項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 大型電力變壓器是電力傳輸系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，而局部放電又是造成其絕緣故障的重要原因，因此對(duì)變壓器進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)，為電廠實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修與維護(hù)提供可靠、準(zhǔn)確的決策依據(jù)和符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的現(xiàn)代管理和維修的科學(xué)模式具有重要意義。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，變壓器局部放電超高頻（UHF）檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)頻率高、抗干擾性強(qiáng)和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，更適合局部放電在線監(jiān)測(cè)[1]。它通過接收電力變壓器局部放電產(chǎn)生的超高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)和定位，現(xiàn)已被國(guó)內(nèi)外的眾多電力變壓器監(jiān)測(cè)研究機(jī)構(gòu)所認(rèn)可。 超高頻法是通過超高頻信號(hào)傳感器接收局部放電過程輻射的超高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。研究認(rèn)為[2]，變壓器每一次局部放電過程都伴隨著正負(fù)電荷的中和，并伴隨較大的電流脈沖，同時(shí)向周圍輻射電磁波，其頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。 變壓器超高頻局部放電信號(hào)的頻率均在300MHz以上，甚至超過1GHz，如此超高頻放電信號(hào)，常用的A/D采集卡在采樣率和存儲(chǔ)深度等方面是很難滿足要求，而且局部放電測(cè)量通常只關(guān)心信號(hào)的峰值及其出現(xiàn)的相位，因此，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，使得能任意選通超高頻段一定帶寬的某一中心頻率的信號(hào)，將信號(hào)調(diào)整到通用大動(dòng)態(tài)范圍高速采集卡能處理的頻率范圍，并保留其峰值和相位等特征，達(dá)到既能檢測(cè)信號(hào)，避開干擾，又降低技術(shù)要求的目的?；诨祛l技術(shù)的超高頻局部放電檢測(cè)便能實(shí)現(xiàn)這一功能。 系統(tǒng)要求： 基于混頻技術(shù)的變壓器超高頻局部放電信號(hào)的高速數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)一直是電力變壓器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)最優(yōu)檢修工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。如何將實(shí)時(shí)信號(hào)無誤的采集與存儲(chǔ)，以便事后采用各種現(xiàn)代信號(hào)處理方法對(duì)其進(jìn)行處理，得到精確的診斷結(jié)果，一直是電力設(shè)備檢修人員長(zhǎng)期關(guān)心的問題。因此，開展對(duì)變壓器超高頻局部放電信號(hào)的處理、采集以及存儲(chǔ)的研究具有十分主要的意義。 項(xiàng)目執(zhí)行： PCI－1714信號(hào)采集板卡，PCI－1680 CAN適配卡，ACP－4001工業(yè)加固控制計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)圖示： [align=center] 圖1 大型電力變壓器超高頻局部放電信號(hào)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ)系統(tǒng)組成示意圖[/align] 系統(tǒng)描述： 試驗(yàn)結(jié)果表明[2]，混頻技術(shù)在局部放電超高頻信號(hào)提取中的應(yīng)用是可行的。它使要采集的頻率在300MHz以上的信號(hào)降低到1MHz～20MHz，既可保留原始局部放電信號(hào)超高頻分量的峰值和相位特征，又大大降低了對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的要求。通過調(diào)節(jié)混頻的本振信號(hào)頻率即可完成對(duì)選通信號(hào)中心頻率的選擇，通過改變混頻后的低通濾波器的帶寬就可改變選通頻帶的帶寬，即混頻技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了帶寬可選、中心頻率可調(diào)的帶通濾波器?；祛l后低通濾波與直接高頻窄帶濾波對(duì)非選通頻帶的干擾具有同樣的抑制能力。從應(yīng)用角度講，放電信號(hào)的頻率降得越低，就可大大降低設(shè)備造價(jià)，然而，考慮到超高頻信號(hào)比較微弱，采集信號(hào)的帶寬太窄，頻率就降得越低，包含的有用信息量就越少，分析起來難度較大；反之，雖然增加了檢測(cè)信號(hào)的信息量，但卻很容易引入高頻電信干擾，因此，降頻的選取是與高速采集卡的處理范圍、信號(hào)帶寬和外界干擾相聯(lián)系的，從全面考慮宜將頻率降至20MHz左右。同時(shí)，混頻技術(shù)實(shí)際上是提取所需頻段信號(hào)的包絡(luò)，它保留了原放電信號(hào)超高頻分量的峰值與相位特征，但不能完全復(fù)原原信號(hào)，因此不宜采用多級(jí)混頻，采用一級(jí)混頻較為合適。 由此可知，變壓器局部放電超高頻檢測(cè)技術(shù)的具體方法為：變壓器中局部放電發(fā)射的電磁波經(jīng)超高頻傳感器（檢測(cè)頻帶為400～800MHz） 耦合接收后，將放電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過超高頻接收機(jī)的混頻、濾波、檢波和放大處理后，局部放電超高頻信號(hào)（中心頻率在400～800MHz 之間， 帶寬為10 、20 、40 、80MHz 可選） 可降頻為0～5MHz、0～10MHz、0～20MHz 或0～40MHz 的信號(hào)，最后將處理過的高頻窄帶信號(hào)送入工控機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡（至少具有30MS/s采樣率）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，本系統(tǒng)是將UHF放電信號(hào)通過混頻處理降頻至0～10MHz。 信號(hào)采集板卡本身的質(zhì)量及其抗混疊性能對(duì)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的可用度影響極大，因此，采集卡的質(zhì)量、分辨率以及動(dòng)態(tài)范圍是選擇的關(guān)鍵。Advantech公司的PCI－1714[3]具有每路30MS/s、12bit分辨率、32kWords的FIFO，六路DMA通道可選的特性，其SNR（Signal－Noise Ratio）為68dB，THD為－75dB，可以滿足對(duì)局部放電信號(hào)的采集；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用Advantech公司的ACP－4001工業(yè)加固控制計(jì)算機(jī)，與監(jiān)控中心的通信采用Advantech的PCI－1680 CAN適配卡。可靠的高速數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)離不開DMA的高速傳輸、板載FIFO的利用以及虛擬內(nèi)存的操作，在軟件編寫過程中，充分利用DMA的數(shù)據(jù)傳輸功能以及FIFO的特性，保證數(shù)據(jù)快速的存取且不會(huì)發(fā)生丟失。 總結(jié)： 本文詳細(xì)地介紹了對(duì)大型電力變壓器超高頻局部放電信號(hào)的處理、高速采集以及海量高速存儲(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)研究，通過ASPI指令，采用并行PCI總線的方法，能跳過Windows的文件管理系統(tǒng)，將高速采集得到的數(shù)據(jù)通過SCSI Ⅱ型適配卡直接存取到SCSI 硬盤的指定位置。對(duì)于高速數(shù)據(jù)記錄，選擇以地址順序遞增的方式記錄數(shù)據(jù)，可以最大限度地減少硬盤的搜索時(shí)間，發(fā)揮硬盤的最大效能。經(jīng)過實(shí)測(cè)，采用Adaptec SCSI 29160和IBM 公司IC35L018UWPR1520型號(hào)15000 rpm的高速SCSI Ⅱ硬盤，經(jīng)ASPI 函數(shù)直接控制硬盤記錄數(shù)據(jù)，記錄速度可達(dá)60M Words/s，但速度會(huì)因數(shù)據(jù)在硬盤上存放的位置而有一定的差異。