变压器局部放电检测系统

摘要 局部放电的原因是因为在外施电压作用下，静电荷会在电场中绝缘较弱的位置发生静电游离。这种脉冲型放电可引起绝缘劣化，进而导致变压器发生故障。文中提出了一种基于FPGA+DSP的GIS局部放电在线检测系统，该系统由FPGA控制数据的采集和存储，然后利用DSP进行嵌入式TCP／IP设计，从而使采集到的信号通过以太网传输到远程PC进行显示，经现场运行测试，该系统实现了设计目标。
关键词 局部放电；以太网；数据采集；在线检测

    当今的电子信息时代对电力的需求日益增长，对电网可靠性的要求也越来越高。高压电气设备在电网中运行时，如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏而造成的绝缘缺陷，会发生影响设备和电网安全运行的事故。电气设备的安全运行在工业生产中有着重要意义，而局部放电是引起高压设备绝缘损坏的重要原因之一。
    气体绝缘组合电器(GIS)运行可靠性高，越来越广泛地用于电力系统。但在生产、安装及长期运行过程中，GIS内部不可避免地会不同程度地存在各种绝缘缺陷，从而引发局部放电，进而导致绝缘事故。因此，对GIS进行局部放电的研究具有重要意义。CIS是电网运行中的重要设备，是保证供电可靠性的基础。它具有占地面积小、运行可靠性高、维护方便等特点，在围内外得到了广泛应用。对于GIS局部放电现象，已经有很多研究者在这方面做过很多系统开发。由于数据采集是研究局部放电系统开发的重要部分。文中提出了一种基于FPGA+DSP的局部放电检测系统，并且应用TCP／IP协议通过以太网传输到客户端进行实时显示。

1 系统的总体架构介绍
    系统的总体架构如图1所示。

    该系统的特点是每个处理模块设有16个特高频传感器和一个工频同步传感器。工频同步传感器用于产生局部放电检测用工频同步信号，克服了直接从二次设备取电带来的安全隐患，使用方便、性能优异。采集的信号送往信号处理单元，对数据进行存储和压缩处理，然后把处理完成的信号通过以太网传输到客户端，实现用户对变压器局部放电情况的远程控制和掌握。

2 系统内部结构
    数据采集采用了传统的数据采集方法，通过特高频传感器和工频传感器采集来的信号，经过信号调理电路，对信号进行滤波和放大，使信号转变到A／D转换器的可以接受的输入范围之内，然后通过AD9224转换器把模拟信号转换为数字信号，送往FPGA(EP2C5Q208C8)处理模块进行数据的存储和转发，在这部分模块中，FPGA一方面需要把采集来的信号存储到SDRAM中，由于信号的采集频率为20 MHz，并且需要连续采集2s，所以采用512 MB的存储器IS42S86400B SDRAM；另一方面，FPGA需要接受DSP发来的指令，把SDRAM中的数据转发到DSP中进行处理。在DSP控制的模块中，DSP(TMS320VC5402)一方面要实现嵌入式的TCP／IP协议，连接到以太网上进行数据的传输，另一方面要对大容量的数据进行压缩，从而实现数据在以太网上的可靠快速传输。内部结构如图2所示。

3 客户端软件部分的设计
    客户端基于VC++6．0编译环境进行开发，此软件系统兼容C／S和B／S架构，采用大型数据库管理技术，实时对局部放电信号进行采集、压缩、处理、存储和显示。系统主要包括局放数据采集部分，数据压缩传输部分，数据处理分析部分，图形和表格显示部分，数据库管理部分。

4 系统现场运行情况
    图4是设计的局部放电在线检测系统现场测试运行情况，此图显示的是一个设备的历史检测情况，检测的是14：58：00开始检测的10 min内局部放电情况的幅度相位图，可以看出设备在几个时间点处发生局部放电现象。

5 结束语
    系统首先采用了工频同步信号，克服了由二次设备带来的安全隐患；其次采用特高频信号与工频相位同步的方法，自动实现噪声剔除及局放脉冲信号的相位鉴别；并且实现了可视化放电幅值和相位二维图谱显示：信号特征与监控时间的显示；多个工频周期信号特征叠加显示。