變壓器局部放電檢測系統(tǒng)

孫 柯，張 強，盧 歆

(1.西安航天自動化股份有限公司信息室，陜西西安 710065;2.西安電子科技大學電子工程學院，陜西西安 710071;3.陜西電子工業(yè)研究院，陜西西安 710071)

當今的電子信息時代對電力的需求日益增長，對電網(wǎng)可靠性的要求也越來越高。高壓電氣設備在電網(wǎng)中運行時，如果其內部存在因制造不良、老化以及外力破壞而造成的絕緣缺陷，會發(fā)生影響設備和電網(wǎng)安全運行的事故。電氣設備的安全運行在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要意義，而局部放電是引起高壓設備絕緣損壞的重要原因之一［1］。

氣體絕緣組合電器(GIS)運行可靠性高，越來越廣泛地用于電力系統(tǒng)。但在生產(chǎn)、安裝及長期運行過程中，GIS內部不可避免地會不同程度地存在各種絕緣缺陷［2］，從而引發(fā)局部放電，進而導致絕緣事故。因此，對 GIS進行局部放電的研究具有重要意義。GIS是電網(wǎng)運行中的重要設備，是保證供電可靠性的基礎。它具有占地面積小、運行可靠性高、維護方便等特點，在國內外得到了廣泛應用。對于GIS局部放電現(xiàn)象，已經(jīng)有很多研究者在這方面做過很多系統(tǒng)開發(fā)［3－9］。由于數(shù)據(jù)采集［10－13］是研究局部放電系統(tǒng)開發(fā)的重要部分。文中提出了一種基于FPGA+DSP的局部放電檢測系統(tǒng)，并且應用TCP/IP協(xié)議通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇蛻舳诉M行實時顯示。

1 系統(tǒng)的總體架構介紹

系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計架構

該系統(tǒng)的特點是每個處理模塊設有16個特高頻傳感器和一個工頻同步傳感器。工頻同步傳感器用于產(chǎn)生局部放電檢測用工頻同步信號，克服了直接從二次設備取電帶來的安全隱患，使用方便、性能優(yōu)異。采集的信號送往信號處理單元，對數(shù)據(jù)進行存儲和壓縮處理，然后把處理完成的信號通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇蛻舳耍瑢崿F(xiàn)用戶對變壓器局部放電情況的遠程控制和掌握。

2 系統(tǒng)內部結構

數(shù)據(jù)采集采用了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，通過特高頻傳感器和工頻傳感器采集來的信號，經(jīng)過信號調理電路，對信號進行濾波和放大，使信號轉變到A/D轉換器的可以接受的輸入范圍之內，然后通過AD9224［11］轉換器把模擬信號轉換為數(shù)字信號，送往FPGA［7－9］(EP2C5Q208C8)處理模塊進行數(shù)據(jù)的存儲和轉發(fā)，在這部分模塊中，F(xiàn)PGA一方面需要把采集來的信號存儲到SDRAM中，由于信號的采集頻率設為20 MHz，并且需要連續(xù)采集2 s，所以采用512 MB的存儲器IS42S86400B SDRAM;另一方面，F(xiàn)PGA需要接受DSP發(fā)來的指令，把SDRAM中的數(shù)據(jù)轉發(fā)到DSP中進行處理。在 DSP控制的模塊中，DSP(TMS320VC5402)［14］一方面要實現(xiàn)嵌入式的 TCP/IP［12］協(xié)議，連接到以太網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)的傳輸，另一方面要對大容量的數(shù)據(jù)進行壓縮，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上的可靠快速傳輸。內部結構如圖2所示。

圖2 檢測系統(tǒng)整體框圖

3 客戶端軟件部分的設計

客戶端基于VC++6.0編譯環(huán)境進行開發(fā)，此軟件系統(tǒng)兼容C/S和B/S架構，采用大型數(shù)據(jù)庫管理技術，實時對局部放電信號進行采集、壓縮、處理、存儲和顯示。系統(tǒng)主要包括局放數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)壓縮傳輸部分，數(shù)據(jù)處理分析部分，圖形和表格顯示部分，數(shù)據(jù)庫管理部分。

圖3 系統(tǒng)工作的流程圖

4 系統(tǒng)現(xiàn)場運行情況

圖4是設計的局部放電在線檢測系統(tǒng)現(xiàn)場測試運行情況，此圖顯示的是一個設備的歷史檢測情況，檢測的是14:58:00開始檢測的10 min內局部放電情況的幅度相位圖，可以看出設備在幾個時間點處發(fā)生局部放電現(xiàn)象。

圖4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集圖片

5 結束語

系統(tǒng)首先采用了工頻同步信號，克服了由二次設備帶來的安全隱患;其次采用特高頻信號與工頻相位同步的方法，自動實現(xiàn)噪聲剔除及局放脈沖信號的相位鑒別;并且實現(xiàn)了可視化放電幅值和相位二維圖譜顯示:信號特征與監(jiān)控時間的顯示;多個工頻周期信號特征疊加顯示。

［1］ 王昌長，李福祺，高勝友.電力設備的在線監(jiān)測與故障診斷［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［2］ 苑舜.高壓開關設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［3］ 律方成，劉云鵬，李燕青.電力變壓器局部放電檢測與診斷方法評述［J］.華北電力大學學報，2003，30(6)，1 －5.

［4］ 王立欣.變壓器局部放電在線檢測系統(tǒng)信號處理方法的研究［J］.變壓器，1998，35(1):38 －40.

［5］ 王立欣，蔡惟錚.用于局部放電在線檢測的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)［J］.電子測量技術，1998(2):41 －43.

［6］ 李燕青，律方成，劉國平.我國電氣設備狀態(tài)維修的發(fā)展與實現(xiàn)［J］.中國電力，2003，36(2):16 －19.

［7］ 劉波.精通VerilogHDL語言編程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007.

［8］ 黃智偉，王彥.FPGA系統(tǒng)設計與實踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［9］ 王冠，黃熙，王鷹.VerilogHDL與數(shù)字電路設計［M］.北京:機械工業(yè)出版，2006.

［10］劉愛榮.基于FPGA的分布式數(shù)據(jù)采集技術的研究［D］.武漢:武漢大學，2003.

［11］徐桂芝，張慧芬，桑在中.超高速模數(shù)轉換器AD9224及其應用［J］.國外電子元器件，2002(4):48－50.

［12］ RICHARD STEVENS W.TCP/IP詳解卷1:協(xié)議［M］.范建華，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2000.

［13］于洪，門曉燕.基于雷達信號的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計［J］.微計算機信息，2006(6):150 －152.

［14］清源科技.TMS320C54xDSP硬件開發(fā)教程［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.