电器设备状态检测

本书涉及电气工程、传感技术、信息技术、通信技术和人工智能等多学科技术，针对电器设备状态检测新技术，从设备劣化机理、状态感知、信号处理及通信、检测系统设计、故障诊断和电寿命评估等方面进行了探讨。全书分四大部分，共11章。第壹部分讲述电器设备状态检测的国内外研究现状，以及电器设备劣化规律，由第1~2章组成；第二部分为电器设备状态特征量信号的提取、信号处理方法、信号传输与通信，由第3~6章组成；第三部分为电器设备状态检测系统的设计，由第7~10章组成；第四部分为触头电接触性能测试系统设计，为本书的第11章。本书既可以作为高等院校本科生和研究生教学科研用书，也可以为科研人员开展相关方面研究工作提供参考和借鉴。

序
前言
第1章绪论1
1.1电器设备状态检测研究的必要性1
1.2电器设备状态检测的研究现状2
1.3电器设备状态检测领域中的关键技术5
参考文献6
第2章电器设备状态劣化规律研究9
2.1电器设备的劣化类型9
2.1.1电连接状态劣化9
2.1.2绝缘特性劣化10
2.1.3机械特性劣化11
2.1.4环境劣化11
2.2电连接状态劣化的规律研究12
2.2.1接触电阻过大12
2.2.2触头材料的侵蚀与转移13
2.2.3电连接处熔焊13
2.3绝缘劣化的规律研究13
2.3.1绝缘特性的表征方法13
2.3.2泄漏电流随电气特性劣化的变化规律15
2.3.3局部放电超高频信号随绝缘劣化的变化规律16
2.4机械特性劣化规律的仿真研究20
2.4.1多体动力学概述20
2.4.2ADAMS软件包简介20
2.4.3VS1型真空断路器操动机构仿真分析21
2.4.4真空断路器动触头所受短路电流电动力分析25
2.4.5高压断路器操动机构故障状态仿真分析36
2.4.6主轴角位移行程曲线的参数化描述42
2.5环境劣化的规律研究44
2.5.1自然环境导致的电器设备性能的劣化44
2.5.2导线过载导致电缆绝缘老化45
2.5.3设备内部分解产物造成的劣化46
参考文献46
第3章电器设备状态特征量信号的现场提取48
3.1环氧绝缘套管绝缘劣化规律及泄漏电流信号的现场提取48
3.1.1环氧绝缘套管绝缘特性劣化判据的实验确定48
3.1.2使用引流环的泄漏电流信号的现场提取49
3.2GIS局部放电超高频信号的现场提取51
3.2.1GIS局部放电超高频信号的传播特性51
3.2.2超高频传感器及其安装位置的选择55
3.2.3GIS局部放电超高频信号的采集与调理电路61
3.3电连接处温度信号的现场提取66
3.3.1电连接处温度的在线监测方法66
3.3.2基于热电效应的接触式测温技术70
3.3.3基于荧光光纤温度传感器的接触式测温技术73
3.3.4基于红外辐射的非接触式测温技术75
3.4断路器机械状态参量的现场提取77
3.4.1断路器机械状态的主要特征参量77
3.4.2二次线圈电流信号的现场提取80
3.4.3动触头位移信号的现场提取82
3.4.4断路器三相分（合）闸同期性的现场提取83
3.5其他一些状态信号的现场提取方法85
3.5.1电器设备内部弧光信号的现场提取85
3.5.2SF6气体状态特征量的现场提取86
3.5.3真空灭弧室的真空度信号现场提取89
参考文献92
第4章电器设备局部放电与振动信号的分析处理技术94
4.1常用的信号处理方法94
4.1.1时域分析方法94
4.1.2频域分析方法95
4.1.3时频域分析方法96
4.1.4Chromatic法100
4.2局部放电UHF信号的分析与处理103
4.2.1UHF信号典型特征103
4.2.2GIS局部放电的识别方法105
4.2.3GIS局部放电的定位方法106
4.3振动信号处理与分析107
4.3.1利用小波包分解对断路器振动信号进行去噪处理108
4.3.2小波包频带能量分解在断路器振动信号分析中的应用109
4.3.3断路器分合闸动作中的事件识别111
4.3.4断路器机械故障诊断115
4.3.5断路器三相同期性在线监测119
参考文献120
第5章电器设备在线检测系统的通信技术123
5.1IEC61850标准通信协议123
5.2基于IEC61850的通信系统设计129
5.2.1下位机主控板通信模块硬件设计130
5.2.2下位机主控板通信软件设计132
5.2.3上位机通信软件（MMS通信客户端）的设计136
5.3IEC61850客户端通信调试140
参考文献144
第6章信号传输方式的研究145
6.1基于光纤技术的信号传输方式145
6.2基于红外技术的信号传输方式147
6.3基于射频技术的信号传输方式148
参考文献152
第7章电器设备故障诊断专家系统153
7.1专家系统框架的构架153
7.2专家系统知识库的建立155
7.3专家系统的推理机制158
7.4专家系统数据库及其配置162
7.4.1数据库162
7.4.2配置系统163
7.5基于模型的诊断专家系统163
7.6基于神经网络的故障诊断专家系统实例171
7.7基于支持向量机的寿命预测专家系统实例173
7.8基于循环神经网络的寿命预测专家系统实例176
参考文献178
第8章基于弧触头烧蚀的电寿命评估方法180
8.1高压断路器的弧触头烧蚀180
8.1.1高压断路器的开断过程180
8.1.2影响弧触头烧蚀的因素181
8.2弧触头烧蚀参数测量技术182
8.2.1光谱诊断技术182
8.2.2动态回路电阻法188
8.3电寿命数值计算评估方法191
8.4基于弧触头单独接触行程的电寿命评估方法192
8.5基于chromatic电弧光谱分析的触头烧蚀预测方法198
8.5.1波长域数据处理法198
8.5.2时域数据处理法199
8.5.3线性回归数据处理法200
8.5.4chromatic光谱数据处理法200
8.5.5chromatic光谱处理结果分析209
8.5.6带喷口时铜钨触头的烧蚀研究211
参考文献214
第9章电器设备在线检测中的电磁兼容问题215
9.1在线检测系统的电磁兼容设计215
9.1.1电源系统的抗干扰设计216
9.1.2硬件电路的抗干扰设计217
9.1.3抗干扰薄弱环节的定位及其优化方法220
9.2基于Ansoft的电磁兼容性能仿真分析222
9.2.1AnsoftDesigner模块222
9.2.2AnsoftHFSS模块223
9.2.3AnsoftSIwave模块224
9.2.4电路板级电磁兼容性能仿真分析实例225
9.2.5红外温度传感器外壳电磁兼容性能仿真分析实例227
9.2.6在线监测系统机箱电磁兼容性能的仿真分析231
参考文献235
第10章电器设备状态在线检测应用实例236
10.1典型的特征信号前处理236
10.1.1信号隔离技术236
10.1.2信号滤波技术238
10.1.3信号放大技术241
10.1.4V/F转换242
10.2人机交互界面244
10.2.1下位机界面244
10.2.2上位机界面246
10.3MCU及最小系统248
10.3.1XC878系统及其外设248
10.3.2STM32F407系统及其外设249
10.3.3MPC8247系统及其外设250
参考文献252
第11章触头电接触性能测试原理及应用253
11.1触头在电弧作用下的失效机理及国内外对触头电接触现象的研究现状253
11.1.1触头在电弧作用下的失效机理254
11.1.2触头电接触现象的研究方法255
11.2触头电接触参数的测量256
11.2.1接触电阻的测量256
11.2.2接触压力与熔焊力的测量259
11.2.3电弧参数的测量261
11.3触头电接触测试系统设计264
11.3.1系统结构及硬件构架264
11.3.2系统软件设计268
参考文献273