第 1 章 绪论
1.1 课题背景和意义
电力电容器是一种在电力系统中应用十分广泛的电气元件之一，主要用于补偿电力系统感性负载的无功功率，占整个补偿装置容量的首位，其安全运行对整个电力系统的稳定和正常供电起着非常重要的作用。无功电源保证了电能质量和电网的经济安全运行，如果无功电源不足将会降低系统电压，损坏用电设备，严重的时候还会造成系统电压崩溃，从而使系统瓦解并造成大面积停电。功率因数和电压的降低造成的另外一个影响就是使电气设备得不到充分的利用，增加了电能损耗，降低电网效率，也限制了电网线路的送电能力。无论在公网变电站还是用户变电站，无功补偿对提高电网电压和经济运行水平都是极为重要的，合理的无功补偿可以最大限度发挥发供电设备的效率、降低线路损耗，不但可以提高电力系统运行经济性，而且能够节省电力建设投资，使电网运行达到最佳的经济效益。
无功功率指的是为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，例如配电变压器、电动机等都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。电力电容器在电力系统中用途广泛，大多用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，对改善电力系统结构、提高电能质量起着决定性的作用。在各种无功补偿设备中，并联电容器的应用最为广泛，因为它可根据容量大小的需要由若干电容器串联或者并联组成，可以集中在变电站使用，也可以分散安装在用户处或靠近负荷中心的地点就地实现无功功率补偿。而且并联电容器的单位容量费用最低，有功功率损耗最小，可以随时分组投切，也可以分相补偿，具有灵活性、操作维护方便、投资小等优点。
电力电容器在运行中损坏次数多、不可修复，甚至发生电容器爆炸而造成严重事故，对电力系统的安全经济运行构成隐患，也威胁到了运行维护人员的人身安全。由于电容器内部结构复杂，不便解体修复，且故障出现比较频繁，所以电力电容器故障处理起来比较棘手。电力电容器的损坏与电网运行、现场环境、自身质量均有密切联系，其影响损坏因素多、组合变化复杂，一直是研究电力电容器损坏机理和故障诊断所面临的难题。因此，开展基于电网实际运行场景的电力电容器在线运行状态检测具有非常重要的理论和实际意义。正是因为电力电容器损坏与多种运行因素有关，所以为了降低电容器的故障率和延长其使用寿命，就有必要对电容器的各类故障特征进行分析，并采取有效措施，以预防电容器的损坏。有鉴于此，我们有必要设计一套电容器运行状态在线监测系统，一方面监测装置就像一个“黑匣子”一样对电容器组运行状态进行实时监测，并记录故障波形用于进一步的研究和分析；另一方面能够监测电容器的绝缘状态等参数，用于电容器故障预警，提前进行检修和更换以减少事故的发生。
1.2 在线监测的必要性
早期的电力设备检测系统是采用事故后维修制度，即设备出现损坏后，完全断电进行维修，或先使用另一台同样的设备代替运行，再维修损坏的设备，这样往往会给社会经济生活造成巨大损失，也会给维修工作造成被动和困难。后来是沿用至今的定期检修即预防性维修，就是通过对电气设备进行定期的停电预防性检测试验，然后再根据检测结果决定电气设备系统是否需要必要的维修或更换。预防性维修制和事故后维修相比起来要科学先进得多，对减少和防止事故的发生起到了很好的作用，目前己得到了普遍应用。但是随着电力系统高压电力设备的结构的多样化和设备大容量化，以及对电力系统越来越高的安全性、可靠性及社会和经济效益的要求，使得这种传统的诊断方法显得越来越不适应，主要表现在以下几个方面：
第3章 硬件设计...................................... 25-35
3.1 硬件结构图与处理器简介...................................... 25-26
3.2 外部存储器模块设计...................................... 26-28
3.2.1 SDRAM 接口电路...................................... 26-27
3.2.2 Flash 存储器...................................... 27-28
3.3 数据采集模块电路 ......................................28-32
3.3.1 信号预处理...................................... 28-30
3.3.2 A/D 转换电路 ......................................30-32
3.4 显示和按键电路 ......................................32-34
3.5 SD 内存卡接口...................................... 34-35
第4章 软件设计 ......................................35-47
4.1 主程序模块设计...................................... 35-36
4.2 数据采集模块 ......................................36-38
4.3 FFT 数据处理模块...................................... 38-40
4.4 显示模块...................................... 40-42
4.5 按键输入模块 ......................................42-44
4.6 SD 卡存储模块 ......................................44-47
结论
电力系统中，无功补偿是保证电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行不可缺少的部分。电力电容器作为无功补偿的主要设备电网中被广泛应用，然而在运行中损坏次数多、不可修复，甚至发生电容器群爆群伤事故，对电力系统的安全运行构成隐患，也给人们的生产和生活带来巨大的影响和损失。因此，急需研究一款电力电容器运行状态在线监测装置来实时监测其运行状态，监测的数据用于电容器故障机理分析、判别故障责任，并进一步用于故障预警，减少事故发生。
随着嵌入式技术和电能检测技术数字化发展，给电力电容器在线监测技术提供了新的实现方法。根据电力电容器运行特点和国家相关规范要求，本文研制了基于ARM9 的电容器在线监测装置，主要涉及系统硬件设计和软件设计两部分。搭建的硬件平台采用 ATMEL 公司生产的 AT91SAM9260 芯片作为处理器，并设计了相应的SDRAM 接口电路、NAND FLASH 接口电路、人机交互操作接口等外围电路，还采用高精度 AD7656 采样芯片完成并行同步的数据采集工作。在软件设计过程中，采用模块化的软件设计思路，这样使程序在执行的过程中更加流畅，减少了程序运行时间。