变压器局部放电在线监测系统设计

变压器局部放电在线监测系统设计学校：河海大学院系：能源与电气学院专业：电气工程及其自动化班级：12-电气-4组员：王昊1205020420引言变压器局部放电是指变压器绝缘内部存在的气泡、裂纹或杂质等在外施电压下发生的局部、重复的击穿和熄灭现象。如果一台变压器带着一处或多处这样的局部放电故障长期运行，这些微弱的放电及其引起的一些不良效应，将会导致变压器绝缘的迅速老化，日积月累就有可能导致整个绝缘被击穿，发生重大事故，给国民经济带来巨大损失。因此，国内外的变压器制造厂家和供电部门都十分重视对局部放电的测试和定位问题的研究。通常，变压器局部放电试验要停电进行，次试验的间隔过长，有时难以发现故障。若能在线监测变压器局部放电，就可以在故障前及时报警，保证电网的可靠运行。因此，我们研制了一套超声局放监测系统，其优点是可以在现场变压器并网运行的条件下完成局部放电故障的在线监测、抗电磁干扰能力强、系统稳定性好，同时硬件实现和软件算法相对简单。系统功能和工作原理监测对象及系统功能系统选择的监测对象主要为：变压器、电抗器等电气设备的局部放电监测及定位。系统具备的功能为：①监测是否存在局部放电，发生时可自动报警；②根据接收信号振幅数据与放电量关系曲线，可大致估计放电强度即放电量；③当有局部放电发生时，可对局放源进行定位；④自动完成数据采集及存储功能并可按要求进行时域、频域分析和打印输出结果。系统工作原理图1局部放电监酬系统原理椎图超声局放监测是利用声发射技术完成的。当变压器内部发生局部放电时，有超声波图1局部放电监酬系统原理椎图接收传感器长期研究表明看，变压器的局部放电信号的频谱较宽看，通常上均有分布看，并且起伏较大。美国科学家研究发现看，对超高压大型变压的局放信号中心频率8本系统采用的超声传感器为宽带高敏度传感器看，在衰减为时其通频带为收前置放大器由于传感器的电容量较大，故采用藕合变压器与前置放大器的输人级匹配。前置放大器直接组合在传感器里面，增益倍）经过藕合变压器的作用，牺牲了一些灵敏度，却拓宽了通频带。由于硬件系统是在充满的工频强电磁场及各种强晕电场条件下工作，并且背景有丰富的机械振动噪声源，而被检测的局放超声信号极其微弱，属强背景噪声下的微弱信号检测，所以系统采用了光纤传送模拟电信号的方法。在前置放大与主放大滤波器之间加人光电转换设备，而用光纤传送局放信号，理论上讲可以传送任意长的距离。另外，采用远距离的光纤传输不仅屏蔽了外界电磁干扰，而且远程控制可以保证主控微机系统的正常工作，提高操作人员的安全系数。主放大滤波器局放超声定位系统是在强背景噪声下的微弱信号检测系统，所以必须加人高灵敏度低噪声的放大、滤波模块。由于系统工作的实际现场的工频电磁干扰和其它机械振动等背景噪声源均属于低频端噪声，加上超声传感器自身的谐振峰大约位于H所以采用级有源滤波器对前放信号进一步处理。主放大滤波器在附近形成峰值，增益，在与左右仍有增益，呈现一个带通滤波器的特性。另外，主放大器还设有d、、四档衰减器，以适应现场应用需求。数据采集子系统数据采集子系统主要完成局放声信号的变换，同时提供一个输出端口，可以用示波器实时观察变换后存储的局放信号，以达到动态监测的目

的。转换部分采用了一片美国公司的3它是的视频速度为快闪模一数转换器件，其最高采样频率可达M本系统中采样频率为、精度为，同时带有溢出报警和溢出保护电路。采样电路的触发设计有种工作方式：微机启动、按键启动，内接启动与外接启动。其中，按键启动由面板上的薄膜开关实现，外接启动由外接信号源经面板端子引人，微机启动与内接启动在主控微机接口板及移相内接触发板部分有详细介绍。监视输出部分由单片为中心实现，它可以将采集存储的信号经数一模转换后变为模拟信号由面板端子输出。移相及内接触发电路的国2扇兑价■弓的白归直承*的国2扇兑价■弓的白归直承*西理出1b?»嘴会事庄低海抑回用黄it电正Hb：i通过春投比热器承

鼻盯疗量情号”C同旭岫堂林冲iEJB旭触堂器注力和。用间各有的相位差。对于其中某一相若存在局放故障，则认为是此相绕组上的交变电压上升至一定闽值时发生局放现象。尽管这多少有些简单化的意味，但这在实际问题的研究中是有效的。同时，由于变压器是以的工频运行，所以认为局放信号也是以的工频周期出现的。但其中可以肯定的是，由于局放特性的复杂，局放信号簇完全一致的周期性是不存在的。由此可以启发我们采用频率为、相位与变压器交变电压严格同步，并且初相可调的周期性脉冲作内接触发信号，对于、、三相，可以设计路分别与之同相，并且彼此相位差亦为的周期性脉冲信号，其原理如图所示通过阈值诊断来诊断故障。其中，图所示是从变压器的交变电压上祸合降压获得的同相交流电压周期为、频率为。在设定阈值后，通过模拟比较器即可获得如图所示的方波信号。用如图所示的相触发脉冲分别经过、相移即可得到如图所示的B目、如图所示的相触发脉冲。本系统实现时，阈值电平设计为面板可调同时由面板开关可切换、、三相触发。当实际应用内接采样时在经过简单地调节工作后就可以保证周期性地采集到有效的局部放电信号。主控微机接口板本系统主控微机采用系列兼容机基本配置为、内存、标准彩显、系统总线。由于数字采集子系统经转换后得到的数据存于静态中所以我们设计了一块板卡用来连接主控微机与数据采集子系统，主要完成读人数据以及查询采集状态和发出控制信号的能。板卡设计为总线插槽式，遵循标准的总线标准，供电方式为计算机主板供电，访问方式为端口访问，占用主机资源仅为个端口地址。考虑到不影响主控微机的兼容性，板卡占用的端口地址在一中可由跳线开关任意设定，这样就可以避免与微机系统的其它硬件设备地址冲突。地址译码采用了数字比较器直接译码。板卡采用标准的芯型接头传送路信号，其中条数据线，路控制信号。控制信号中的、及信号均加以锁存，而及数据信号为直接驱动。在系统处于微机启动的触发方式时，软件向端口写负脉冲信号，从而启动数据采集子系统。当数据采样结束后，采集完毕信号变为高电平，主控微机检测到后即可读取据。信号用来选通某一路通道的数据低电平有效,并由信号负脉冲逐次增加读入数据的地址。软件设计我们开发的超声局放监测系统软件设计相对硬件而言，则较为简单。它在西文操作系统环境下实现了高分辨率的全中文的菜单系统，具有用户友好的人机接口界面。软件由开发完成，系统软件的主控平台是一个由级下拉式菜单与弹出式菜单相结合构成的菜单系统。一般由下拉式菜单完成系统功能选择，而由弹出式菜单完成系统提示信息以及人机对话式的数据输人输出。系统软件的一级子菜单包括“初始化”、“测量数据”、“测量分析”、“局放定位”和“退出”五大模块。其中，在“初始化”的二级子菜单中，“基阵坐标”完成只超声传感器的基阵坐标值的输人与修改；“等值声速”为输人变压器内等效的超声波传播速度声速与温度的基本关系为0“时延估计方法”在其三级子菜单中可选择“前沿法”、“峰值法”及“相关法”之一用以估计时延。在“测数据”的二级子菜单中，“内接采样”是在由移相及内接电路产生的启动脉冲触发完成数据采集之后直接读取中的数据；“启动采样”是由软件发出脉宽约为N的负脉冲触发数据采集直至软件查询到采集完毕之后再读取中的数据；“原始数据输人”是从硬盘或软盘中的数据文件中读人路通道的采集数据。在“测量分析”的二级子菜单中，“时域”功能可以通过移动，分屏地观测到路通道的全部数据样点，而“频域”功能可以观察路局放信号的幅频特性，进而分析局放信号的频谱结构；“数据存储”可以使用户随时存储感兴趣的采集数据，以备以后深入研究使用，另外