變壓器局部放電在線監測系統設計學校：河海大學院系：能源與電氣學院專業：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部存在的氣泡、裂紋或雜質等在外施電壓下發生的局部、重復的擊穿和熄滅現象。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行，這些微弱的放電及其引起的一些不良效應，將會導致變壓器絕緣的迅速老化，日積月累就有可能導致整個絕緣被擊穿，發生重大事故，給國民經濟帶來巨大損失。因此，國內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要停電進行，次試驗的間隔過長，有時難以發現故障。若能在線監測變壓器局部放電，就可以在故障前及時報警，保證電網的可靠運行。因此，我們研制了一套超聲局放監測系統，其優點是可以在現場變壓器并網運行的條件下完成局部放電故障的在線監測、抗電磁干擾能力強、系統穩定性好，同時硬件實現和軟件算法相對簡單。系統功能和工作原理監測對象及系統功能系統選擇的監測對象主要為：變壓器、電抗器等電氣設備的局部放電監測及定位。系統具備的功能為：①監測是否存在局部放電，發生時可自動報警；②根據接收信號振幅數據與放電量關系曲線，可大致估計放電強度即放電量；③當有局部放電發生時，可對局放源進行定位；④自動完成數據采集及存儲功能并可按要求進行時域、頻域分析和打印輸出結果。系統工作原理圖1局部放電監酬系統原理椎圖超聲局放監測是利用聲發射技術完成的。當變壓器內部發生局部放電時，有超聲波圖1局部放電監酬系統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。美國科學家研究發現看，對超高壓大型變壓的局放信號中心頻率8本系統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。由于硬件系統是在充滿的工頻強電磁場及各種強暈電場條件下工作，并且背景有豐富的機械振動噪聲源，而被檢測的局放超聲信號極其微弱，屬強背景噪聲下的微弱信號檢測，所以系統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換設備，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，采用遠距離的光纖傳輸不僅屏蔽了外界電磁干擾，而且遠程控制可以保證主控微機系統的正常工作，提高操作人員的安全系數。主放大濾波器局放超聲定位系統是在強背景噪聲下的微弱信號檢測系統，所以必須加人高靈敏度低噪聲的放大、濾波模塊。由于系統工作的實際現場的工頻電磁干擾和其它機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，呈現一個帶通濾波器的特性。另外，主放大器還設有d、、四檔衰減器，以適應現場應用需求。數據采集子系統數據采集子系統主要完成局放聲信號的變換，同時提供一個輸出端口，可以用示波器實時觀察變換后存儲的局放信號，以達到動態監測的目

的。轉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轉換器件，其最高采樣頻率可達M本系統中采樣頻率為、精度為，同時帶有溢出報警和溢出保護電路。采樣電路的觸發設計有種工作方式：微機啟動、按鍵啟動，內接啟動與外接啟動。其中，按鍵啟動由面板上的薄膜開關實現，外接啟動由外接信號源經面板端子引人，微機啟動與內接啟動在主控微機接口板及移相內接觸發板部分有詳細介紹。監視輸出部分由單片為中心實現，它可以將采集存儲的信號經數一模轉換后變為模擬信號由面板端子輸出。移相及內接觸發電路的國2扇兌價■弓的白歸直承*的國2扇兌價■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，則認為是此相繞組上的交變電壓上升至一定閩值時發生局放現象。盡管這多少有些簡單化的意味，但這在實際問題的研究中是有效的。同時，由于變壓器是以的工頻運行，所以認為局放信號也是以的工頻周期出現的。但其中可以肯定的是，由于局放特性的復雜，局放信號簇完全一致的周期性是不存在的。由此可以啟發我們采用頻率為、相位與變壓器交變電壓嚴格同步，并且初相可調的周期性脈沖作內接觸發信號，對于、、三相，可以設計路分別與之同相，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脈沖分別經過、相移即可得到如圖所示的B目、如圖所示的相觸發脈沖。本系統實現時，閾值電平設計為面板可調同時由面板開關可切換、、三相觸發。當實際應用內接采樣時在經過簡單地調節工作后就可以保證周期性地采集到有效的局部放電信號。主控微機接口板本系統主控微機采用系列兼容機基本配置為、內存、標準彩顯、系統總線。由于數字采集子系統經轉換后得到的數據存于靜態中所以我們設計了一塊板卡用來連接主控微機與數據采集子系統，主要完成讀人數據以及查詢采集狀態和發出控制信號的能。板卡設計為總線插槽式，遵循標準的總線標準，供電方式為計算機主板供電，訪問方式為端口訪問，占用主機資源僅為個端口地址?？紤]到不影響主控微機的兼容性，板卡占用的端口地址在一中可由跳線開關任意設定，這樣就可以避免與微機系統的其它硬件設備地址沖突。地址譯碼采用了數字比較器直接譯碼。板卡采用標準的芯型接頭傳送路信號，其中條數據線，路控制信號。控制信號中的、及信號均加以鎖存，而及數據信號為直接驅動。在系統處于微機啟動的觸發方式時，軟件向端口寫負脈沖信號，從而啟動數據采集子系統。當數據采樣結束后，采集完畢信號變為高電平，主控微機檢測到后即可讀取據。信號用來選通某一路通道的數據低電平有效,并由信號負脈沖逐次增加讀入數據的地址。軟件設計我們開發的超聲局放監測系統軟件設計相對硬件而言，則較為簡單。它在西文操作系統環境下實現了高分辨率的全中文的菜單系統，具有用戶友好的人機接口界面。軟件由開發完成，系統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合構成的菜單系統。一般由下拉式菜單完成系統功能選擇，而由彈出式菜單完成系統提示信息以及人機對話式的數據輸人輸出。系統軟件的一級子菜單包括“初始化”、“測量數據”、“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”完成只超聲傳感器的基陣坐標值的輸人與修改；“等值聲速”為輸人變壓器內等效的超聲波傳播速度聲速與溫度的基本關系為0“時延估計方法”在其三級子菜單中可選擇“前沿法”、“峰值法”及“相關法”之一用以估計時延。在“測數據”的二級子菜單中，“內接采樣”是在由移相及內接電路產生的啟動脈沖觸發完成數據采集之后直接讀取中的數據；“啟動采樣”是由軟件發出脈寬約為N的負脈沖觸發數據采集直至軟件查詢到采集完畢之后再讀取中的數據；“原始數據輸人”是從硬盤或軟盤中的數據文件中讀人路通道的采集數據。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據樣點，而“頻域”功能可以觀察路局放信號的幅頻特性，進而分析局放信號的頻譜結構；“數據存儲”可以使用戶隨時存儲感興趣的采集數據，以備以后深入研究使用，另外