便携式电力设备局部放电检测仪.pdf
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1、凳 4 0卷 2 0 0 3 第 3朋 V o l .4 0 Mar c n N o . 3 2 沙J 3 压 3月 多 左 才 夕 i 2 兑倪 FG姆妇见R 便携式电力设备局部放电检测仪 陈 哲,李福棋 ( 清华大学,北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要: 介绍了 便携式局部放电4 t N I 装里的设计思想及软 洒;又 的可靠性 关键词: 电力设备;局部放电;检测仪 中国分类号: T M7 3 4文献标识码 ; A 、 硬件结构, 并通过测t实例证明了该便携式局放检 A/D采样卡 1 引言 局部放电( P D ) 量是反映电力设备绝缘状况的 一个重要特征, 很多故障都可以 从电力设备的
2、放电 量和放电模式的变化中得到反映。 因此, 对P D信号 进行采集、 处理及分析, 可以判定设备的可靠性水 平 为电力运行部门掌握电力设备绝缘状况, 及时 调整运行状态提供有力的依据。 电力设备局部放电的检测装置通常分固定式 和便携式两种。固定式装置能够长时间、 连续地监 测电力设备的绝缘状态, 但系统复杂, 设备成本和 维护费用比 较高。 考虑到实际的电力设备绝缘劣化 是 一 个长期的渐变过程, 一般不需要监测设备持续 不断地工作, 因此具有固定式系统主要功能的便携 式装置, 也完全能够胜任电力设备局部放电的检测 和跟踪任务, 这种装置能够有效地降低开发成本, 并具有灵活多变的工作方式。
3、本文主要介绍便携式局部放电检测装置的设 计思想及软、 硬件结构。根据采集单元和主机位置 的不同, 系统可采用上、 下位机运行模式或单机运 行模式, 用户可以方便地在程序中进行设定。如果 处于上、 下位机运行模式, 它们之间通过网络进行 传输, 下位机主要负责数据采集。 而上位机负责控 制、 数据管理、 数据处理和显示等工作。单机运行模 式为 所有工作都在同一台计算机上完成。 2 硬件结构 系统硬件的总体结构框图, 如图1 所示。 硬件的设计目标是尽可能不失真地采集信号。 早期开发的设备, 采用窄带传感器抑制干扰, 信号 经峰值保持后由低速数据采集器进行采样。由于只 I it 算 机日* R E
4、M 外 u k t 圈1 系统的硬件总体结构框圈 记录了放电的幅值和相位信息, 限制了信号的后续 处理。 为了能够更深人地分析局部放电, 要求硬件电 路对放电信号的原始信息损失尽可能小。因此, 电 流传感器、超声传感器以及放大器的带宽设计为 l O M H z , 以 确保尽可能多地覆盖局放信号频谱。 而由 此引入的干扰, 将在后续软件环节中加以处理。 为了能够准确地获得放电数据的相位信息, 设 计了同步过零脉冲外触发电路来产生采集卡的触 发信号。该电路的触发信号则取自 安装在变压器高 压套管末屏的专用电流互感器。 3 软件结构 软件整体结构框图, 如图2 所示。 软件结构分为上、 中、 下三
5、层。 底层负责硬件控 制和数据传输。考虑到效率和运行方面的需要, 单 独由一个采集程序来实现。中层是数据管理器。上 层负责数据处理、 图形显示以及绝缘诊断等数据分 析和应用, 这些功能是通过主程序实现的。数据管 理器是软件的调度中心, 同时也是所有数据的汇集 点, 在本程序中 工作台 就是其具体的实现方法。 万方数据 刃活 二N图形显小 二 维图形显示 共维谱图数据 嵘始数铭 I I 幅颧特Y k 数据 软件采样数m I !二维谱图数据 Y l v叶变换 潜图数据统计 数字滤波 卜 叫软件峰值保持 工作台 数据 文件 采集程序 采集系统硬件 第 t o 卷 -. . . . . . . .门
6、示Q - (D . N - 4)二 维谱图和N 一 Q 一 小三 维谱图。 二维图 谱显示采用自 动分度、 数据提 示、图 形缩 放等 技术来 提供直 观详尽的放电信息。三维谱图 采用优 化的峰值线法绘制, 并有斜二 侧投影 和正轴侧投影两种显示方式。在完成 图形显示的同时,程序自动计算并向 窗口中添加最大放电量、平均电流等 统计信息。 在分析数据时经常需要显示多种 不同的图形。为了实现在图形之间快 捷地切换,设计了不同的标签页面对 应不同的图形,而每一标签都有一个 反映其图形类型的名称, 做到“ 见名知 意” , 用户通过点击不同的页面来获取 不同的图形, 方便了用户的使用 4 数据处理与故
7、障诊断 望一丝亚-阴 图2 软件结构框图 随着硬件技术的发展, 市场上不断有更高性能 的元部件出现,如可选用更高性能的模数转换卡 为了保证软件的扩展性和复用性, 一个好的应用软 件应具备二次开发的能力, 即采集硬件的变化不会 影响到整个软件的运行,从而缩短产品的开发周 期 采用目 前广泛使用的C O M ( C o m p o n e n t O b j e c t M o d e l ) 组件技术可满足这一要求。按照整个数据的 采集流程, 将其中具有共性的环节提取出来并抽象 为组件中的接口, 如硬件设置接口、 数据采集接口、 数据保存接口 等。根据设定的接口规范来开发工作 台组件, 可以给软
8、件的后续开发者以很大的便利来 专注于特定硬件和数据的控制与处理工作, 而对于 软件的使用者而言, 只要获得了相应硬件的工作台 组件, 就能够让整个装置基于不同的硬件设备进行 上作 程序提供了一个实时追踪采集过程的功能, 可 帮助用户正确地设定采集参数, 并了解采集过程中 可能产生的各种错误信息, 从而有效地帮助用户解 决采集过程中产生的问题。 程序厂泛采用了上下文相关的右键触发局部 菜单 用户一旦选中了某一种类型数据, 在右键菜 单中 就出现与 该数据类型相关的可用命令, 避免频 繁移动鼠标到各个菜单中寻找相应的命令。 装置具有多种图形的显示功能,如时域图、 频 域图和莉萨域图等。在提取统计特
9、征信息后, 可显 在获取放电数据后需要进行数据 处理, 以便去除原始数据中的干扰量, 提取出我们 需要的放电信息。为此, 在程序中提供了多种数字 信号处理方法, 如F F T滤波和多通带滤波等。考虑 到信号处理算法的不断改进和更新, 我们同样也将 其包装为组件形式, 从而可以迅速地将新的信号处 理方法扩充进来。 通过对多种图形的分析比较, 结合给出的最大 放电量、 平均电流等统计信息, 用户可准确判断被 试设备的局部放电水平。装置具有初步的故障诊断 功能。根据实际电力设备中获得的经验数据并结合 实验室中不同放电模型提供的统计信息, 用户可以 比较准确地判断出故障的类别和程度 图3 一 图6 显
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