朱廣名

（廣東電網(wǎng)公司茂名供電局 525000）

在電力系統(tǒng)中高壓電容型設(shè)備是比例較大的一個部分，它的絕緣狀況則是通過介質(zhì)損耗因數(shù)這一重要參數(shù)進行反映的。但是，現(xiàn)如今介質(zhì)損耗的測試系統(tǒng)都存在精度較低、穩(wěn)定性差、軟硬件不能及時升級、可擴展性差等一系列的問題，所以，開發(fā)和研究介質(zhì)損耗測試系統(tǒng)顯得尤為重要。本文開始先對介質(zhì)損耗測試的原理進行了介紹，同時分析對比了現(xiàn)在的介質(zhì)損耗測量技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)了一種基于DSP高壓容性設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)。通過分析系統(tǒng)的工作原理和總體結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計出容性設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的軟件和硬件。

1 介質(zhì)損耗在線測試的主要原理

介質(zhì)損耗角的正切值往往可以最直觀的反映出高壓容性設(shè)備的絕緣性，通過實踐測量可以將電力設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中的大量局部缺陷或者整體缺陷有效且及時的發(fā)現(xiàn)，這樣可以使電網(wǎng)系統(tǒng)的安全得到保障。

準確的將兩個工頻基波之間的電流信號相位差獲得且求取出來，是介質(zhì)損失角正切進行在線監(jiān)測的關(guān)鍵所在。介質(zhì)損耗在測量時要選用靈敏度較高的電流互感器對容性設(shè)備的末端漏電流信號進行檢測，再通過電壓互感器對電壓信號進行二次側(cè)抽取，然后在A/D轉(zhuǎn)換和信號調(diào)理之后將其送到微處理器處理，從而得到所要的電壓及電流的相位差，這樣便可計算出介質(zhì)損耗角。但是，目前的測試系統(tǒng)存在著諸如穩(wěn)定性差、軟硬件不能及時升級、可擴展性差、精度低等缺陷。本文所論述的新型介質(zhì)損耗測試方法主要優(yōu)勢在于靈活性大、抗干擾能力強、測量精度高、可擴展性好等。

2 介質(zhì)損耗在線測試的結(jié)構(gòu)框圖

高壓容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線測試的檢測終端首先會收到來自數(shù)據(jù)處理器所傳出的進行同步采集的命令，然后其監(jiān)測終端和系統(tǒng)的電壓檢測終端會及時的對系統(tǒng)頻率進行跟蹤，同時在慘嚎電壓的幫助下進行同步的采集。電壓監(jiān)測終端會在每個監(jiān)測終端完成采樣處理以后，將得到的數(shù)據(jù)傳播給系統(tǒng)，然后在接到系統(tǒng)命令后容性設(shè)備的監(jiān)測終端會及時的對數(shù)據(jù)進行處理，同時將處理結(jié)果由CAN傳到數(shù)據(jù)處理的服務器中。經(jīng)過服務器的處理和存儲，同時由診斷系統(tǒng)比較、預警和診斷數(shù)據(jù)，將信息由局域網(wǎng)傳到監(jiān)控區(qū)內(nèi)，以達到絕緣情況下的在線監(jiān)測任務。具體流程如圖2：

介質(zhì)損耗在線測試，溫度變化會影響測量，運用穿芯式零磁通電流傳感器可以對其進行補償；使用CPLD以及鎖相環(huán)的技術(shù)可以及時的對電網(wǎng)頻率進行跟蹤，以達到采樣點數(shù)在每周波中基本一致，從未將采樣周期得到動態(tài)的改變，使電網(wǎng)頻率變化影響測量的可能性降到最低；使用DSP分析法和A/D采樣技術(shù)得到相位、幅度以及相位差，這樣便可將介質(zhì)損耗求出。

3 現(xiàn)場監(jiān)測終端的具體硬件設(shè)計方法

目前的現(xiàn)場監(jiān)測終端的硬件主要有信號采集及調(diào)理、CPLD邏輯控制、鎖相環(huán)倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)化、CAN總線通信及DSP處理這幾個模塊。

3.1 鎖相環(huán)倍頻電路以及同步采樣

現(xiàn)在的鎖相環(huán)可分為三部分，即低通濾波器、壓控振蕩器以及相位比較器。同步采樣的具體操作就是均勻離散信號的多個周期或者一個周期，然后迅速的將每個離散點所產(chǎn)生的信號的瞬時值進行采取。如果電測量是周期性的，那么在測量時能否對實時信號進行準確的測量關(guān)鍵就在于同步采樣。同步采樣可以幫助離散傅里葉進行變換，使頻譜泄露的現(xiàn)象減少，從而使誤差較少。另外，同步采樣最好的實現(xiàn)手段就是使用鎖相環(huán)。

3.2 DSP處理器

DSP的主要任務是經(jīng)過CAN總線同上位機進行數(shù)據(jù)的交換，通過數(shù)據(jù)及地址的方式同CPLD進行通信，從而控制數(shù)據(jù)采集以及處理采樣后的數(shù)據(jù)。DSP處理器所使用的芯片是一種高端的技術(shù)。此種處理器不僅能對數(shù)字信號進行處理，還可以管理事件、以嵌入的方式對其進行控制，尤其在對大量數(shù)據(jù)處理進行測控時顯得尤為重要。

3.3 CAN總線通信

因為CAN控制器在已選的芯片中已經(jīng)被包含，因此，要完成CAN總線通信只需要另外加一個CAN發(fā)收器芯片就可以。CAN總線通信的主要任務是適時的向總線上傳采集系統(tǒng)的運行參數(shù)和采樣結(jié)果，并向上位機提供處理以及存儲。

3.4 CPLD邏輯控制

CPLD實際上是控制執(zhí)行機構(gòu)，它對相應的Verilog HDL 代碼進行編寫就可以使其對應的操作電路生成，從而可以完成對每個輸入信號的判斷、處理和鎖存，同時還可以控制輸出信號、執(zhí)行不同的命令信號。

3.5 A/D轉(zhuǎn)換

為了達到系統(tǒng)精度和高速同步采集的要求，此監(jiān)測終端選擇的芯片是6通道16位的AD7656。通過隔離和電平轉(zhuǎn)換將BUSY、RESET、CONVST、RANGE、/CS都同CPLD進行連接，DSP采集好信號后傳到CPLD上，然后選/CS使片有效，使CONVST得到啟動轉(zhuǎn)換，待結(jié)束后DSP被通過CPLD的BUSY中斷，最后由DSP對數(shù)據(jù)進行讀取并且暫存。

3.6 介質(zhì)損耗測量的具體流程

最開始是由通信控制器或者上位機將廣播的命令發(fā)出，讓接到廣播命令的所有現(xiàn)場監(jiān)測都馬上同步進行采樣，為了達到同步，要使用參考電源。然后，當廣播命令傳到監(jiān)測終端時，要對基準源Uoi和泄露電流IX就行同步的采樣，并用離散傅里葉變換采樣的數(shù)據(jù)，從而分別得出這兩個基波傅里葉系數(shù)。然后在測量完成后，由電壓監(jiān)測單元對測量結(jié)果進行廣播，當廣播的電壓監(jiān)測單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳到監(jiān)測終端后，由終端對其進行處理，同時通過CAN總線將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理服務器中。最后，根據(jù)數(shù)據(jù)處理器將Uoi、Ix的相角差α以及Uoi、Ux的相角差β計算出來，那么，介質(zhì)損耗角δ就可以由90°-（α-β）得到。

4 對終端主程序的設(shè)計

現(xiàn)場監(jiān)測終端的主要任務是采集、傳送和處理數(shù)據(jù)。為了保證信息的接收及時可靠，常采用中斷方式接收消息，要優(yōu)先處理自檢故障處理的信息。圖3為終端主程序的設(shè)計流程圖：

5 結(jié)論

通過電磁兼容測試的此監(jiān)測終端，整個試驗中并沒有損壞的樣品，經(jīng)過試驗后仍然可以進行正常的工作，并且得到的測量數(shù)據(jù)很準確。此外，還測試了交變濕熱、高低溫，其結(jié)果可得出，每項指標都能夠達到系統(tǒng)的需求，設(shè)備在整個試驗中可以進行正常的工作。綜上所述，此系統(tǒng)可以進行可靠的運行，對容性設(shè)備的絕緣情況可以進行適時地監(jiān)測，并且不會對設(shè)備造成任何損壞，因此，是一個有價值去推廣和運用的系統(tǒng)。

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