电缆感信号影响分析论文提纲

论文题目：基于双频调制的电力电缆带电识别系统研究

摘要：随着城市化进程的加快,作为电力网络重要组成部分的电力电缆应用越来越广泛。目前电力电网多采用地下电缆传输电能,在对地下电缆作日常巡检或故障抢修时,从多根带电运行电缆中识别出目标电缆是电缆工程中一项非常重要的工作。一旦辨识电缆出错将造成巨大经济损失,严重的会导致人身伤害。为保证带电电缆识别的准确性、高效性和安全性,针对现有检测系统因识别方式单一、发射功率小以及信噪改善比低导致的测量误差大、性能不稳定等问题,本文深入研究了基于双频调制信号的电力电缆带电识别关键技术,设计了电力电缆带电识别系统,实现了对电力电缆的带电识别功能。本文首先阐述了电力电缆带电识别技术的国内外发展现状,研究了针对电力电缆带电识别系统中的弱磁场信号检测技术。根据信号在电缆铠装层的传输特性建立了电缆铠装信号传输模型。为提高罗氏线圈的检测精度,研究了针对铠装层电流信号的罗氏线圈测量机理,深入分析了在设计与测量过程中的干扰因素对罗氏线圈检测精度的影响,并进行了仿真。其次研究了电力电缆带电识别系统信号处理算法以及相位识别技术。为解决信号采集时信噪比低导致的测量误差大的问题,研究了同步累积与小波阈值去噪相结合的算法,并在MATLAB中进行了仿真。针对嵌入式应用中使用传统FFT求单一频率信号幅值与相位时算法复杂度高的问题,引入了分裂基FFT求双频调制信号幅值与相位的算法并对其进行了优化,大幅减少运算量,降低算法时间与空间复杂度。通过对双频调制信号相位技术的研究总结出相位极性识别的判据。然后设计了基于ARM平台的发射端和接收端软硬件系统。针对现有检测系统发射功率小以及效率低等问题,设计了DDS信号发生模块和D类功放模块,输出大功率双频调制信号,D类功放后级采用OCL电路,电源模块DC24V转DC±40V电路分别采用最新开关电源升压技术BOOST与CUK变换器原理设计实现,并在TINA-TI软件进行了仿真分析。为保证接收端对双频调制信号检测时不产生相位失真,根据罗氏线圈的积分特性设计了复合式罗氏线圈积分器,在SIMULINK中进行了仿真验证。利用ADI软件设计了贝塞尔带通滤波器对信号进行滤波放大。ARM微控制器内部16位ADC对信号进行AD转换,应用上述同步累积与小波阈值去噪相结合的算法处理提高信噪比,经过优化后的FFT算法求出信号幅值与相位,根据双频调制信号相位识别判据识别目标电缆。最后通过样机实验验证,本文研究的电力电缆带电识别关键技术符合实际应用,设计的由信号发射端和接收端组成的电力电缆带电识别系统满足功能设计要求,可以准确、快速地在多根运行电缆中识别出目标电缆。

关键词：带电电缆识别;双频调制;罗氏线圈;分裂基FFT

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 电力电缆带电识别技术的发展现状

1.2.1 常见的电力电缆带电识别技术及方法

1.2.2 国内外研究现状

1.3 电力电缆带电识别系统中弱磁场信号检测

1.3.1 干扰噪声源及其抑制

1.3.2 弱磁场信号提取方法

1.3.3 低噪声放大器设计

1.4 论文的主要工作及章节安排

第二章 电力电缆带电识别系统信号检测技术研究

2.1 电力电缆铠装信号传输模型

2.2 干扰因素对罗氏线圈测量精度影响分析

2.2.1 罗氏线圈测量机理

2.2.2 电缆铠装层半径对测量精度的误差分析

2.2.3 电缆与线圈相对位置对测量精度的误差分析

2.3 罗氏线圈积分特性分析

2.4 本章小结

第三章 电力电缆带电识别系统信号处理算法与相位技术研究

3.1 双频调制信号的信噪比改善算法研究

3.1.1 同步累积法信噪比改善与频域分析

3.1.2 小波阈值去噪分析

3.1.3 同步累积与小波阈值去噪相结合的算法仿真分析

3.2 分裂基FFT求双频调制信号幅值与相位的算法优化

3.2.1 指定频率信号的分裂基FFT算法分析

3.2.2 减少运算量的措施与算法流程

3.3 双频调制信号相位识别技术研究

3.3.1 双频调制信号相位分析

3.3.2 相位极性识别判据

3.4 本章小结

第四章 电力电缆带电识别系统设计

4.1 发射端硬件模块

4.1.1 总体设计

4.1.2 电源模块

4.1.3 DDS波形发生模块

4.1.4 D类功放模块

4.1.5 高端电流检测

4.2 发射端软件模块

4.2.1 总体设计

4.2.2 DDS模块编程

4.2.3 电流检测模块编程

4.3 接收端硬件模块

4.3.1 总体设计

4.3.2 复合积分式罗氏线圈设计与仿真

4.3.3 贝塞尔带通滤波器设计

4.4 接收端软件模块

4.4.1 总体设计

4.4.2 信号采样模块

4.4.3 人机交互模块

4.5 本章小结

第五章 样机实验结果分析

5.1 发射端系统功能样机验证

5.1.1 开关电源模块输出验证

5.1.2 DDS波形发生模块输出验证

5.1.3 D类功放模块输出验证

5.2 接收端系统功能样机验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢