变压器局部放电在线监测系统设计.doc

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 班級： 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，2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。 1 系统功能和工作原理 1.1 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。 1.2 系统工作原理 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，有超声波放出，因此根据接受到的信号波形及频谱分析就可确定是否发生了局放。同时超声波发射在不同介质中向外传播在不同点能接收超声信号。通过一定的信号处理算法得到超声波传播的时延时间，据空间几何关系就能对局放源定位。 1.2.1 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40kHz-30 kHZ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148kH。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-10dB时其通频带为70kHz-140kHz。 1.2.2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40dB (K =l0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 50Hz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。 1.2.3 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50 Hz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116 kHz，所以采用2 级有源滤波器对前放信号进一步处理。主放大滤波器在20 kHz附近形成峰值，增益G2500，在10kHz与350kHz左右仍有增益G1250，呈现一个带通滤波器的特性。另外，主放大器还设有0dB、4 dB、8dB、12dB 四档衰减器，以适应现场应用需求。 1.2.4 数据采集子系统 数据采集子系统主要完成局放声信号的A/D变换，同时提供一个D/A 输出端口，可以用示波器实时观察A/D变换后存储的局放信号，以达到动态监测的目的。A/D转换部分采用了一片美国HARRIS公司的CA3318C，它是CMOS的视频速度为8bit/s快闪模一数转换器件，其最高采样频率可达30MHz。本系统中采样频率为2MHz、精度为8bit/s，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4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。D/A监视输出部分由单片DA0808 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。 1.2.5 移相及内接触发电路 有效、实时地完