FPGA狀態(tài)下變壓器介質(zhì)損耗的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

熱孜完姑麗·吾布力++艾力·阿布都熱合曼

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.060

摘 要：在新形勢(shì)下，新疆電力建設(shè)步伐日漸加快，而變壓器是電力系統(tǒng)運(yùn)行中必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備，隨之，變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)以及研制尤為重要。因此，該文客觀分析了變壓器介質(zhì)損耗，探討了FPGA狀態(tài)下變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：FPGA狀態(tài) 變壓器 介質(zhì)損耗 在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（b）-0060-02

1 變壓器介質(zhì)損耗

就變壓器介質(zhì)損耗來說，是指在電壓、電場(chǎng)作用下，所產(chǎn)生的能量損耗，其體現(xiàn)在兩個(gè)方面。在電介質(zhì)中，存在電導(dǎo)，在電壓的不斷作用下，電流不斷泄漏，出現(xiàn)電導(dǎo)損耗。同時(shí)，在電場(chǎng)的不斷作用下，電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)根據(jù)電場(chǎng)具體變化，反復(fù)位移，再次排列，隨著各分子不斷摩擦，出現(xiàn)“極化損耗”現(xiàn)象。在介質(zhì)損耗作用下，線路中2/3電能已被轉(zhuǎn)化為熱能，絕緣熱量不斷聚集，導(dǎo)致變壓器溫度不斷升高，加快了其絕緣老化速度，進(jìn)而被燒壞，影響電力系統(tǒng)的“安全、穩(wěn)定”運(yùn)行，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種情況，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)FPGA狀態(tài)、變壓器介質(zhì)損耗，設(shè)計(jì)合理化的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)督變壓器介質(zhì)損耗情況，進(jìn)行針對(duì)性的處理，避免變壓器發(fā)生故障問題，確保電力系統(tǒng)處于高效運(yùn)行中。

2 FPGA狀態(tài)下變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 分析誤差

在設(shè)計(jì)變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者必須圍繞FPGA狀態(tài)，客觀分析一系列影響變壓器介質(zhì)損耗精準(zhǔn)度的因素，比如：干擾、電網(wǎng)諧波與頻率波動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行合理化處理，動(dòng)態(tài)控制變壓器介質(zhì)損耗測(cè)量誤差，避免超出規(guī)定的范圍。在各種因素作用下，設(shè)計(jì)者無法直接拆除變壓器上的套管，以套管客觀要求為基點(diǎn)，展開測(cè)量工作，加上在線監(jiān)測(cè)情況下，變壓器“繞組、接線”形式都無法改變。也就是說，監(jiān)測(cè)變壓器套管絕緣性能中，相關(guān)人員只能掌握套管末端絕緣性能，并不清楚變壓器整體絕緣性能。在FPGA狀態(tài)下，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)各方面情況，應(yīng)用性能較高的電流電感器技術(shù)，客觀測(cè)量變壓器具體介質(zhì)損耗，應(yīng)用不會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象的采集套管末屏，確保獲取的“電流、電壓”信號(hào)更加準(zhǔn)確，合理“運(yùn)算、處理”數(shù)字信號(hào)，獲取變壓器各方面信息，比如：介質(zhì)損耗、等效電容量，避免其存在誤差，優(yōu)化利用專家系統(tǒng)，對(duì)變壓器進(jìn)行一系列操作，準(zhǔn)確把握其套管絕緣性能。同時(shí)，變壓器運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜化，會(huì)受到相間以及空間干擾，導(dǎo)致傳輸?shù)男盘?hào)不準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)FPGA狀態(tài)下的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)其干擾，采取可行的接地對(duì)策，借助屏蔽電纜，對(duì)變壓器電路板進(jìn)行合理化的抗干擾設(shè)計(jì)，最大化降低電磁干擾對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響程度。此外，電網(wǎng)諧波尤為豐富，變化速度又非常快，極易導(dǎo)致變壓器介質(zhì)損耗測(cè)量存在誤差，設(shè)計(jì)者必須采取針對(duì)性措施有效抑制諧波，避免其超出規(guī)定范圍，尤其是高次諧波。為了最大化降低誤差，在設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過程中，設(shè)計(jì)者必須優(yōu)化利用FFT計(jì)算方法，客觀分析電網(wǎng)諧波，如果電壓信號(hào)、電流信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)，便可以準(zhǔn)確計(jì)算出變壓器介質(zhì)損耗，但電網(wǎng)頻率不斷變化，會(huì)減低變壓器介質(zhì)損耗計(jì)算準(zhǔn)確率，存在較大的誤差，計(jì)算過程中，還要優(yōu)化利用加窗FFT算法，比如：Nuttall窗、Blackman窗，確保變壓器介質(zhì)損耗計(jì)算更加準(zhǔn)確，確保設(shè)計(jì)的基于FPGA狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，更好地監(jiān)測(cè)變壓器介質(zhì)損耗。

2.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

在FPGA狀態(tài)下，設(shè)計(jì)的變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多種模塊組成，比如：主CPU模塊、FPGA處理模塊。其中的低通濾波電路可以剔除“電壓、電流”信號(hào)中出現(xiàn)的高次諧波，F(xiàn)PGA模塊可以動(dòng)態(tài)控制A/D轉(zhuǎn)換，科學(xué)處理A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，在加窗FFT算法作用下，及時(shí)輸送計(jì)算結(jié)果，發(fā)揮上位CPU多樣化作用，進(jìn)一步處理對(duì)應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。就CPU模塊來說，全方位客觀分析接收的一系列信息數(shù)據(jù)，構(gòu)建合理化的專家?guī)欤S時(shí)動(dòng)態(tài)“評(píng)估、預(yù)測(cè)”變壓器套管運(yùn)行情況，及時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)，上傳評(píng)估以及預(yù)測(cè)結(jié)果，確保上位機(jī)及時(shí)獲取相關(guān)信息。以此，促使設(shè)計(jì)的各模塊處于統(tǒng)一化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，更好地監(jiān)測(cè)變壓器介質(zhì)損耗。

2.3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件算法

在設(shè)計(jì)基于FPGA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者必須準(zhǔn)確把握在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件算法，要充分發(fā)揮FPGA模塊多樣化作用，準(zhǔn)確計(jì)算變壓器運(yùn)行中的介質(zhì)損耗，借助FFT算法，同步采集電流以及電壓信號(hào)基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確計(jì)算電流、電壓二者間的相位差，借助加窗FFT算法，獲取電壓峰值、次諧波具體含量數(shù)據(jù)等。在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過程中，設(shè)計(jì)者可以借助FPGA軟件，設(shè)置加窗功能，F(xiàn)FT轉(zhuǎn)換之前，加窗處理系統(tǒng)模塊輸出的一系列信息數(shù)據(jù)。隨后，這些信息數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則存儲(chǔ)到RAM中，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算基礎(chǔ)上，輸入一系列觸發(fā)信號(hào)，數(shù)據(jù)順序會(huì)及時(shí)讀入到對(duì)應(yīng)的FPGA模塊中；在加窗運(yùn)算地址單元作用下，窗函數(shù)與數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生，進(jìn)入到各類存儲(chǔ)器中，讀取這些信息數(shù)據(jù)中，存儲(chǔ)器會(huì)進(jìn)行直流減法運(yùn)算，在蝶形運(yùn)算單元作用下，實(shí)現(xiàn)加窗處理，處理結(jié)果會(huì)在存儲(chǔ)器中展現(xiàn)出來。在1024點(diǎn)數(shù)據(jù)加窗完成后，數(shù)據(jù)地址單元會(huì)被觸發(fā)，讀取已被處理的信息數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT運(yùn)算地址產(chǎn)生單元被觸發(fā)，產(chǎn)生一系列地址單元，將信息數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中；這些信息數(shù)據(jù)被處理之后，會(huì)進(jìn)入到蝶形運(yùn)算單元中，F(xiàn)FT運(yùn)算順利進(jìn)行，運(yùn)算完成后，輸出地址單元得出FFT結(jié)果。設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將FFT結(jié)果輸入RAM以及蝶形運(yùn)算單元中，蝶形單元會(huì)對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行模平運(yùn)算，加窗運(yùn)算地址單元會(huì)再次進(jìn)行加窗運(yùn)算，輸出的數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

總而言之，在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，新疆供電企業(yè)必須根據(jù)電力系統(tǒng)中變壓器具體運(yùn)行情況，根據(jù)其各階段介質(zhì)損耗情況，采用先進(jìn)的技術(shù)，借助信息化手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)FPGA狀態(tài)下的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、硬軟件以及FPGA、CPU等模塊。以此，確保設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、安全性，全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)變壓器介質(zhì)損耗，提高變壓器運(yùn)行質(zhì)量，促使電力系統(tǒng)處于高效運(yùn)行中，促使新時(shí)期新疆電網(wǎng)具有較好的“經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)”效益。

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