基于DSP高壓容性設備監測系統自動化探討

朱廣名

（廣東電網公司茂名供電局 525000）

在電力系統中高壓電容型設備是比例較大的一個部分，它的絕緣狀況則是通過介質損耗因數這一重要參數進行反映的。但是，現如今介質損耗的測試系統都存在精度較低、穩定性差、軟硬件不能及時升級、可擴展性差等一系列的問題，所以，開發和研究介質損耗測試系統顯得尤為重要。本文開始先對介質損耗測試的原理進行了介紹，同時分析對比了現在的介質損耗測量技術，設計并開發了一種基于DSP高壓容性設備監測系統。通過分析系統的工作原理和總體結構框圖，設計出容性設備監測系統的軟件和硬件。

1 介質損耗在線測試的主要原理

介質損耗角的正切值往往可以最直觀的反映出高壓容性設備的絕緣性，通過實踐測量可以將電力設備的絕緣系統中的大量局部缺陷或者整體缺陷有效且及時的發現，這樣可以使電網系統的安全得到保障。

準確的將兩個工頻基波之間的電流信號相位差獲得且求取出來，是介質損失角正切進行在線監測的關鍵所在。介質損耗在測量時要選用靈敏度較高的電流互感器對容性設備的末端漏電流信號進行檢測，再通過電壓互感器對電壓信號進行二次側抽取，然后在A/D轉換和信號調理之后將其送到微處理器處理，從而得到所要的電壓及電流的相位差，這樣便可計算出介質損耗角。但是，目前的測試系統存在著諸如穩定性差、軟硬件不能及時升級、可擴展性差、精度低等缺陷。本文所論述的新型介質損耗測試方法主要優勢在于靈活性大、抗干擾能力強、測量精度高、可擴展性好等。

2 介質損耗在線測試的結構框圖

高壓容性設備介質損耗在線測試的檢測終端首先會收到來自數據處理器所傳出的進行同步采集的命令，然后其監測終端和系統的電壓檢測終端會及時的對系統頻率進行跟蹤，同時在慘嚎電壓的幫助下進行同步的采集。電壓監測終端會在每個監測終端完成采樣處理以后，將得到的數據傳播給系統，然后在接到系統命令后容性設備的監測終端會及時的對數據進行處理，同時將處理結果由CAN傳到數據處理的服務器中。經過服務器的處理和存儲，同時由診斷系統比較、預警和診斷數據，將信息由局域網傳到監控區內，以達到絕緣情況下的在線監測任務。具體流程如圖2：

介質損耗在線測試，溫度變化會影響測量，運用穿芯式零磁通電流傳感器可以對其進行補償；使用CPLD以及鎖相環的技術可以及時的對電網頻率進行跟蹤，以達到采樣點數在每周波中基本一致，從未將采樣周期得到動態的改變，使電網頻率變化影響測量的可能性降到最低；使用DSP分析法和A/D采樣技術得到相位、幅度以及相位差，這樣便可將介質損耗求出。

3 現場監測終端的具體硬件設計方法

目前的現場監測終端的硬件主要有信號采集及調理、CPLD邏輯控制、鎖相環倍頻電路、A/D轉化、CAN總線通信及DSP處理這幾個模塊。

3.1 鎖相環倍頻電路以及同步采樣

現在的鎖相環可分為三部分，即低通濾波器、壓控振蕩器以及相位比較器。同步采樣的具體操作就是均勻離散信號的多個周期或者一個周期，然后迅速的將每個離散點所產生的信號的瞬時值進行采取。如果電測量是周期性的，那么在測量時能否對實時信號進行準確的測量關鍵就在于同步采樣。同步采樣可以幫助離散傅里葉進行變換，使頻譜泄露的現象減少，從而使誤差較少。另外，同步采樣最好的實現手段就是使用鎖相環。

3.2 DSP處理器

DSP的主要任務是經過CAN總線同上位機進行數據的交換，通過數據及地址的方式同CPLD進行通信，從而控制數據采集以及處理采樣后的數據。DSP處理器所使用的芯片是一種高端的技術。此種處理器不僅能對數字信號進行處理，還可以管理事件、以嵌入的方式對其進行控制，尤其在對大量數據處理進行測控時顯得尤為重要。

3.3 CAN總線通信

因為CAN控制器在已選的芯片中已經被包含，因此，要完成CAN總線通信只需要另外加一個CAN發收器芯片就可以。CAN總線通信的主要任務是適時的向總線上傳采集系統的運行參數和采樣結果，并向上位機提供處理以及存儲。

3.4 CPLD邏輯控制

CPLD實際上是控制執行機構，它對相應的Verilog HDL 代碼進行編寫就可以使其對應的操作電路生成，從而可以完成對每個輸入信號的判斷、處理和鎖存，同時還可以控制輸出信號、執行不同的命令信號。

3.5 A/D轉換

為了達到系統精度和高速同步采集的要求，此監測終端選擇的芯片是6通道16位的AD7656。通過隔離和電平轉換將BUSY、RESET、CONVST、RANGE、/CS都同CPLD進行連接，DSP采集好信號后傳到CPLD上，然后選/CS使片有效，使CONVST得到啟動轉換，待結束后DSP被通過CPLD的BUSY中斷，最后由DSP對數據進行讀取并且暫存。

3.6 介質損耗測量的具體流程

最開始是由通信控制器或者上位機將廣播的命令發出，讓接到廣播命令的所有現場監測都馬上同步進行采樣，為了達到同步，要使用參考電源。然后，當廣播命令傳到監測終端時，要對基準源Uoi和泄露電流IX就行同步的采樣，并用離散傅里葉變換采樣的數據，從而分別得出這兩個基波傅里葉系數。然后在測量完成后，由電壓監測單元對測量結果進行廣播，當廣播的電壓監測單元監測的數據傳到監測終端后，由終端對其進行處理，同時通過CAN總線將結果數據發送到數據處理服務器中。最后，根據數據處理器將Uoi、Ix的相角差α以及Uoi、Ux的相角差β計算出來，那么，介質損耗角δ就可以由90°-（α-β）得到。

4 對終端主程序的設計

現場監測終端的主要任務是采集、傳送和處理數據。為了保證信息的接收及時可靠，常采用中斷方式接收消息，要優先處理自檢故障處理的信息。圖3為終端主程序的設計流程圖：

5 結論

通過電磁兼容測試的此監測終端，整個試驗中并沒有損壞的樣品，經過試驗后仍然可以進行正常的工作，并且得到的測量數據很準確。此外，還測試了交變濕熱、高低溫，其結果可得出，每項指標都能夠達到系統的需求，設備在整個試驗中可以進行正常的工作。綜上所述，此系統可以進行可靠的運行，對容性設備的絕緣情況可以進行適時地監測，并且不會對設備造成任何損壞，因此，是一個有價值去推廣和運用的系統。

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