程丹，黃新波，朱永燦，李小博，郭劍峰，張浩

(1.西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

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變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程丹1，黃新波1，朱永燦1，李小博2，郭劍峰1，張浩1

(1.西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

摘要：以有源零磁通電流互感器獲取電容型設(shè)備及氧化鋅避雷器微弱泄漏電流，以IRIG-B碼為同步采樣時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)100 ns的高精度同步采樣。在此基礎(chǔ)上通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列編程生成B碼解碼、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換控制、測(cè)頻、雷擊計(jì)數(shù)、溫濕度采集等多個(gè)邏輯模塊，圍繞FFT IP核設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)多通道模擬信號(hào)采樣、存儲(chǔ)及快速傅立葉變換運(yùn)算功能，在提升測(cè)量精度的同時(shí)，有效降低了裝置的硬件成本。裝置試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：裝置可以滿足電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)精度要求，并具有較高的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)；電容型設(shè)備；FFT IP核；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；IRIG-B

電容型高壓電氣設(shè)備包括高壓套管、電容型電流互感器、電壓互感器(voltage transformer,VT)、耦合電容器、氧化鋅避雷器等，在電力系統(tǒng)中占很大比例。電容型設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間的高電壓及外界環(huán)境作用下，會(huì)發(fā)生電介質(zhì)損耗(以下簡(jiǎn)稱“介損”)，導(dǎo)致絕緣性能裂化[1-5]。

近年來，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已引起電力部門及國(guó)內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注，該技術(shù)通過在電力設(shè)備運(yùn)行電壓下進(jìn)行特征量獲取及分析，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和分析診斷結(jié)果來安排檢修時(shí)間[6-8]。目前電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在全國(guó)范圍內(nèi)已有應(yīng)用，并發(fā)現(xiàn)了一些避雷器、套管缺陷。但相對(duì)于傳統(tǒng)的離線方法及儀器而言，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還不夠成熟和完善，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品監(jiān)測(cè)精度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)不足、診斷標(biāo)準(zhǔn)缺乏等方面，一定程度影響了在線監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果[8-11]。

本文針對(duì)電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)一種解決方案，以美國(guó)靶場(chǎng)儀器組B型時(shí)間碼(Inter Range Instrumentation Group-B，IRIG-B，以下簡(jiǎn)稱“B碼”)實(shí)現(xiàn)100 ns的高精度同步采集，并通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field programmable gate array，F(xiàn)PGA)編程生成B碼解碼、模擬/數(shù)字(analog to digital，A/D)轉(zhuǎn)換控制、雷擊計(jì)數(shù)、溫濕度采集等多個(gè)邏輯模塊；采用優(yōu)化灰色斜率關(guān)聯(lián)度模型分析電容型設(shè)備運(yùn)行特征量與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系，進(jìn)行電容型設(shè)備絕緣故障診斷與分析。

1監(jiān)測(cè)原理

1.1電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)原理

電容型設(shè)備在交流電壓作用下的絕緣特性常以并聯(lián)電路模型表示，如圖1所示。容型設(shè)備絕緣狀態(tài)主要由泄漏電流、介損因數(shù)tanδ、等值電容等特征量表征，氧化鋅避雷器絕緣狀況主要通過泄漏電流和阻性電流進(jìn)行分析。

程丹，等：變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用由圖1可得：

(1)

其中，ω=2πf，f為電網(wǎng)頻率。

目前電容型設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)主要采用絕對(duì)測(cè)量法，即利用VT端子箱二次側(cè)電壓作為基準(zhǔn)信號(hào)，直接測(cè)量同相電容型設(shè)備的泄漏電流、介損因數(shù)、電容量等[8]。電容型設(shè)備泄漏電流極其微弱，正常情況下套管、電容型VT等設(shè)備的泄漏電流一般為幾毫安至幾百毫安，而氧化鋅避雷器泄漏電流最小值僅有100μA，阻性電流僅有幾微安。為了準(zhǔn)確反映設(shè)備真實(shí)的絕緣狀態(tài)，要求泄漏電流及介損因數(shù)的測(cè)量精度必須高于1%+ 0.1mA，避雷器特征量測(cè)量精度達(dá)到5%+5μA以上。

1.2介損及阻性電流數(shù)字化測(cè)量方法

為了獲取介損因數(shù)及阻性電流值，一般采用數(shù)字頻譜分析方法求出兩個(gè)信號(hào)的基波信號(hào)相位，進(jìn)而通過對(duì)基波相位的比較求出tanδ和IR[11-14]?？紤]到實(shí)際獲得的母線電壓及泄漏電流是經(jīng)過離散、量化后的有限長(zhǎng)度的離散周期序列，假設(shè)分別用x(n)和y(n)表示(0≤n≤N-1，N為序列總長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)于離散波形的總采樣點(diǎn)數(shù))，序列x(n)經(jīng)離散傅立葉變換后可得：

(2)

式中：X(k)為頻域中信號(hào)的幅值；j代表復(fù)頻域；n為時(shí)域采樣點(diǎn)的序號(hào)；k為頻域信號(hào)的序號(hào)。各次信號(hào)的實(shí)部和虛部可表示為：

(3)

根據(jù)上式可得，序列x(n)即u(t)的初相位

(4)

同理可得泄漏電流的初相位φik，進(jìn)而求取tanδ和IR。

(5)

(6)

2變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)構(gòu)架

圖2所示為智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架。智能變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為站控層、間隔層和過程層[8]。其中過程層包含多臺(tái)電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)裝置及VT電壓采集裝置，完成一次設(shè)備特征量采樣、設(shè)備開關(guān)量以及控制命令的執(zhí)行功能，過程層設(shè)備通過RS485總線與間隔層的智能電子設(shè)備(intelligenceelectronicdevice，IED)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上送及命令反饋。

IED是隨著智能電網(wǎng)發(fā)展起來的，由于前期安裝的在線裝置均通過各廠家私有協(xié)議傳輸至監(jiān)控中心，其數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)報(bào)表各不相同，不同廠家的監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫無法共享訪問，限制了數(shù)據(jù)分析能力和狀態(tài)評(píng)價(jià)水平，也不利于技術(shù)開放和數(shù)據(jù)共享[8-9]。為完成對(duì)站控層控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)和數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理，IED將過程層傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行IEC61850封裝，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的通信標(biāo)準(zhǔn)化。

站控層為監(jiān)控中心，管理間隔層和過程層設(shè)備，監(jiān)控中心借助智能變電站輔助決策軟件對(duì)接收的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、顯示，并將數(shù)據(jù)存入Oracle數(shù)據(jù)庫中。除上述傳統(tǒng)功能外，輔助決策系統(tǒng)嵌入灰色理論等智能算法，進(jìn)行設(shè)備故障分析與診斷，提高在線監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。GPS/北斗時(shí)鐘源布置在站控層，通過B碼下發(fā)時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)全站高精度對(duì)時(shí)功能。

2.2硬件設(shè)計(jì)

2.2.1監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

電容型設(shè)備泄漏電流非常微弱，并且變電站環(huán)境復(fù)雜，電磁干擾強(qiáng)烈，精確測(cè)量泄漏電流幅值和相位有很大困難?；诟呔炔蓸蛹敖档拖到y(tǒng)成本考慮，采用FPGA處理器為控制芯片，通過高精度有源零磁通電流傳感器獲取電容型設(shè)備的泄漏電流，并以B碼作為授時(shí)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)100ns異地同步采樣。該方法具備很高的控制精度及處理速度，可保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。

電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。電容型設(shè)備的泄漏電流很小，首先選用程控放大電路將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換到1～10V范圍。A/D7656單片集成6個(gè)采樣通道，是一種高集成度的16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)化(analogtodigitalconverter，ADC)芯片，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換速率達(dá)到250kSPS，性價(jià)比高，控制方便，非常適合多通道的電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置。裝置采用的FPGA芯片EP4CE15運(yùn)行速度快、邏輯能力強(qiáng)、應(yīng)用靈活，在處理多通道高速A/D采樣、B碼編碼解碼、頻率測(cè)量等方面具備非常高的速度和精度；并通過內(nèi)嵌FFTIP核，可方便地完成數(shù)字運(yùn)算。通過編程在EP4CE15中生成B碼解碼、A/D轉(zhuǎn)換控制、快速傅里葉變換(fastFouriertransformation，F(xiàn)FT)、測(cè)頻、雷擊計(jì)數(shù)、溫濕度采集等邏輯模塊，大幅減小外圍電路，有利于減小成本和提升系統(tǒng)可靠性。

2.2.2模擬信號(hào)調(diào)理

模擬信號(hào)調(diào)理主要包括放大、濾波和方波化等。所用的電流傳感器輸入電流為0.1～1 000mA，輸出電壓范圍1 ～1 000mV，被測(cè)信號(hào)很小且范圍很寬。對(duì)于過小的輸入電壓，ADC芯片誤差很大，為此裝置采用自適應(yīng)程控調(diào)整放大倍數(shù)的方法，即在真實(shí)采樣前首先設(shè)置放大器倍數(shù)為1，然后根據(jù)電壓幅值設(shè)置真實(shí)的放大倍數(shù)，使輸出電壓處于1～10V的范圍內(nèi)。

對(duì)離散化后的模擬信號(hào)進(jìn)行FFT可得到被測(cè)信號(hào)的各次相位和幅值。但對(duì)于周期信號(hào)而言，如果截?cái)嘈盘?hào)的時(shí)間長(zhǎng)度不是信號(hào)周期的整數(shù)倍，延拓后的信號(hào)和原有信號(hào)會(huì)有較大差別，得到的頻譜存在誤差。為此，裝置首先精確測(cè)量被采樣信號(hào)的頻率，進(jìn)而按照該頻率自適應(yīng)調(diào)整采樣間隔，提高監(jiān)測(cè)精度[10]?？紤]到電網(wǎng)諧波的影響，經(jīng)放大的泄漏電流信號(hào)需經(jīng)濾波、方波化電路后，送入FPGA片內(nèi)，由測(cè)頻邏輯模塊完成信號(hào)測(cè)頻。

2.2.3A/D采樣及計(jì)算邏輯

A/D采樣及計(jì)算邏輯是整個(gè)裝置的核心，通過Verilog編程在EP4CE15中生成電容型設(shè)備泄漏電流采集計(jì)算邏輯模塊。圖4所示為A/D采樣及計(jì)算邏輯圖。A/D采樣及計(jì)算邏輯主要包含B碼解碼(B_decode)、頻率測(cè)量(FQ_measure)、A/D轉(zhuǎn)換控制(A/D_control)等邏輯模塊。B_decode邏輯模塊時(shí)刻對(duì)IRIG_B碼元進(jìn)行解碼，輸出正確的時(shí)間序列Tm[19..0]和1秒脈沖(pulsepersecond，pps)，的信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換控制邏輯模塊時(shí)刻檢測(cè)時(shí)間序列，當(dāng)達(dá)到采樣時(shí)間時(shí)觸發(fā)測(cè)頻功能，并根據(jù)Fq[20..0]的值設(shè)置采樣間隔。裝置以下一個(gè)1pps信號(hào)上升沿為A/D采樣同步觸發(fā)時(shí)刻，開始整周期采樣，采樣到的數(shù)據(jù)被依次存入到隨機(jī)存儲(chǔ)器(randomaccessmemory，RAM)中。為了保證計(jì)算精度及計(jì)算速度，設(shè)定單個(gè)周期A/D采樣數(shù)為512點(diǎn)，U、V、W三相共需要1 536 個(gè)存儲(chǔ)單元。A/D_control輸出信號(hào)W_clk和W_adr[10..0]分別對(duì)應(yīng)于寫時(shí)鐘和寫地址，保證A/D采樣數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存到RAM的指定位置。當(dāng)整周期采樣完成后，觸發(fā)FFTIP核進(jìn)行FFT運(yùn)算，得到直流分量、基波及各次諧波的幅值和相位，其中FFT_IP的輸出Sc_Real[15..0]和Sc_Imag[15..0]分別代表了輸出數(shù)據(jù)的實(shí)部和虛部，Sc_exp[5..0]為輸出數(shù)據(jù)的比例因子。OUT_control為輸出控制邏輯模塊，F(xiàn)FTIP核的運(yùn)算結(jié)果在該模塊緩存和計(jì)算，并經(jīng)過并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)串行數(shù)據(jù)處理之后，以RS485方式傳輸?shù)絀ED。

2.2.4IRIG-B對(duì)時(shí)

變電站內(nèi)被測(cè)電容型設(shè)備和VT端子箱距離較遠(yuǎn)，難以應(yīng)用單套裝置完成上述兩種模擬信號(hào)采集，因此高精度的同步采樣時(shí)鐘是非常必要的。目前常用的高精度同步手段主要有GPS、北斗、B碼等方式，裝置可采用GPS或北斗授時(shí)裝置，同步精度很高，誤差為50～100ns，但裝置中需單獨(dú)安裝授時(shí)模塊，裝置成本增加[15-16]；并且授時(shí)模塊的精度受衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度影響很大，難以適應(yīng)變電站內(nèi)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。IRIG是美國(guó)靶場(chǎng)司令委員會(huì)制定的一種時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)、商業(yè)等諸多領(lǐng)域，B碼是其中應(yīng)用較為廣泛的一種[16]。B碼傳輸速率為1f/s，可傳達(dá)100位包括天、時(shí)、分、秒信息，非常適合作為變電站分布式采集設(shè)備的同步時(shí)鐘。

為了滿足監(jiān)測(cè)技術(shù)要求，F(xiàn)PGA中的B碼解碼模塊包含并行時(shí)間碼和1pps兩種輸出格式，時(shí)間碼用于確認(rèn)是否達(dá)到采樣時(shí)間，1pps用于觸發(fā)A/D同步采樣。解碼原理為：設(shè)定10ms為一個(gè)計(jì)數(shù)周期，計(jì)數(shù)測(cè)量B碼信號(hào)高電平所占的clk脈沖數(shù)，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)計(jì)數(shù)周期高電平都為8ms時(shí)，確定為參考碼元；當(dāng)高電平所占的時(shí)間為5ms，將相應(yīng)時(shí)間位賦值為1；當(dāng)高電平所占的時(shí)間為2ms，將相應(yīng)時(shí)間位賦值為0。

2.2.5環(huán)境溫濕度采集

在運(yùn)行電壓下，電容型設(shè)備對(duì)環(huán)境濕度反映敏感。以氧化鋅避雷器為例，工頻電壓下流過避雷器的泄漏電流有外表面電流和內(nèi)部電流，外表面電流主要由污穢引起，為阻性電流；當(dāng)遇上高濕環(huán)境時(shí)，絕緣子表面濕潤(rùn)，污穢物中的導(dǎo)電物質(zhì)溶解，避雷器表面污穢電流快速增加，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大[1]。因此必須對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過智能算法分析泄漏電流與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系。

裝置選用瑞士Sensirion公司的集成溫濕度傳感器SHT71，其溫度測(cè)量精度為±0.4 ℃，濕度測(cè)量精度可達(dá)相對(duì)濕度(relativehumidity，RH)的±3%。為了準(zhǔn)確、靈敏地測(cè)量環(huán)境參數(shù)，電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)溫濕度傳感器一般為外置安裝，布置到裝置的底側(cè)或外側(cè)，變電站強(qiáng)電磁干擾可能通過溫濕度傳感器引線傳入裝置中，為此裝置增加了雙向隔離器Si8402及隔離電源B0303，實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感器的電源與信號(hào)隔離。

2.3電容型設(shè)備IEC 61850的實(shí)現(xiàn)

隨著智能變電站的發(fā)展，要求變電站所有智能化設(shè)備必須符合IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)，電容型設(shè)備IED布置于變電站間隔層，其內(nèi)部嵌入IED能力描述(IEDcapabilitydescription，ICD)文件，通過光纖按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)測(cè)中心(站控層)進(jìn)行通信，將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。IED在智能變電站中起著承上啟下的作用，主要功能有：接收在線監(jiān)測(cè)裝置獲得的特征數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)站控層的命令報(bào)文；對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到電容型設(shè)備泄漏電流、介損角、阻性電流等特征量，并對(duì)故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)及本地顯示；遵循IEC61850 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)變電站的信息共享及設(shè)備的互操作性。

2.4基于灰色斜率的故障診斷方法

隨著環(huán)境濕度增加，設(shè)備表面污穢可能使泄漏電流及阻性電流分量大幅增加，僅通過介損及阻性電流分量進(jìn)行閾值分析會(huì)存在誤判。因此有必要結(jié)合先進(jìn)的數(shù)學(xué)工具進(jìn)一步分析介質(zhì)特性受外界因素影響的變化規(guī)律，為在線診斷提供依據(jù)?？紤]到知識(shí)的不完備性，在分析各種因素影響介損的基礎(chǔ)上，引入灰關(guān)聯(lián)分析來量化介損因數(shù)及阻性電流變化與其他各因素變化的接近性，并由此來判斷絕緣狀況。

改進(jìn)的灰色斜率關(guān)聯(lián)度模型按照因素的時(shí)間序列曲線的平均相對(duì)變化勢(shì)態(tài)的接近程度來計(jì)算關(guān)聯(lián)度。所謂兩曲線的平均相對(duì)變化勢(shì)態(tài)的接近程度，是指兩時(shí)間序列在對(duì)應(yīng)各時(shí)段Δtj=tj-tj-1(j=2,3,…,n)上曲線平均相對(duì)變化率的大小，若在時(shí)段Δtj間平均相對(duì)變化率相等或接近于相等，則這兩時(shí)間序列在時(shí)段Δtj間的關(guān)聯(lián)系數(shù)就大；反之則小。當(dāng)電容型設(shè)備絕緣狀況良好時(shí)，介損因數(shù)、阻性電流等在線監(jiān)測(cè)特征量受環(huán)境參數(shù)的影響明顯，即與環(huán)境參數(shù)的關(guān)聯(lián)度高；當(dāng)設(shè)備絕緣狀況下降時(shí)，電容型設(shè)備本體實(shí)際的介損因數(shù)、阻性電流增加，外界環(huán)境的影響相對(duì)減弱，也即與環(huán)境參數(shù)的關(guān)聯(lián)度低。改進(jìn)的灰色斜率關(guān)聯(lián)度模型可以靈活應(yīng)用于電容型設(shè)備的故障診斷中，實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備的故障診斷與評(píng)估。

3試驗(yàn)及應(yīng)用

3.1精度試驗(yàn)

為了驗(yàn)證裝置監(jiān)測(cè)精度，搭建如圖5所示的避雷器在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，采用任意信號(hào)發(fā)生器輸出兩路幅值相位均可調(diào)的正弦波，分別輸入到避雷器監(jiān)測(cè)裝置和母線電壓監(jiān)測(cè)裝置中。W9006C時(shí)鐘系統(tǒng)輸出IRIG-B時(shí)間碼，觸發(fā)同步采樣。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定避雷器泄漏電流變化范圍 0.1～50mA，并通過設(shè)定兩波形的相位差值使等效阻性電流分別為泄漏電流的3%和8%。試驗(yàn)結(jié)果見表1。除0.1mA和1mA輸入信號(hào)外，泄漏電流及阻性電流測(cè)量誤差均小于4%?？紤]到國(guó)家電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了誤差標(biāo)準(zhǔn)為5%+5μA，在增減5μA誤差電流后，輸入電流0.1mA、1mA時(shí)的裝置測(cè)量精度仍能滿足要求。

3.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖6所示。其中圖6(a)為氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)傳感器安裝示意圖，將原避雷器雷擊計(jì)數(shù)器的接地線取掉，將新的接地電纜穿過電流互感器后接回到原接地點(diǎn)，避雷器泄漏電流被引入到在線監(jiān)測(cè)裝置中。圖6(b)為變壓器套管傳感器安裝照片，有源零磁通電流傳感器布置于套管接地側(cè)，套管末屏引出線穿過電流傳感器后接地，電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置一般安裝在變壓器下側(cè)，傳感器輸出信號(hào)通過屏蔽電纜接入到裝置模擬接口。

圖6(b)中變壓器高壓側(cè)套管U、V、W三相泄漏電流分別為13.77mA、13.28mA、13.50mA，介質(zhì)損耗分別為0.73%、0.59%和0.25%；低壓側(cè)套管U、V、W三相泄漏電流分別為8.93mA、9.91mA、9.10mA，介損因數(shù)為0.42%、0.35%和0.64%。各電壓等級(jí)下的套管泄漏電流及介損因數(shù)均很小，且差異不大，經(jīng)閾值分析及灰色斜率算法判斷各數(shù)據(jù)皆處于正常水平，主變壓器套管絕緣性能良好。

4結(jié)束語

本文提出了一種電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，以FPGA為采集裝置硬件核心，設(shè)計(jì)自適應(yīng)放大及采樣間隔，解決微弱信號(hào)測(cè)量誤差及頻譜泄漏問題，通過Verilog編程在EP4CE15中生成邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)氧化鋅避雷器、套管等電容型設(shè)備泄漏電流采集及運(yùn)算功能，設(shè)計(jì)的IRIG-B解碼模塊，可將同步采樣精度提高到100ns。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置可以精確的測(cè)得一次設(shè)備泄漏電流、介損因數(shù)、阻性電流等特征量，并可完成對(duì)絕緣狀態(tài)的評(píng)估，為變電站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及智能化水平提供保證。

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程丹(1986)，女，陜西西安人。助理工程師，工學(xué)碩士，從事電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。

黃新波(1975)，男，山東海陽人。教授，工學(xué)博士，從事智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與關(guān)鍵技術(shù)研究。

朱永燦(1986)，男，河南濮陽人。在讀博士研究生，從事智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、輸電線路覆冰機(jī)理研究。

(編輯查黎)

Design and Application of Online Monitoring System for Substation Capacitive Equipments

CHENG Dan1, HUANG Xinbo1, ZHU Yongcan1, LI Xiaobo2,GUO Jianfeng1, ZHANG Hao1

(1. School of Electronics and Information, Xi’an Polytechnic University, Xi’an, Shaanxi 710048, China; 2. Xi’an Modern Control Technology Institute, Xi’an,Shaanxi 710065)

Key words：online monitoring; capacitive equipment; FFT IP core; field programmable gate array(FPGA); Inter Range Instrumentation Group - B(IRIG-B)

Abstract：Weak leakage current of capacitive equipments and zinc oxide arrester is obtained by using active zero flux current transformer (CT), and high-precision synchronous sampling of 100 ns is realized by taking Inter Range Instrumentation Group - B(IRIG-B) as the synchronous sampling clock. On the above basis, field programmable gate array(FPGA) is used to produce multiple logic modules such as IRIG-B decoding, analog to digital converter(ADC) control, frequency measurement, lightning counting, temperature and humidity acquisition, and so on. Particularly by designing and realizing functions including multi-channel simulating signal sampling, storage and fast Fourier transformation (FFT) around FFT IP core, it is able to improve measurement accuracy as well as effectively reduce hardware costs of the device. Experimental and field operation data indicate that this device is able to satisfy requirements for online monitoring precision of the power system and has higher stability and scalability.

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.010

收稿日期：2016-01-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51177115)

中圖分類號(hào)：TM855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-290X(2016)04-0055-07

作者簡(jiǎn)介：