變壓器局部放電檢測系統(tǒng)

摘要 局部放電的原因是因?yàn)樵谕馐╇妷鹤饔孟?，靜電荷會(huì)在電場中絕緣較弱的位置發(fā)生靜電游離。這種脈沖型放電可引起絕緣劣化，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障。文中提出了一種基于FPGA+DSP的GIS局部放電在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由FPGA控制數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，然后利用DSP進(jìn)行嵌入式TCP／IP設(shè)計(jì)，從而使采集到的信號通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程PC進(jìn)行顯示，經(jīng)現(xiàn)場運(yùn)行測試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞 局部放電；以太網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集；在線檢測

    當(dāng)今的電子信息時(shí)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(shè)備在電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，如果其內(nèi)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(huì)發(fā)生影響設(shè)備和電網(wǎng)安全運(yùn)行的事故。電氣設(shè)備的安全運(yùn)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(shè)備絕緣損壞的重要原因之一。
    氣體絕緣組合電器(GIS)運(yùn)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(yùn)行過程中，GIS內(nèi)部不可避免地會(huì)不同程度地存在各種絕緣缺陷，從而引發(fā)局部放電，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣事故。因此，對GIS進(jìn)行局部放電的研究具有重要意義。CIS是電網(wǎng)運(yùn)行中的重要設(shè)備，是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。它具有占地面積小、運(yùn)行可靠性高、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在圍內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)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)。由于數(shù)據(jù)采集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(yīng)用TCP／IP協(xié)議通過以太網(wǎng)傳輸?shù)娇蛻舳诉M(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)介紹
    系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

    該系統(tǒng)的特點(diǎn)是每個(gè)處理模塊設(shè)有16個(gè)特高頻傳感器和一個(gè)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(shè)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(jìn)行存儲(chǔ)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?shí)現(xiàn)用戶對變壓器局部放電情況的遠(yuǎn)程控制和掌握。

2 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
    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(diào)理電路，對信號進(jìn)行濾波和放大，使信號轉(zhuǎn)變到A／D轉(zhuǎn)換器的可以接受的輸入范圍之內(nèi)，然后通過AD9224轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送往FPGA(EP2C5Q208C8)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)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(chǔ)到SDRAM中，由于信號的采集頻率為20 MHz，并且需要連續(xù)采集2s，所以采用512 MB的存儲(chǔ)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(zhuǎn)發(fā)到DSP中進(jìn)行處理。在DSP控制的模塊中，DSP(TMS320VC5402)一方面要實(shí)現(xiàn)嵌入式的TCP／IP協(xié)議，連接到以太網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，另一方面要對大容量的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上的可靠快速傳輸。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 客戶端軟件部分的設(shè)計(jì)
    客戶端基于VC++6．0編譯環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，此軟件系統(tǒng)兼容C／S和B／S架構(gòu)，采用大型數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，實(shí)時(shí)對局部放電信號進(jìn)行采集、壓縮、處理、存儲(chǔ)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。

4 系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行情況
    圖4是設(shè)計(jì)的局部放電在線檢測系統(tǒng)現(xiàn)場測試運(yùn)行情況，此圖顯示的是一個(gè)設(shè)備的歷史檢測情況，檢測的是14：58：00開始檢測的10 min內(nèi)局部放電情況的幅度相位圖，可以看出設(shè)備在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)處發(fā)生局部放電現(xiàn)象。

5 結(jié)束語
    系統(tǒng)首先采用了工頻同步信號，克服了由二次設(shè)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(dòng)實(shí)現(xiàn)噪聲剔除及局放脈沖信號的相位鑒別；并且實(shí)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(shí)間的顯示；多個(gè)工頻周期信號特征疊加顯示。