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水下三相高压设备在线绝缘监测系统

作　者: 刘文方
导　师: 周巧娣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 水下三相供电系统绝缘电阻测试漏电流检测安全防护
分类号: TM855
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本课题来源于国家海洋发展计划中的深海探测与作业技术项目，主要工作是研制水下三相高压设备在线绝缘监测系统。海洋开发中的供电安全是各国都在研究的热点，现代海洋设备的功率不断增大，在水下工作的深度不断增加，其工作环境也愈加恶劣，从而使得这些用电设备产生较高的绝缘故障发生率。水下高耗能的设备采用有缆传输的方式，由于电缆的阻抗不可避免，一般采用升高电压的方式以减少缆上损耗；针对水下设备的供电结构和原理，本设计选用合适的传感器在供电端进行电参数和漏电电流的测量，能够实时监测电路参数的变化；同时提出了一种基于直流高压注入测量绝缘电阻的方式，能够完成离线和在线双重条件下的绝缘电阻的测量。如果电路出现异常，系统能够及时进入保护状态，从而在设备的供电可靠性方面有了很大的提高。论文首先介绍了船载三相高压交流电网的特点，然后对水下三相高压设备绝缘监测系统的基本原理、研究现状和发展做了分析，对需要解决的问题和对应的方法进行了讨论，并据此提出了微控制器和专用数据采集芯片相结合的设计方法，以便简化硬件电路设计和系统软件编程。在确定系统整体实现的功能前提下，采用模块化编程的方法设计系统的软件部分，增强了系统程序的可靠性。具体在主板系统设计中，主控芯片采用ST公司的三十二位微控制器STM32F107，电参数采集芯片采用了珠海炬力公司的ATT7022B。水下三相高压设备在线绝缘监测系统的硬件采用了模块化的设计，主要包括开关电源电路、电参数和漏电流采集电路、绝缘电阻监测电路以及串口通讯电路等等。然后详细介绍和分析了各模块功能的软件编程和实现方法，接着从功能模块调试和整机调试两方面对系统调试进行了分析。最后对设计的水下三相高压设备在线绝缘监测系统样机进行了多次试验，对试验结果进行了分析和总结，并展望了接下来的工作重点。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题的研究背景和意义  11-12
  1.2 课题的研究现状和发展趋势  12-13
  1.3 课题的研究内容和主要工作  13-14
  1.4 本章总结  14-15
第2章水下三相高压设备在线绝缘监测系统的工作原理  15-23
  2.1 水下设备的供电方式与供电载体  15-16
  2.2 三相电源的特点  16-17
  2.3 三相电参数采集原理  17-19
  2.4 漏电流的监测原理  19-20
  2.5 绝缘电阻的监测原理  20-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章水下三相高压设备在线绝缘监测系统的总体设计  23-28
  3.1 系统的功能要求  23-24
  3.2 系统的设计思路和方案  24-25
  3.3 微控制器的选择  25-26
    3.3.1 常用的微控制器  25-26
    3.3.2 本设计选用的微控制器简介  26
  3.4 电参数采集传感器的选择  26-27
  3.5 本章小结  27-28
第4章水下三相高压设备在线绝缘监测系统的硬件设计  28-43
  4.1 系统的微控制器部分  28-29
  4.2 系统的电源结构  29-34
    4.2.1 功率电源电路设计  29-31
    4.2.2 控制电源电路设计  31-32
    4.2.3 直流高压电路设计  32-34
  4.3 绝缘电阻监测电路设计  34-35
  4.4 漏电监测和电流采集模块设计  35-38
    4.4.1 ATT7022B 的特点  35-37
    4.4.2 交流采样电路  37-38
  4.5 SD 卡连接电路  38
  4.6 数据显示电路设计  38-40
  4.7 声音报警  40
  4.8 串行通信接口电路设计  40-42
    4.8.1 RS232 接口电路设计  41-42
    4.8.2 RS485 接口电路设计  42
  4.9 本章小结  42-43
第5章水下三相高压设备在线绝缘监测系统的软件设计  43-53
  5.1 单片机软件系统整体结构  43
  5.2 开发环境介绍  43-44
  5.3 主程序流程  44-45
  5.4 ATT7022B 的软表校标和数据读取  45-46
  5.5 AD 采样程序设计  46-47
  5.6 PI 程序设计  47-49
  5.7 数据的存储和显示  49-50
  5.8 独立看门狗设置  50
  5.9 RS485 通信协议设置  50-52
  5.10 系统上位机程序设计  52-53
第6章水下三相高压设备在线绝缘监测系统的调试和应用  53-60
  6.1 机柜实验  54-56
  6.2 实际应用  56-58
  6.3 本章小结  58-60
第7章总结与展望  60-62
  7.1 总结  60
  7.2 展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
附录  65

水下三相高压设备在线绝缘监测系统

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