局放檢測定位方案

系統(tǒng)范圍

　　該系統(tǒng)由超聲波探頭、遠(yuǎn)端高速搜集模塊、本地模塊和搜集分析軟件構(gòu)成。超聲波探頭選用壓電陶瓷傳感器，中心頻率30kHz、60dB頻帶范圍為20kHz～110kHz，靈敏度峰值>80dB，在掩蓋GIS局部放電超聲波信號范圍的同時，也避免了低頻噪聲的干擾[17]。

　　超聲波信號經(jīng)遠(yuǎn)端高速搜集模塊進(jìn)行高速搜集，同時也會進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換；遠(yuǎn)端模塊與本地模塊選用光纖傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用光脈沖觸發(fā)保證每個遠(yuǎn)端模塊同步搜集，成功處理下場放信號搜集進(jìn)程中的同步問題和抗電磁干擾問題；本地模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，由電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）傳輸?shù)奖銛y式計算機，后由檢測軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、顯現(xiàn)、存儲和分析。系統(tǒng)組成。

遠(yuǎn)端高速搜集模塊

　　遠(yuǎn)端高速搜集模塊為本地模塊供應(yīng)1組時間同步的電流和電壓采樣值，由低功耗主控模塊（CPLD），高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）模塊，同步脈沖解調(diào)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，光同步輸進(jìn)口等外設(shè)組成。其功用是從超聲波傳感器獲取電壓的模擬信號，當(dāng)即就地進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的光數(shù)字信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)奖镜啬K。

　　遠(yuǎn)端高速搜集模塊經(jīng)過外部輸入的高速率搜集脈沖，在時鐘同步性情況下控制高速高精度ADC進(jìn)行同步搜集，大采樣率為500kHz，完全滿足超聲波信號對采樣率的要求。經(jīng)過測驗，遠(yuǎn)端高速搜集模塊直流搜集過失<0.03%，板間通道同步性<100ns，相鄰板之間同步性<200ns，搜集模塊作業(yè)溫度范圍為?40℃～70℃，然后保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)搜集的精度和高度可靠性。遠(yuǎn)端高速搜集模塊作業(yè)原理圖如圖2所示，AD1～AD4為4個轉(zhuǎn)換通道。

光纖傳輸技術(shù)

　　超聲波局部放電信號經(jīng)過遠(yuǎn)端高速搜集模塊搜集轉(zhuǎn)換之后，能否高速可靠地傳輸?shù)奖镜啬K，成為抉擇系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素[18,19]。結(jié)合光纖數(shù)字化技術(shù)，本套系統(tǒng)中遠(yuǎn)端模塊與本地模塊兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸選用光纖傳輸。使用光脈沖同步觸發(fā)和激光供電，成功處理了GIS局部放電檢測中的同步問題和抗電磁干擾問題。選用光脈沖觸發(fā)保證每個遠(yuǎn)端高速搜集模塊同步搜集，保證電壓電流信號的同步性；將遠(yuǎn)端模塊搜集的弱電信號就地轉(zhuǎn)換成光信號傳輸?shù)奖镜啬K。由于光纖的抗干擾性較強，有用地保證了傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，同時光纖出色的絕緣功能使檢測設(shè)備和高壓設(shè)備之間完結(jié)出色的隔絕，保證了丈量人員的安全，避免過電壓和完結(jié)安全防護(hù)。

　　本地模塊由兩局部組成：一局部為信號回路，將經(jīng)過光纖傳輸來的光數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電數(shù)字信號，經(jīng)過規(guī)矩的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約數(shù)字輸出。另一局部為激光供電回路，激光二極管宣布光能，經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端高速搜集模塊，經(jīng)過砷化鎵光電能量轉(zhuǎn)換器件（PPC）供電給遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換器。本套系統(tǒng)能夠支撐12路信號的高速同步搜集，為前進(jìn)局部放電檢測功率奠定了基礎(chǔ)。2.3.1 MPC8245中心控制渠道

　　本地模塊作為GIS局部放電檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，它的數(shù)據(jù)輸出選用以太網(wǎng)發(fā)送遵從通訊協(xié)議格式的數(shù)據(jù)包完結(jié)，因此網(wǎng)絡(luò)功能是系統(tǒng)重要的功能指標(biāo)之一。GIS局部放電超聲波信號的能量范圍首要會集在kHz數(shù)量級，所以對本地模塊的處理器的處理速度提出了較高要求。本套系統(tǒng)選用了主頻350MHz的速度增強型集成主處理器MPC8245，該處理器范圍根據(jù)PowerPC架構(gòu)，每秒能夠處理665萬條指令，總線頻率高可達(dá)66MHz，這賦予系統(tǒng)很好的外設(shè)擴展才干和驅(qū)動軟件兼容才干，同時保證了系統(tǒng)對GIS局部放電信號的有用運算處理。

2.3.2 FPGA時鐘模塊

　　結(jié)合GIS局部放電信號的特色，FPGA完結(jié)了硬件的軟件化，同步采樣脈沖前端搜集模塊同步搜集電流電壓量，解碼后的時標(biāo)經(jīng)過串行通訊口被處理器（CPU）讀取。同時，FPGA能夠判別1次/秒的信號有用性，并除掉在光纖插拔進(jìn)程或許其他干擾情況下發(fā)作的虛偽信號，然后保證了對GIS局部放電信號搜集的準(zhǔn)確性。

　　2.3.3?高速搜集通訊協(xié)議

　　GIS局部放電超聲波信號對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求較高，在專屬局域網(wǎng)中，運用UDP通訊協(xié)議具有傳輸速度快、系統(tǒng)開支小、通訊帶寬有用使用率利益。因此，系統(tǒng)本地模塊與PC主機之間的通訊選用UDP通訊協(xié)議，保證局放信號高速可靠的傳輸?shù)?/span>PC主機。本地模塊與PC主機數(shù)據(jù)傳輸流程。

GIS局部放電檢測軟件系統(tǒng)

　　運用虛擬儀器LabVIEW軟件構(gòu)建軟件系統(tǒng)，選用根據(jù)自適應(yīng)的快速Fourier轉(zhuǎn)換（FFT）、相關(guān)函數(shù)和小波轉(zhuǎn)換等算法處理搜集數(shù)據(jù)。軟件系統(tǒng)由局放信號搜集和數(shù)據(jù)分析兩局部組成，局放信號檢測包括超聲波數(shù)據(jù)的搜集、通訊，有用提取局部放電超聲波信號特征量，波形無缺存儲和放電信號存儲；數(shù)據(jù)分析包括對局部放電信號的時域、頻域分布等特征進(jìn)行分析，制作放電次數(shù)—相位，放電次數(shù)—放電量，以及相位分布（PRPD）等分析圖譜[20]。軟件程序流程圖。

實測效果及分析

　　該系統(tǒng)依托范圍師863方案項目課題，在西安、石家莊、保定等地現(xiàn)已完結(jié)了多個變電站的GIS設(shè)備局部放電超聲波檢測，發(fā)現(xiàn)了多處局部放電缺點，為相關(guān)局部及時掃除缺點供應(yīng)了根據(jù)，也驗證了本套系統(tǒng)的可靠性。以華北電網(wǎng)某220kV變電站為例，對該站進(jìn)行普測時在110kV側(cè)3號母線TV倉發(fā)現(xiàn)局放信號水平顯著反常，使用該系統(tǒng)對局放信號進(jìn)行了搜集、分析，并對缺點方位進(jìn)行了定位。

　　為了使超聲波探頭更好地接收局放信號，選取了聲阻抗較大的耦合劑涂改在探頭和GIS腔體之間。同時選用磁性吸座將探頭吸附在GIS腔體外表，避免了手持探頭檢測時，手的顫動對局放信號發(fā)作干擾。沿3號母線TV倉頂部移動超聲波探頭，系統(tǒng)檢測到了超聲波局放信號，當(dāng)超聲波探頭移動到腔體頂部偏右方位時，超聲波信號幅值，到達(dá)58mV，是背景噪聲幅值的5倍，時域圖中呈現(xiàn)了連續(xù)的簇狀放電信號。繼續(xù)移動探頭方位，當(dāng)探頭移動到TV腔體中部和底部時，超聲波信號幅值靈敏下降。為了進(jìn)一步斷定缺點方位，將超聲波探頭移動到坐落TV倉上方與其相連的母線倉，此時超聲波信號幅值為12mV，信號回歸到噪聲水平，局放信號消失。這是由于超聲波信號在環(huán)氧樹脂內(nèi)的衰減很大，母線倉內(nèi)沒有局部放電發(fā)作，TV倉內(nèi)的局放信號經(jīng)過盆式絕緣子后幾乎衰減完畢。

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