熱孜完姑麗·吾布力++艾力·阿布都熱合曼

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.060

摘 要：在新形勢下，新疆電力建設(shè)步伐日漸加快，而變壓器是電力系統(tǒng)運行中必不可少的關(guān)鍵性設(shè)備，隨之，變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)以及研制尤為重要。因此，該文客觀分析了變壓器介質(zhì)損耗，探討了FPGA狀態(tài)下變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：FPGA狀態(tài) 變壓器 介質(zhì)損耗 在線監(jiān)測 系統(tǒng)

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0060-02

1 變壓器介質(zhì)損耗

就變壓器介質(zhì)損耗來說，是指在電壓、電場作用下，所產(chǎn)生的能量損耗，其體現(xiàn)在兩個方面。在電介質(zhì)中，存在電導(dǎo)，在電壓的不斷作用下，電流不斷泄漏，出現(xiàn)電導(dǎo)損耗。同時，在電場的不斷作用下，電介質(zhì)中的帶電質(zhì)點會根據(jù)電場具體變化，反復(fù)位移，再次排列，隨著各分子不斷摩擦，出現(xiàn)“極化損耗”現(xiàn)象。在介質(zhì)損耗作用下，線路中2/3電能已被轉(zhuǎn)化為熱能，絕緣熱量不斷聚集，導(dǎo)致變壓器溫度不斷升高，加快了其絕緣老化速度，進而被燒壞，影響電力系統(tǒng)的“安全、穩(wěn)定”運行，造成嚴重的經(jīng)濟損失。針對這種情況，在電力系統(tǒng)運行中，設(shè)計者必須根據(jù)FPGA狀態(tài)、變壓器介質(zhì)損耗，設(shè)計合理化的在線監(jiān)測系統(tǒng)，動態(tài)監(jiān)督變壓器介質(zhì)損耗情況，進行針對性的處理，避免變壓器發(fā)生故障問題，確保電力系統(tǒng)處于高效運行中。

2 FPGA狀態(tài)下變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 分析誤差

在設(shè)計變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)計者必須圍繞FPGA狀態(tài)，客觀分析一系列影響變壓器介質(zhì)損耗精準度的因素，比如：干擾、電網(wǎng)諧波與頻率波動，對其進行合理化處理，動態(tài)控制變壓器介質(zhì)損耗測量誤差，避免超出規(guī)定的范圍。在各種因素作用下，設(shè)計者無法直接拆除變壓器上的套管，以套管客觀要求為基點，展開測量工作，加上在線監(jiān)測情況下，變壓器“繞組、接線”形式都無法改變。也就是說，監(jiān)測變壓器套管絕緣性能中，相關(guān)人員只能掌握套管末端絕緣性能，并不清楚變壓器整體絕緣性能。在FPGA狀態(tài)下，設(shè)計者必須根據(jù)各方面情況，應(yīng)用性能較高的電流電感器技術(shù)，客觀測量變壓器具體介質(zhì)損耗，應(yīng)用不會出現(xiàn)失真現(xiàn)象的采集套管末屏，確保獲取的“電流、電壓”信號更加準確，合理“運算、處理”數(shù)字信號，獲取變壓器各方面信息，比如：介質(zhì)損耗、等效電容量，避免其存在誤差，優(yōu)化利用專家系統(tǒng)，對變壓器進行一系列操作，準確把握其套管絕緣性能。同時，變壓器運行環(huán)境復(fù)雜化，會受到相間以及空間干擾，導(dǎo)致傳輸?shù)男盘柌粶蚀_。在設(shè)計FPGA狀態(tài)下的在線監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)計者必須根據(jù)其干擾，采取可行的接地對策，借助屏蔽電纜，對變壓器電路板進行合理化的抗干擾設(shè)計，最大化降低電磁干擾對監(jiān)測系統(tǒng)的影響程度。此外，電網(wǎng)諧波尤為豐富，變化速度又非?？?，極易導(dǎo)致變壓器介質(zhì)損耗測量存在誤差，設(shè)計者必須采取針對性措施有效抑制諧波，避免其超出規(guī)定范圍，尤其是高次諧波。為了最大化降低誤差，在設(shè)計在線監(jiān)測系統(tǒng)過程中，設(shè)計者必須優(yōu)化利用FFT計算方法，客觀分析電網(wǎng)諧波，如果電壓信號、電流信號處于穩(wěn)定狀態(tài)，便可以準確計算出變壓器介質(zhì)損耗，但電網(wǎng)頻率不斷變化，會減低變壓器介質(zhì)損耗計算準確率，存在較大的誤差，計算過程中，還要優(yōu)化利用加窗FFT算法，比如：Nuttall窗、Blackman窗，確保變壓器介質(zhì)損耗計算更加準確，確保設(shè)計的基于FPGA狀態(tài)的在線監(jiān)測系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，更好地監(jiān)測變壓器介質(zhì)損耗。

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)模塊設(shè)計

在FPGA狀態(tài)下，設(shè)計的變壓器介質(zhì)損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)由多種模塊組成，比如：主CPU模塊、FPGA處理模塊。其中的低通濾波電路可以剔除“電壓、電流”信號中出現(xiàn)的高次諧波，F(xiàn)PGA模塊可以動態(tài)控制A/D轉(zhuǎn)換，科學處理A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，在加窗FFT算法作用下，及時輸送計算結(jié)果，發(fā)揮上位CPU多樣化作用，進一步處理對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。就CPU模塊來說，全方位客觀分析接收的一系列信息數(shù)據(jù)，構(gòu)建合理化的專家?guī)?，隨時動態(tài)“評估、預(yù)測”變壓器套管運行情況，及時借助網(wǎng)絡(luò)，上傳評估以及預(yù)測結(jié)果，確保上位機及時獲取相關(guān)信息。以此，促使設(shè)計的各模塊處于統(tǒng)一化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，更好地監(jiān)測變壓器介質(zhì)損耗。

2.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件算法

在設(shè)計基于FPGA在線監(jiān)測系統(tǒng)中，設(shè)計者必須準確把握在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件算法，要充分發(fā)揮FPGA模塊多樣化作用，準確計算變壓器運行中的介質(zhì)損耗，借助FFT算法，同步采集電流以及電壓信號基礎(chǔ)上，準確計算電流、電壓二者間的相位差，借助加窗FFT算法，獲取電壓峰值、次諧波具體含量數(shù)據(jù)等。在設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)過程中，設(shè)計者可以借助FPGA軟件，設(shè)置加窗功能，F(xiàn)FT轉(zhuǎn)換之前，加窗處理系統(tǒng)模塊輸出的一系列信息數(shù)據(jù)。隨后，這些信息數(shù)據(jù)會根據(jù)一定的規(guī)則存儲到RAM中，進行相關(guān)運算基礎(chǔ)上，輸入一系列觸發(fā)信號，數(shù)據(jù)順序會及時讀入到對應(yīng)的FPGA模塊中；在加窗運算地址單元作用下，窗函數(shù)與數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生，進入到各類存儲器中，讀取這些信息數(shù)據(jù)中，存儲器會進行直流減法運算，在蝶形運算單元作用下，實現(xiàn)加窗處理，處理結(jié)果會在存儲器中展現(xiàn)出來。在1024點數(shù)據(jù)加窗完成后，數(shù)據(jù)地址單元會被觸發(fā)，讀取已被處理的信息數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT運算地址產(chǎn)生單元被觸發(fā)，產(chǎn)生一系列地址單元，將信息數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)酱鎯ζ髦?；這些信息數(shù)據(jù)被處理之后，會進入到蝶形運算單元中，F(xiàn)FT運算順利進行，運算完成后，輸出地址單元得出FFT結(jié)果。設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)會及時將FFT結(jié)果輸入RAM以及蝶形運算單元中，蝶形單元會對傳入的數(shù)據(jù)進行模平運算，加窗運算地址單元會再次進行加窗運算，輸出的數(shù)據(jù)也更加準確。

3 結(jié)語

總而言之，在電網(wǎng)運行過程中，新疆供電企業(yè)必須根據(jù)電力系統(tǒng)中變壓器具體運行情況，根據(jù)其各階段介質(zhì)損耗情況，采用先進的技術(shù)，借助信息化手段，優(yōu)化設(shè)計FPGA狀態(tài)下的在線監(jiān)測系統(tǒng)、硬軟件以及FPGA、CPU等模塊。以此，確保設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、安全性，全方位動態(tài)監(jiān)測變壓器介質(zhì)損耗，提高變壓器運行質(zhì)量，促使電力系統(tǒng)處于高效運行中，促使新時期新疆電網(wǎng)具有較好的“經(jīng)濟、社會、生態(tài)”效益。

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