形成脉冲信号进入单片机，使用单片机的脉冲累加功能进行计数，再定时中断读取脉冲数判断是否达到局部放电的阈值，如果已经发生局部放电，则通过GSM模块发送短信进行报警。下图为基于超高频法的GIS局部放电在线监测系统结构如图3.1单片机控制模块信号数字化模块GSM报警模块集成检波器UHF传感器图3.1 GIS局放在线监测系统结构图3.2 超高频（UHF）传感器作为UHF局部放电在线监测系统的关键之一的UHF传感器，它具备抑制低频（300MHz以下）干扰的能力，能够检测GIS中由局部放电所激发的电磁谐振波，主要频率为300MHz-3GHz。根据安装方式，UHF传感器

25、可分为外置式和置式两种。前者的灵敏度要差一些，但具有不影响系统的运行、安全性较高、安装灵活等优点，在现有研发产品得到了较为广泛的应用。后者灵敏度虽然高一些，但由于对制造安装的要求较高的缺点，很少被采用，特别是在早期设计制造的GIS中，但目前英国新制造的GIS均要求加装置传感器。下图3.2为购买的德国产UHF传感器，图3.3为实验室研制的UHF传感器图3.2 德国产UHF传感器图3.3 实验室研制的UHF传感器3.3 集成检波器由于超高频传感器接收的是类似已调波信号，载波频率相当的高，但其包络是M级别的，而我们这套系统只需提取其包络信号就能够判断是否有局放发生。本套系统采用了ADI公司的一个集成

26、检波器AD8361，安装其芯片手册上提供的参考电路如图3.4，其检波出来的波形是反向的，由于我们这套系统只需要判断是否有局放发生，因此没有影响。图3.4 检波电路3.4 比较器检波后的信号还是模拟信号，需要把它整成数字信号才能被单片机的脉冲累加器识别。本套系统采用了ADI公司生产的一款比较器AD8561，从改芯片的数据手册上可以看到，它可以单电源供电，也可以双电源供电，由于检波出来的信号是正向的，所以只要单电源供电就行。此外还可以看到5伏供电是该芯片只有7ns的传播延时，理论上工作能够频率能达到100多兆，实验室测得其只能达到70M左右，但已经足够满足我们的需求。图3.5它的电路图，电路比较简

27、单图 3.5 比较器电路 1脚是供电脚，此套系统5伏供电；2脚跟3脚分别是比较器的正端跟负端，一个接检波输出，一个接参考电压；4脚是双电源供电的负电源端，单电源供电接地即可；5脚的作用是锁存输出，高电平有效，本系统不要，接地即可；6脚是为地脚；7脚跟8脚为比较输出，一正一反，随便取哪个输出都可以。 此外为了让比较器的参考电压能够任意调节，我用了TI公司的一款DA芯片DAC081S101，改款芯片可以2.75.5V供电，采用串行通信，只要设置相关寄存器，就能输出预定的电压值，其电路图如图3.6图3.6 DA芯片电路图1脚是输出脚，作为比较器的参考电压输入；2脚是地脚；3脚为电源输入脚，本系统采用

28、5V供电；4,5,6脚为串行通信脚，接单片机。3.5 GSM模块在GIS设备正常工作时，其周围有一定的危险性，当GIS发生局放时，为了安全性和与时性，选择GSM通信模块发出局放报警信号。本套系统采用的SIM900A模块，它是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，基于STE的单芯片方案，采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以置客户应用程序。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向。下图3.7是其电路图 图3.7 GSM模块电路图其有几个重要的地方，J1是天线，J2是SIM卡座，P1是接纽扣电池，给芯片临时供电的（本套系统可以不要的）

29、，P6是一步串口通信引脚，接单片机串行通信脚，S1是模块正常工作有休眠的转换按钮，U3是TVS，起过压保护,此外该模块要求一个3V和一个4V电源供电3.6 单片机系统本套系统选用了MC9S12XS128单片机作为主控芯片。MC9S12XS128是16位单片机，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash(P-lash)、8KB RAM、8KB数据Flash(D-lash)组成片存储器。主要功能模块包括：部存储器、部PLL锁相环模块、2个异步串口通讯SCI、1个串行外设接口SPI、MSCAN模块 、1个8通道输入/输出比较定时器模块TIM、周期中断定时器模块PIT、16通道A/

30、D转换模块ADC、1个8通道脉冲宽度调制模块PWM、输入/输出数字I/O口。MC9SXS128的3种封装的引脚数不一样，具有的通用端口的引脚功能也有一定差异，表3.1列出了3种封装对应的引脚和引脚数目。表3.1 MC9S12XS128单片机不同封装对应的引脚与其数量我选用的112引脚的（因为之前有使用过这款芯片，手头有剩余，其实64脚也足够满足本套系统的需求），主要使用到单片机的SCI模块，AD模块，脉冲累加器，PIT模块，IO口等模块。其中利用两个SCI串口分别跟GSM和电脑通信，AD模块用来监测电池电压，脉冲累计对比较器输出的脉冲进行计数，PIT模块产生定时中断读取脉冲累加器的值。下图3.

31、8该单片机的最小系统电路图图3.8 MC9S12XS128单片机的最小系统电路图3.7 供电模块蓄电池7.2VVUCC383-5检波器比较器DA芯片单片机TPS703025VGSM模块3V4V 本套系统供电结构如下图3.9所示，使用了TI公司的电源芯片UCC383-5和TPS70302图3.9 系统供电结构图UCC383-5是一款常见的低压差稳压芯片，输出电压5V，输出电流可高达3A，最小输入输出电压差为0.45V，最大输入电压9V，工作温度围-55°C- 150°C，含静态电流降低电路、电流限制、过压保护、电池反接和反插入保护电路，其电路图如图3.10所示。 图3.10

32、UCC383-5电路图TPS70302为双路可调输出，通道一输出电流可达1A，通道二输出电流可达2A,两个通道输出的电压不能高于5.5V，最大输入电压最好不超过6V，工作温度围-40°- 125°C，含静态电流降低电路、电流限制、过压保护、电池反接和反插入保护电路。由于GSM需要一个3V和一个4V电压供电，此款芯片是个很好的选择，其电路图如图3.11所示。 图3.11 TPS70302电路图3.8 硬件电路模块PCB板设计图3.12和图3.13分别是主控板的PCB板的顶层和底层，其上主要有检波器，比较器，单片机，UCC383电源芯片以与一些接插件等。图3.14和图3.15分

33、别是GSM模块PCB板的顶层和底层，其上主要有SIM900A模块，TPS70302电源芯片以与一些接插件等。这是两个双层板，板面空置部分接地，以抑制一般的噪声。 图3.12 主控板PCB板顶层图3.13 主控板PCB板底层图3.14 GSM模块PCB板顶层图3.15 GSM模块PCB板底层为了确保板层间的低阻抗连接，可以将上下层地平面通过过孔连接到一起。焊接好的电路板如图3.16图3.16 整体系统焊好的PCB板第4章 GIS局放报警系统软件设计4.1 软件设计平台系统软件主要是对单片机进行C语言编程，该系统采用的MC9S12XS128单片机，可以在飞思卡尔公司的CodeWarrior IDE

34、平台上进行编程，调试，下载等。该软件使用起来非常方便，具有项目管理器，编辑器，搜索器，源代码浏览器，编译系统，调试器等特点，并具有交叉平台开发，支持多种语言，开发环境界面统一，支持插件工具等优点，受到使用者亲睐。图4.1是它的工作界面图4.1 CodeWarrior IDE工作界面4.2 软件系统结构本套系统重点跟难点在他的硬件设计，软件设计相对简单，软件流程图图4.2所示图4.2 软件流程图4.3 数据分析与处理本套系统需要处理的数据主要有AD采样电池电压值，脉冲累加器对局放脉冲的计数值以与GSM接收到的短信容。（1） 由于本套系统采用的是蓄电池供电，所以需要对电池电压进行监测，防止电压过低

35、，导致系统不能正常工作。当AD采样的电池电压值低于预设阀值，则单片机控制GSM发出电压过低的警告。（2） 利用单片机的脉冲累加功能，能很方便的读取比较器输出的脉冲个数。在PIT每20ms就会产生的中断函数中读取脉冲累加的计数值，而且如果GIS局放一旦发生，则就会一直发生，程序中设置了要连续检测到局放发生一定次数后才会发出局放发生的警告，从而降低由于偶然干扰导致误测的可能性。（3） GSM通信是双向的，工厂控制中心不仅可以接收来自GSM模块发出的警告信息，而且能发送信息给GSM模块，从而改变系统的参数设置。例如，改变DA_VALUE的值来改变外部DA芯片的输出值以与GSM发送短信的接收，通过这个

36、方法能很方便进行更改，而不需要将系统从GIS设备上拿下来，再下载程序更改。当然，给GSM模块发送的短信容需要预先设定一个格式，防止干扰。如改变DA_VALUE的值时，短信容为：XXXXXXXXXXXXDA;改变接收时，短信容为：XXXXXXXXXXXNO第5章 实验步骤与结果5.1 实验室测试实验现场如图5.1图5.1 实验室测试现场传感器接收的实际超高频GIS局放信号如图5.2所示，它是一个非常陡的已调波脉冲电磁波，其脉冲时间根据放电类型不同，一般是100ns到1000ns之间，载波频率高达GHz数量级。图5.2 超高频GIS局放信号由于实验室条件有限，我做实验时，利用实验室的信号源产生的类

37、似的信号，如图5.3所示图5.3 实验室模拟的超高频信号在将此信号接入系统，测得检波输出波形如图5.4和图5.5（图5.5为利用示波器双通道同时测得检波器输入输出信号），将比较器的参考电压设为1.9V,测得比较器输出信号如图5.4所示图5.4 比较器输出信号图5.5 示波器双通道同时测得检波器的输入输出信号图5.6 比较器的输出信号将该方波输入单片机，单片机的脉冲累加器能够非常准确的计数，GSM也能正常工作，发出了报警信号，测试非常成功。5.2 工厂实验在老师的安排下，我跟一学长去了许继高压开关股份做了实验，图5.7和图5.8为实验现场。由于实验室，GIS工装是通了非常高的电压，周围有一定危险

38、，许继公司的工作人员不允许我们人进入GIS工装10米以的区域，所以我们无法亲自测量每个模块的波形，但是我们通过手机录像，得到了有局放发生时检波输出和脉冲累加器的计数值，分别如图5.9和图5.10天线GIS工装图5.7 工厂实验现场图电缆，另一头接着天线实验装置图5.8 工厂实验现场图图5.9 检波输出图形脉冲累加器的计数图5.10 脉冲累加器计数值从图5.2.3可以看出检波输出的波形，脉冲持续时间到达600ns,最大值3.4V，最小值2.34V，而我设定比较器参考电压为3V。从图5.2.4看以看出每20ms,GIS局放大概会产生15个脉冲。最后,GIS也准确的发出了局放发生的警告，实验相当成功

39、。第6章 结论与展望6.1 工作总结本人通过大四上学一学期的学习，弄清楚了高压GIS局部放电的机理，GIS超高频信号特性，了解了GIS局部放电在线监测研究的目的和意义以与GIS局部放电在线监测国外发展现状，为我在后面的设计提供了思路。在系统设计阶段我做过很多尝试和实验，最终选择了目前这套方案，从上一章实验结果可以看得出来，实际上局部放电情况没有我在实验室做测试时复杂，利用本套系统对高压GIS局部放电进行在线监测能够达到预期效果。6.2 下一步工作的展望粗略估算了一下本套系统的功耗将近7.5W（GSM功耗约5W，其他约2.5W），而且由于条件限制，本套系统只能采用电池供电。如用普通蓄电池供电，则

40、需要频繁地更换电池，这是不切实际的。因此，下一步工作需要做到：1. 本套系统并不需要时时刻刻工作，可以每天只进行一次或者两次监测，在不工作期间可以将这个系统置于低功耗的休眠状态，从而降低功耗，这需要更改硬件与部分芯片的选型。2. 由于GSM安装的地方一般都有光照，可以研发一套太阳能供电系统，从而从根本上解决供电问题。致本文由汪沨老师悉心指导完成。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，他都对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。老师渊博的知识和严谨的治学态度让我受益匪浅。在这里同时要感在我论文期间给过我很大帮助的申晨师兄，他对我们严格要求，又悉心关怀。另外皮建民师兄，

41、廖平军师兄和叶衍林师兄在编程和专业知识上给我的莫大的帮助，在这表示衷心的感。最后感默默支持我的家人和朋友。！参考文献1施围,邱毓昌,乔根.高电压工程基础(M).：机械工业.2010.03.2印华,邱毓昌,小勇,王建生. GIS中局部放电特高频信号采集系统J. 高压电器,2004,(05):330-332.3肖燕,郁惟镛.GIS中局部放电在线监测研究的现状与展望J.高电压技术,2005,(01):47-49. 4吴建,成榕,齐波,郝震,耿弼博. GIS局部放电检测中特高频法与超声波法灵敏度的对比研究J. 现代电力,2010,(03):31-36. 5文栋,黄成军,钱勇,江秀臣. 便携式GIS局部

42、放电检测系统的应用研究A. 中国电工技术学会电工测试专业委员会、大学.2010电工测试技术学术交流会论文集C.中国电工技术学会电工测试专业委员会、大学:,2010:5. 6A Pulsed GTEM System for UHF Sensor Calibration. Judd, Martin D.Farish, Owen.Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on Volume: 47 , Issue: 4 Digital Object Identifier: 10.1109/19.744636.Publication Year

43、: 1998 , Page(s): 875 - 880 Cited by 197 王建生,邱毓昌等,气体绝缘开关中电磁波的传播特性J.电网技术,1999,23(9):1-38 王建生,丘区毓昌,气体绝缘开关设备中局部放电的在线监测技术J.电工电能新技术,2000,4:44-48 9 唐炬,廖华,晓星,许中荣,GIS局放超高频在线监测系统研制J.大学学报2008,31(1):29-3310 严璋.电气绝缘在线检测技术M.:中国电力,1997. 11中国国家电网XX公司.高压设备智能化技术导则Q/GDW Z410-2010S.国家电网科(2010)180号,2010.12 中国国家电网XX公司.1

44、10(66)kV-22OkV智能变站设计规Q/GDW393-2009S.国家电网科(2010)229号,2010. 13 罗学深.SF6气体绝缘全封闭组合电器M.:中国电力,2003.14 唐炬,朱伟,等,GIS局部放电的超高频检测J.高电压技术,2003,29(12):22-2315 黄兴泉,康书英,等,GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究J.高电压技术,2006,32(10):32-3516 钱勇,黄成军,等,GIS中局部放电在线监测现状与发展J.高压电器,2004,40(6):453-45617 信,成榕,丁立健,等,基于超高频信号检测GIS局放模式识别J,高电压技术,2003,29

45、(11):26-3018 明君华,郭灿新,明,等,局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析J.高电压技术,2009,35(5):1044-104819 覃剑,王昌长等,特高频在电力设备局部放电在线监测中的应用J.电网技术,1997,21(6):33-3620 智敬,文元,允平,GIS局部放电的检测方法J.高压电器,1997,第3期:43-4521 汤明,GIS中局部放电UHF信号传播特性研究J,中国电力教育2008年研究综述与技术论坛专刊,2008,164-16522 鸣超,邱毓昌,等,GIS中局部放电产生的超高频电磁波与其测量J.高电压技术,1998,24(2):22-2623君华,明,黄成军

46、,等,GIS中局部放电电磁波的模式特性J.高电压技术，2009,35（7）：1654-165924 K.Mizuno,A.Ogawa, K.Nojima,H.Murase,H.Koyama, S.Wakabayashi,T.Sakalibara, InvestigationofPDpulsepropagation characteristicsinGIS,IEEE,199925R.Bozzo,F.Guastavina,G.guema,PDDetectionandLocalizationbyMeansofAcoustic MeasurementsonHydrogeneratorStatorBar

47、s.IEEE, TransactionsonDielectricsandElectricalInsulation.1995,Vol.2(4),660-666附录A 全局宏定义/*.h文件*/#ifndef _MACROS_H#define _MACROS_H#define N 16#define uint unsigned int #define uchar unsigned char #endif/*/B 全局变量定义/*.h文件*/#ifndef _VARIABLE_H#define _VARIABLE_H#include "macros.h"extern uint p

48、acnt_count; /脉冲计数extern uint time_a;extern uint time_b;extern uint time;extern uchar state;extern uchar alarm_flag;extern uchar start_flag;extern uchar key3; /3个按键 数组extern uint global_variable1;extern uint global_variable2;extern uint global_variable3;extern uint global_variable4;extern uchar table

49、12;extern uchar table114;extern uchar DA_VALUE9;extern void delay_1ms(long int k) ;#endif/*/*.c文件*/#include "variable.h"uint pacnt_count=0;uint time_a = 1;uint time_b = 0;uint time = 0;uchar state = 0;uchar alarm_flag = 0; /是否报警标志uchar start_flag = 1; /是否判断状态标志uint global_variable1=0;uint

50、global_variable2=0;uint global_variable3=0;uint global_variable4=0;uchar key3;uchar table12="I LIKE MCU!"uchar table114=" TXMCU "uchar DA_VALUE9="01100110"void delay_1ms(long int k) long int i,j; for(i=k;i>0;i-) for(j=1729;j>0;j-);/*/C 单片机硬件初始化程序/*.h文件*/#ifndef _H

51、ARDWARE_H#define _HARDWARE_Hextern void HardwareInit(void);#endif/*/*.c文件*/#include <hidef.h> #include "derivative.h"#include "hardware.h"void SetBusCLK_64M(void) /得到总线64M频率 CLKSEL=0X00; /disengage PLL to system PLLCTL_PLLON=1; /turn on PLL SYNR =0xc0 | 0x07; REFDV=0x80 | 0x01; POSTDIV=0x00; /pllclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=128MHz; _asm(nop); /BUS CLOCK=64M _asm(nop); while(!(CRGFLG_LOCK=1); /when pll is steady ,then use it; CLKSEL_PLLSEL =1; /engage PLL to system; void PitInit(void) /配置20ms的PIT中断 PITCFLMT_PITE=0; /关闭PIT PITCE_PCE0=1; /开启通道0 PITMUX=0x00; /ch0 连接到时