變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)校：河海大學(xué)院系：能源與電氣學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：12-電氣-4組員：王昊1205020420引言變壓器局部放電是指變壓器絕緣內(nèi)部存在的氣泡、裂紋或雜質(zhì)等在外施電壓下發(fā)生的局部、重復(fù)的擊穿和熄滅現(xiàn)象。如果一臺變壓器帶著一處或多處這樣的局部放電故障長期運(yùn)行，這些微弱的放電及其引起的一些不良效應(yīng)，將會導(dǎo)致變壓器絕緣的迅速老化，日積月累就有可能導(dǎo)致整個絕緣被擊穿，發(fā)生重大事故，給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失。因此，國內(nèi)外的變壓器制造廠家和供電部門都十分重視對局部放電的測試和定位問題的研究。通常，變壓器局部放電試驗(yàn)要停電進(jìn)行，次試驗(yàn)的間隔過長，有時難以發(fā)現(xiàn)故障。若能在線監(jiān)測變壓器局部放電，就可以在故障前及時報(bào)警，保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。因此，我們研制了一套超聲局放監(jiān)測系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是可以在現(xiàn)場變壓器并網(wǎng)運(yùn)行的條件下完成局部放電故障的在線監(jiān)測、抗電磁干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，同時硬件實(shí)現(xiàn)和軟件算法相對簡單。系統(tǒng)功能和工作原理監(jiān)測對象及系統(tǒng)功能系統(tǒng)選擇的監(jiān)測對象主要為：變壓器、電抗器等電氣設(shè)備的局部放電監(jiān)測及定位。系統(tǒng)具備的功能為：①監(jiān)測是否存在局部放電，發(fā)生時可自動報(bào)警；②根據(jù)接收信號振幅數(shù)據(jù)與放電量關(guān)系曲線，可大致估計(jì)放電強(qiáng)度即放電量；③當(dāng)有局部放電發(fā)生時，可對局放源進(jìn)行定位；④自動完成數(shù)據(jù)采集及存儲功能并可按要求進(jìn)行時域、頻域分析和打印輸出結(jié)果。系統(tǒng)工作原理圖1局部放電監(jiān)酬系統(tǒng)原理椎圖超聲局放監(jiān)測是利用聲發(fā)射技術(shù)完成的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時，有超聲波圖1局部放電監(jiān)酬系統(tǒng)原理椎圖接收傳感器長期研究表明看，變壓器的局部放電信號的頻譜較寬看，通常上均有分布看，并且起伏較大。美國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)看，對超高壓大型變壓的局放信號中心頻率8本系統(tǒng)采用的超聲傳感器為寬帶高敏度傳感器看，在衰減為時其通頻帶為收前置放大器由于傳感器的電容量較大，故采用藕合變壓器與前置放大器的輸人級匹配。前置放大器直接組合在傳感器里面，增益倍）經(jīng)過藕合變壓器的作用，犧牲了一些靈敏度，卻拓寬了通頻帶。由于硬件系統(tǒng)是在充滿的工頻強(qiáng)電磁場及各種強(qiáng)暈電場條件下工作，并且背景有豐富的機(jī)械振動噪聲源，而被檢測的局放超聲信號極其微弱，屬強(qiáng)背景噪聲下的微弱信號檢測，所以系統(tǒng)采用了光纖傳送模擬電信號的方法。在前置放大與主放大濾波器之間加人光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，而用光纖傳送局放信號，理論上講可以傳送任意長的距離。另外，采用遠(yuǎn)距離的光纖傳輸不僅屏蔽了外界電磁干擾，而且遠(yuǎn)程控制可以保證主控微機(jī)系統(tǒng)的正常工作，提高操作人員的安全系數(shù)。主放大濾波器局放超聲定位系統(tǒng)是在強(qiáng)背景噪聲下的微弱信號檢測系統(tǒng)，所以必須加人高靈敏度低噪聲的放大、濾波模塊。由于系統(tǒng)工作的實(shí)際現(xiàn)場的工頻電磁干擾和其它機(jī)械振動等背景噪聲源均屬于低頻端噪聲，加上超聲傳感器自身的諧振峰大約位于H所以采用級有源濾波器對前放信號進(jìn)一步處理。主放大濾波器在附近形成峰值，增益，在與左右仍有增益，呈現(xiàn)一個帶通濾波器的特性。另外，主放大器還設(shè)有d、、四檔衰減器，以適應(yīng)現(xiàn)場應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要完成局放聲信號的變換，同時提供一個輸出端口，可以用示波器實(shí)時觀察變換后存儲的局放信號，以達(dá)到動態(tài)監(jiān)測的目

的。轉(zhuǎn)換部分采用了一片美國公司的3它是的視頻速度為快閃模一數(shù)轉(zhuǎn)換器件，其最高采樣頻率可達(dá)M本系統(tǒng)中采樣頻率為、精度為，同時帶有溢出報(bào)警和溢出保護(hù)電路。采樣電路的觸發(fā)設(shè)計(jì)有種工作方式：微機(jī)啟動、按鍵啟動，內(nèi)接啟動與外接啟動。其中，按鍵啟動由面板上的薄膜開關(guān)實(shí)現(xiàn)，外接啟動由外接信號源經(jīng)面板端子引人，微機(jī)啟動與內(nèi)接啟動在主控微機(jī)接口板及移相內(nèi)接觸發(fā)板部分有詳細(xì)介紹。監(jiān)視輸出部分由單片為中心實(shí)現(xiàn)，它可以將采集存儲的信號經(jīng)數(shù)一模轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號由面板端子輸出。移相及內(nèi)接觸發(fā)電路的國2扇兌價(jià)■弓的白歸直承*的國2扇兌價(jià)■弓的白歸直承*西理出1b??嘴會事莊低海抑回用黃it電正Hb：i通過春投比熱器承

鼻盯療量情號”C同旭岫堂林沖iEJB旭觸堂器注力和。用間各有的相位差。對于其中某一相若存在局放故障，則認(rèn)為是此相繞組上的交變電壓上升至一定閩值時發(fā)生局放現(xiàn)象。盡管這多少有些簡單化的意味，但這在實(shí)際問題的研究中是有效的。同時，由于變壓器是以的工頻運(yùn)行，所以認(rèn)為局放信號也是以的工頻周期出現(xiàn)的。但其中可以肯定的是，由于局放特性的復(fù)雜，局放信號簇完全一致的周期性是不存在的。由此可以啟發(fā)我們采用頻率為、相位與變壓器交變電壓嚴(yán)格同步，并且初相可調(diào)的周期性脈沖作內(nèi)接觸發(fā)信號，對于、、三相，可以設(shè)計(jì)路分別與之同相，并且彼此相位差亦為的周期性脈沖信號，其原理如圖所示通過閾值診斷來診斷故障。其中，圖所示是從變壓器的交變電壓上禍合降壓獲得的同相交流電壓周期為、頻率為。在設(shè)定閾值后，通過模擬比較器即可獲得如圖所示的方波信號。用如圖所示的相觸發(fā)脈沖分別經(jīng)過、相移即可得到如圖所示的B目、如圖所示的相觸發(fā)脈沖。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時，閾值電平設(shè)計(jì)為面板可調(diào)同時由面板開關(guān)可切換、、三相觸發(fā)。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用內(nèi)接采樣時在經(jīng)過簡單地調(diào)節(jié)工作后就可以保證周期性地采集到有效的局部放電信號。主控微機(jī)接口板本系統(tǒng)主控微機(jī)采用系列兼容機(jī)基本配置為、內(nèi)存、標(biāo)準(zhǔn)彩顯、系統(tǒng)總線。由于數(shù)字采集子系統(tǒng)經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)存于靜態(tài)中所以我們設(shè)計(jì)了一塊板卡用來連接主控微機(jī)與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，主要完成讀人數(shù)據(jù)以及查詢采集狀態(tài)和發(fā)出控制信號的能。板卡設(shè)計(jì)為總線插槽式，遵循標(biāo)準(zhǔn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，供電方式為計(jì)算機(jī)主板供電，訪問方式為端口訪問，占用主機(jī)資源僅為個端口地址。考慮到不影響主控微機(jī)的兼容性，板卡占用的端口地址在一中可由跳線開關(guān)任意設(shè)定，這樣就可以避免與微機(jī)系統(tǒng)的其它硬件設(shè)備地址沖突。地址譯碼采用了數(shù)字比較器直接譯碼。板卡采用標(biāo)準(zhǔn)的芯型接頭傳送路信號，其中條數(shù)據(jù)線，路控制信號?？刂菩盘栔械?、及信號均加以鎖存，而及數(shù)據(jù)信號為直接驅(qū)動。在系統(tǒng)處于微機(jī)啟動的觸發(fā)方式時，軟件向端口寫負(fù)脈沖信號，從而啟動數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。當(dāng)數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后，采集完畢信號變?yōu)楦唠娖?，主控微機(jī)檢測到后即可讀取據(jù)。信號用來選通某一路通道的數(shù)據(jù)低電平有效,并由信號負(fù)脈沖逐次增加讀入數(shù)據(jù)的地址。軟件設(shè)計(jì)我們開發(fā)的超聲局放監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)相對硬件而言，則較為簡單。它在西文操作系統(tǒng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了高分辨率的全中文的菜單系統(tǒng)，具有用戶友好的人機(jī)接口界面。軟件由開發(fā)完成，系統(tǒng)軟件的主控平臺是一個由級下拉式菜單與彈出式菜單相結(jié)合構(gòu)成的菜單系統(tǒng)。一般由下拉式菜單完成系統(tǒng)功能選擇，而由彈出式菜單完成系統(tǒng)提示信息以及人機(jī)對話式的數(shù)據(jù)輸人輸出。系統(tǒng)軟件的一級子菜單包括“初始化”、“測量數(shù)據(jù)”、“測量分析”、“局放定位”和“退出”五大模塊。其中，在“初始化”的二級子菜單中，“基陣坐標(biāo)”完成只超聲傳感器的基陣坐標(biāo)值的輸人與修改；“等值聲速”為輸人變壓器內(nèi)等效的超聲波傳播速度聲速與溫度的基本關(guān)系為0“時延估計(jì)方法”在其三級子菜單中可選擇“前沿法”、“峰值法”及“相關(guān)法”之一用以估計(jì)時延。在“測數(shù)據(jù)”的二級子菜單中，“內(nèi)接采樣”是在由移相及內(nèi)接電路產(chǎn)生的啟動脈沖觸發(fā)完成數(shù)據(jù)采集之后直接讀取中的數(shù)據(jù)；“啟動采樣”是由軟件發(fā)出脈寬約為N的負(fù)脈沖觸發(fā)數(shù)據(jù)采集直至軟件查詢到采集完畢之后再讀取中的數(shù)據(jù)；“原始數(shù)據(jù)輸人”是從硬盤或軟盤中的數(shù)據(jù)文件中讀人路通道的采集數(shù)據(jù)。在“測量分析”的二級子菜單中，“時域”功能可以通過移動，分屏地觀測到路通道的全部數(shù)據(jù)樣點(diǎn)，而“頻域”功能可以觀察路局放信號的幅頻特性，進(jìn)而分析局放信號的頻譜結(jié)構(gòu)；“數(shù)據(jù)存儲”可以使用戶隨時存儲感興趣的采集數(shù)據(jù)，以備以后深入研究使用，另外