CN101458291A - 变压器局部放电线上检测的数据采集装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

变压器局部放电线上检测的数据采集装置和检测方法，通过变压器局部放电信号放大模块、高速数据采集模块和远程通讯模块，检测采集变压器局部放电信号，并传输至上位机处理。本发明设计制作了合适的程控滤波和放大电路，信号精确度高，完成了高速、大容量的多通道同步数据采集模块电路的设计和制作，可满足外部多路电路检测的需求，适应性好；本发明具有采样速率快、存储容量大等特点，整个采集系统可分多路，每一路的最高采样速率可达20MHz，最大存储深度可达512K字；数据采集装置完成局部放电信号数字化再上传处理，有效降低局部放电信号在传输过程中的失真和畸变，同时采用GPRS无线通信技术传输数据，降低了成本，方便施工和安装。

Description

变压器局部放电线上检测的数据采集装置及检测方法

技术领域

本发明属于微机继电保护领域，尤其涉及电压等级在35kV及其以上的电网变压器的检测装置及检测方法，具体为一种基于GPRS的变压器局部放电线上检测的数据采集装置及检测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，人类对电力的依赖程度越来越高，相应的对供电的可靠性也提出了更高的要求，变压器是电力系统的重要设备之一，若发生故障而导致停电不仅带来巨大的直接经济损失，其间接损失更是无法估计。据统计电力变压器所发生的事故中，大多是由于绝缘出现老化和损坏而造成的。例如，有研究者对若干台35kV及以上的变压器所发生的93次事故作过统计分析，其中因绝缘引起的事故占80％以上。所以从某种意义上来说变压器运行的可靠性主要取决于其绝缘的可靠性。变压器内部的绝缘主要为油纸绝缘，绝缘的故障常起源于变压器内部的局部放电，这种局部放电通常由两方面的原因造成，一方面是在变压器制造和安装过程中潜伏下的；另一方面是在运行过程中产生和发展起来的，如雷电冲击或操作冲击引发内部绝缘弱点产生局部放电，在运行电压下不断发展最终导致故障。

正因如此，为了及早发现变压器内部的绝缘隐患，电力运行部门已经把局部放电的测量作为变压器的预防性的试验项目，实践证明，这种定期停电，在离线情况下对电力变压器进行包括局部放电测试在内的综合诊断，会起到一定的消除隐患的作用，但也存在一些明显的不足之处，主要表现在以下几个方面：

(1)停运检修让电力部门付出巨大的人力、物力，不仅给电能用户带来不便，还存在“维修过剩”的问题；

(2)两次预防性试验之间的间隔时间较长，对于突发性的绝缘故障难以发现，存在“维修不足”的问题；

(3)试验条件和运行条件有差别，有些离线试验不能完全反映设备在运行条件下的绝缘状况；

(4)大修和停电试验时人为造成新的设备故障现象也是有发生。

事实上，国内外的科技工作者和有关部门对这种定期维修和预防性试验的不足之处也早有认识，纷纷致力于电力设备的在线检测和状态维修，通过各种检测手段来正确的诊断被试设备目前的状况，又根据其本身特点及变化趋势等来确定设备能否继续运行，因此在线检测能有效地减少维修和试验的盲目性。通过对局部放电过程中局部放电特征参量的分析和异常征兆的提前发现，能够较准确地评定绝缘的老化程度，从而有的放矢地在变压器出现故障前兆时进行维护或更换，不仅有效的提高了供电的可靠性，还降低了电力系统的运行费用，因此对变压器的局部放电实施在线检测是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有电力变压器局部放电检测需要一种方便的在线检测装置，能够对变压器的局部放电情况及时进行检测诊断。

本发明的技术方案是：变压器局部放电线上检测的数据采集装置，包括变压器局部放电信号放大模块和高速数据采集模块，变压器局部放电信号放大模块的输出连接高速数据采集模块的输入；变压器局部放电信号放大模块由电流传感器、第一级放大器、第二级放大器、滤波器、第三级放大器依次连接组成；高速数据采集模块包括至少一路采样电路、采样速率控制电路、采样长度控制电路，其中采样电路包括A/D转换器、DSP芯片、数据存储器RAM和地址发生器，A/D转换器的输出在地址发生器的控制下输入数据存储器，数据存储器RAM的输出连接DSP芯片，A/D转换器、DSP芯片、地址发生器与数据存储器的连接之间分别设有总线隔离器。

本发明发采样电路的A/D转换器与地址发生器间设有延时电路，保证地址发生器的地址信号只在数据存储器RAM写信号的高电平期间改变。变压器局部放电信号放大模块的第一级放大器为固定增益放大器，放大倍数固定为10倍；第二级放大器为程控放大器，放大倍数为10倍，由程控是否将该放大器接入电路中；第三级为多檔可调的程控放大器；滤波器为程控滤波器，程控带宽范围为：10k-500kHz、10k-1MHz、10k-2.5MHz，分别由5阶贝塞尔低通滤波器和3阶贝塞尔高通滤波器组成；高速数据采集模块的数据存储器的容量为512K×16，由两片容量为512K×8的普通RAM构成。

本发明还设有远程通讯模块，远程通讯模块为GPRS模块，与高速数据采集模块的DSP芯片连接。

变压器局部放电线上检测的检测方法，包括以下步骤：

A.变压器局部放电信号放大：用高频电流传感器检测压器接地引线中的放电脉冲，通过放大滤波电路完成信号的放大以及抑制高频干扰和抗频域混迭，其中滤波电路滤掉信号中三次以上的谐波分量，放大滤波后的信号用于高速数据采集；

B.高速数据采集：A/D转换器采集变压器局部放电信号，将A/D转换器输出数据依次存入到由地址发生器指定的数据存储器的数据缓存区，通过采样速率控制电路、采样长度控制电路控制采样速率和采集数据的长度，当采集的数据容量达到数据存储器预定的值时，数据采集停止，再由DSP芯片读取数据存储器的数据，其中，在A/D转换器、DSP芯片、地址发生器与数据存储器的连接之间分别设有总线隔离器，地址发生器的地址信号时序、A/D转换器输出时序与数据存储器的写信号时序一致；每次数据采集工作仅在工频信号过零上升时刻开始，以此得到局部放电的相位信息，在后续的数据处理中，由于已知采样速率，根据采样点数即可得到局部放电所对应的工频相位；

C.通过GPRS模块将高速数据采集得到的局部放电数据进行远程传输。

本发明在对变压器内部典型放电模型试验研究的基础上，对几种不同类型以及不同带宽的带通滤波器的特性进行研究，尤其是对脉冲型信号的响应特性进行了对比，设计制作了合适的程控滤波和放大电路，并通过实际测试验证其满足变压器局部放电线上检测模拟信号预处理环节的要求，信号精确度高，程控滤波器可以滤掉信号中三次以上的谐波分量，多级程控放大器的组合保证抵消信号在传输过程中的衰减，得到理想的波形。本发明完成了高速、大容量的多信道同步数据采集模块电路的设计和制作，可满足外部多路电路检测的需求，可同时对多路信号输入同时进行采集，也可分时对一路信号进行采集，根据具体使用需求应用，适应性好；本发明根据局部放电检测的要求和特点确定数据采集模块的高速数据采集方案以及上下位机之间的通信方式，并选择了合适的芯片，完成了整个电路的原理图的设计，编写了相应的软件，对电路板进行了实际的调试，通过对实际信号的采集验证了高速采集系统设计的正确性。本发明装置采用32位单片机进行数据处理，并外扩了大容量内存进行数据存储，具有采样速率快、存储容量大等特点，采用“快采慢读”方式来实现高速数据采集，整个采集系统可分多路，每一路的最高采样速率可达20MHz，最大存储深度可达512K字。由下位机在现场完成局部放电信号数字化，有效的降低局部放电信号在传输过程中的失真和畸变，提高了系统的抗干扰能力，同时采用先进的GPRS无线通信技术，大大的降低了费用，方便施工和安装。

附图说明

图1为本发明变压器局部放电信号放大模块的结构框图。

图2为本发明电流传感器的原理图。

图3为本发明第一级和第二级放大电路原理图。

图4为本发明第三级放大电路原理图。

图5为带通滤波器原理图。

图6为本发明程控滤波器原理图。

图7为本发明高速采集数据模块框图。

图8为本发明快采电路原理框图。

图9为本发明快采电路写数据时序图。

图10为本发明采样速率控制电路。

图11为本发明采样长度控制电路原理图。

图12为本发明采样触发控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

从电流传感器输出的局部放电信号往往十分微弱，必须对其进行预处理后才能送入高速数据采集模块进行模数转换。本发明中的变压器局部放电信号放大模块主要完成两方面的工作，一方面完成信号的放大，使信号的幅值满足A/D的要求；另一方面对信号的频带加以限制，其目的是抑制高频干扰和抗频域混迭。实际应用中，变压器局部放电信号放大模块共有四路信号预处理电路，在图1中仅给出了其中一路的结构框图：

在图1中放大电路共由三级组成，其中第一级的放大倍数固定为10倍，第二级的放大倍数也为10倍，但可以由程控是否将该电路接入电路中，第三级为具有多檔可调的程控放大器。另外为了适应现场干扰的不同，以得到最佳的信噪比，本发明所设计的滤波器的带宽也可以进行程控选择，带宽分别为：10k-500kHz、10k-1MHz、10k-2.5MHz，可以滤掉信号中三次以上谐波分量。

变压器中发生局部放电时，在其接地引线中会有放电脉冲电流流过，利用高频电流传感器检测此放电脉冲，具有接线简单，检测回路与高压回路隔离的优点，因此安全可靠。本发明的频电流传感由罗哥夫斯基线圈构成，分别安装在变压器的三相套管末屏接地线和中性点接地在线。罗高夫斯基线圈根据其连接不同的积分环节实现其检测频率和带宽调节，分为宽带和窄带检测。图2所示的宽带检测由外接一个积分电阻R构成自积分电路实现。宽带检测包含的局部放电信息量比较多，有很好的应用前景。

为了实现放大倍数的可程控，程控电路的设计中采用了多路模拟开关CD4051，其中COM端为公共信号输入/输出端，其它8个引脚分别作为每一路信号的输入/输出端，通过微处理器的控制可以很方便的选择那一路和COM端相连通，即8檔可调，从而实现程控放大。其中第一级和第二级程控放大电路的接线原理图如图3所示。

由于第一级放大电路接成正相放大电路的形式，因此输入电阻特别高，可以有效的降低放大电路对传感器的影响。在图3中，当DSP芯片的I/O口同时置两片CD4051的S0脚为低电平时，COM端和N01端连通，则第二级放大电路接入到电路中，前两级放大电路可将局部放电信号放大100倍左右；当S0脚为高电平时，第二级放大电路被短路，此时只有第一级放大电路起放大作用，此时前两级放大电路的放大倍数为10倍左右。

第三级放大电路接成典型的反相放大电器，如图4所示，增益的控制由模拟开关CD4051切换回馈电阻实现，共有8檔可调。实际调试中发现在输入信号的频率较高时，放大电路的实际放大倍数和理论放大倍数之间有较大偏差，这主要是由于运放的增益带宽积是有限造成的。在图4中，通过DSP芯片的I/O口可以改变模拟开关CD4051的S0、S1、S2引脚的电平，以选择N01～N08中的某一路和COM端连通，从而达到改变回馈电阻的目的，由于有8路回馈电阻，所以放大倍数共有8文件。

局部放电线上检测装置中，滤波器是一个必不可少的环节，该滤波器要求既可以滤除低频信号，又能滤除部分高频干扰，同时还能起到抗频谱混的目的，因此该滤波器是带通型的，但滤波器的带宽的选择还需从多个方面综合考虑。当上截止频率与下截止频率之比等于或超过2时，则可以认为该带通滤波器是宽带型的，于是滤波器的指标可以划分为单独的低通和高通技术条件，然后通过级联有源高通和低通滤波器可以达到满足带通滤波器的条件。根据上述宽带滤波器定义，本发明中的滤波器都属于宽带型的，因此在电路结构上采用了高通滤波器和低通滤波器级联的方式来组成带通滤波器，采用这种方法设计的滤波器具有通带内幅频特性曲线较平坦的优点。由于采集装置的最高截止频率确定为2.5MHz，为了尽可能的减少采集装置的频谱混迭，则要求要求输入信号的频率到达10MHz时要基本衰减完毕，通过查阅滤波器的设计手册可知5阶贝塞尔滤波器在10MHz时衰减到达了40dB，因此低通滤波器的阶数采用了5阶，这样不仅保证信号在10MHz左右衰减完毕，还使得电路的结构比较简单，便于调试，高通滤波器则采用了3阶电路构成，电路原理图如图5所示。该电路的低通和高通滤波器全部由全极点型单位增益滤波器节构成，其特点是运放总是接成电压跟随器形式，死循环增益为1，具有非常高的输入阻抗和接近零的输出阻抗。电路中的运放采用了AD844，主要还是从带宽和局部放电本身的特性这两点来考虑的。

为了适应现场不同的需要，滤波器的带宽应该是可调的，实现带宽的调节一般有两种思路，一种是采用多路模拟开关或数字电位器来调节电路中的电阻、电容值，以改变滤波器的上下截止频率和中心频率，但由于实际电路中的电阻和电容个数较多，采用这种方法来控制必然导致电路结构的复杂，并且如果电阻或电容的值设定不精确，还会导致滤波器性能的下降。鉴于以上方法的不足之处，本发明采用如下思路来实现程控滤波：分别设计几组不同带宽的贝塞尔型带通滤波器，利用模拟滤波器CD4051来选择其中的一组滤波器导通以达到改变滤波器带宽的目的，相应的原理框图如图6所示。采用这种设计的优点在于是电路结构简单，控制方便，并且保证了该滤波器是贝塞尔滤波器。

局部放电信号经过放大和滤波后送入高速数据采集模块，本发明高速数据采集模块包括采样电路、采样速率控制电路、采样长度控制电路，主要完成局部放电信号的数字化和存储，并将采集信息经网络上传给上位机，借助于上位机强大的软件分析功能以实现对下位机采集的信号进行滤波、模式识别、故障诊断等功能，可见高速数据采集模块在整个在线检测系统中起着举足轻重的作用。

高速采集电路是高速数据采集模块中的最重要的组成部分，本发明在分析了高速数据采集的要求和特点后采用了“快采慢读”和“总线隔离”的方式，实现最高采样速度为20MHz的高速数据采集，该高速采集电路主要由A/D转换器、高速RAM、DSP芯片、地址发生器以及总线隔离器等组成，电路硬件设计进行如下说明。

DSP芯片的最高采样速率是不够的，由于DSP芯片自带A/D的最小转换时间为500ns，因此其最高采样速率仅为2MHz，故需要外接A/D转换器芯片，但直接利用DSP芯片来控制外接A/D转换器的方法仍然难以实现这么高的采样速率，因为在20MHz采样速率下，相邻两次采样之间的时间间隔仅为50ns，如果采用DSP芯片直接控制A/D转换器的方法来采集数据，则在A/D转换器每转换完毕输出数据后，DSP芯片需要执行一系列的指令将数据从A/D转换器读出，并存放到相应的数据存储模块，而一般DSP芯片的指令周期达不到要求，如DSP芯片TMS320LF2407A即使工作在最高速度(40MIPS)下，其单周期指令为25ns，这样DSP芯片每采集一次数据的时间将会超过50ns，也就是采样速率达不到20MHz。

本发明采用“快采慢读”的方式来实现数据的高速采集，即在数据采集的过程中DSP芯片不直接干预数据的采集，当DSP芯片启动系统开始采集数据之后，在外部硬件电路的控制下直接将A/D输出数据依次存入到由地址发生器指定的数据缓存区，当采集的数据容量达到预定的值时，数据采集停止，DSP芯片将数据缓存器中的数据读出作相应处理或直接传送给上位机。在数据存储器的选择上，常用的高速缓存有高速普通RAM、双口RAM和FIFO。双口RAM和FIFO可以实现很高的采样速率，并且控制相对于普通RAM简单，但存储容量一般较小，且价格远高于同容量的高速普通RAM，如一片存储容量为64K×16的高速FIFO的价格在1000元左右，而同容量的高速普通RAM的价格只有十几元，因此双口RAM和FIFO多应用于小存储深度，数据需要实时处理的场合，而局部放电线上检测装置并不要求数据的实时处理，综合以上的分析和从性价比的角度考虑，本系统采用了普通的高速RAM来实现数据的高速采集。但普通RAM只有一套数据、地址和读写控制总线，如果直接将地址发生器的地址总线，A/D转换器的数据线以及DSP芯片的地址、数据和读写控制总线接到数据存储器RAM上必然会引起总线冲突，以往都是采用先入先出的方法来控制信号的传输，这也是以往在这种较为复杂的存储电路中多使用FIFO的原因，但此种方法需要占用DSP芯片的寄存器至少两个地址单元，并且信号传输时会占用DSP寄存器的大量资源，为了解决总线冲突问题，本发明采用了“总线隔离”技术，在A/D转换器、DSP芯片、地址发生器与数据存储器的连接之间分别设有总线隔离器，此方法只占用DSP寄存器一个地址单元，对寄存器的资源消耗十分底，同时又保证了信号的正确传输。下面具体说明。

本发明数据采集系统设有四路数据采集，其中一路的原理框图如附图7所示，数据存储器的容量为512K×16字，由两片存储容量位元512K×8的RAM内存IS61LV5128构成，总线隔离器的工作电压为3.3V，但可以承受输入电压5V的信号，DSP芯片的I/O口可以控制总线隔离器工作在高阻和导通两种状态，因此总线隔离器一方面可以起到总线隔离的目的，另一方面可以起到电平变换的目的，防止位址发生器输出的5V高电平可能对内存造成损坏。

采集电路的硬件设计如图8所示。由于数据采集的过程中DSP芯片没有直接参与，因此将A/D转换器输出的数据写入到数据存储器只能由硬件控制完成，也即由外部硬件电路提供相应的地址信号和写信号，将A/D转换器输出的数据可靠的存入到数据存储器指定的存储模块。为此本发明设置了一套地址发生器，在外部时钟的控制下，可以产生连续的地址。

图8中电路主要由模数转换器AD9225、数据存储器、地址发生器和时钟电路构成。AD9225的最高转换速率可达25MHz，转换精度为12位，还具有溢出标志位OTR，共13位经总线隔离后连接到了两片数据存储器IS61LV5128的数据总线上，A/D的数据转换完全由时钟信号控制，每一个时钟周期内A/D输出一次数据。数据存储器的容量为512K×16，由两片容量为512K×8的RAM IS61LV5128构成，它们的读写时间为10ns，满足20MHz的采样要求。

地址发生器由5片二进制计数器74F161同步级联而成，可以产生19位地址信号，在每次采样之前，DSP芯片给计数器一个低电平脉冲，将计数器的输出清零，以使地址发生器的地址指向数据存储器的第一个数据缓存区。采样期间，每来一个时钟脉冲，在时钟信号的上升沿，计数器的数值加1，在相应时序的控制下将A/D转换器转换后的数据存依次存入RAM连续的数据缓存区之中，当达到预定的数据采集长度时，计数器的时钟脉冲被闭锁，地址发生器的地址也不再增加，采集停止。需要汪意的是位址友生器应采用同步级联方式，这样每个地址引脚的输出信号相对于CP端时钟信号的时延不仅一致还达到了最小。

在图8中，A/D转换器能将转换后的数据正确地写入数据存储器的关键是地址发生器的地址信号、A/D转换器输出的数字信号应该和数据存储器的写时序一致，下面以采集模块工作在20MHz的采样速率下为例来分析该电路的写时序。由于采集的过程中只有写过程，而无读过程，因此数据存储器的读信号脚OE在采集期间一直被置为高电平。下面重点分析地址发生器的地址信号、A/D转换器输出的数字信号和时钟信号的时序关系。

由AD9225的转换时序图和使用说明可知在每个时钟周期的低电平期间，AD9225处于采样状态，高电平期间AD9225则处于保持状态，并在时钟信号的上升沿开始模数转换。由于AD9225以流水线方式工作，本次采集的数据需经三个时钟周期后才出现在A/D转换器的数据总线上，但在连续采集方式中，分析时序时，可以不考虑流水线延时问题，而只认为在每次时钟信号的上升沿后13ns，本次采集的数据转换后出现在A/D转换器的数据在线。

数据存储器的写信号也是由时钟信号提供，在时钟信号的低电平期间，写信号WR脚为低电平，在时钟信号变为低电平5ns后，数据存储器数据总线上的数据开始有效，A/D转换器转换后的数据被写入由地址发生器指定的数据缓存区；在时钟信号的高电平期间，写信号脚WR为高电平，由于读信号脚OE也为高电平，由数据存储器的真值表知此时数据存储器的I/O口处于高阻态。这样在每个时钟周期的低电平期间，A/D转换器输出的数据被顺序的保存到数据存储器中。

地址发生器中的计数器全部为F系列，其输入时钟信号和输出地址信号的典型时延为7.5ns，也即在输入时钟信号CP的上升沿后7.5ns有效地址A0～A18才开始改变。由于数据存储器相对时钟信号有5ns的延迟，为了保证地址信号可靠地只在数据存储器的写信号的高电平期间改变，在电路中加入了延时电路，将输入到地址发生器CP端的时钟信号延迟了10ns，这样地址信号A0～A18相对于时钟信号延迟了17ns左右。

要满足相邻两次采样之间的时间间隔不超过50ns的要求，也就是时钟信号的高低电平最多为25ns，根据以上设置，可以保证地址发生器的地址信号时序、A/D转换器输出时序与数据存储器的写信号时序一致，地址发生器的地址信号只在数据存储器写信号的高电平期间改变，如图9；可以看出在时钟信号的高电平期间，也即数据存储器写信号的高电平期间，地址信号和A/D转换器的数据信号都已经准备就绪，根据数据存储器的真值表可知此时由于数据存储读、写信号都为高电平，数据存储器的数据总线处于高阻态；在时钟信号变为低电平5ns后，数据存储器数据总线上的数据开始有效，由于低电平的持续时间可以有25ns，而RAM IS61LV5128的读写时间只有10ns，可以保证在时钟信号变高之前将数据可靠的写入数据存储器。在下一个时钟周期的高电平期间，地址信号和A/D转换器的数据信号改变，在下一个低电平期间将新的数据存入新的地址信号指定的下一个数据存储器的数据缓存区之中。

采样速率控制电路如图10所示，该电路的作用是控制系统的采样速率，整个电路主要由分频器74F161和数据选择器74F251构成，输出符合所需采样速率的的时钟信号。

采样长度控制电路如图11所示，该电路的作用是设定将要采集的数据的长度，电路主要由数据比较器和D触发器74F74构成。由两片数据大小比较器74LS85级联构成5位数据大小比较器，分别连接DSP芯片和地址发生器，当两者信号不相符时，数据比较器的第6脚输出为低电平，相符时则输出高电平。在数据采集之前先由DSP芯片的I/O口设定数据的采集长度，并将D触发器的Q端置为高电平，数据采集中，当地址发生器连接到数据比较器上的各高低电平值和DSP芯片所设定的值相等时，也即采集数据量达到了预置的数据采集长度时，数据比较器74LS85的第6脚将由低电平变为高电平，而D触发器的时钟端连接在74LS85的第6脚上，所以相应的D触发器的Q端输出低电平，将时钟信号、采样触发控制信号与D触发器的Q端由三输入与门74F11相与，则Q端低电平时闭锁与门，无时钟信号输入到A/D转换器和地址发生器，相应地数据采集停止。另外74LS85的第6脚还和DSP芯片的外部中断引脚XINT1相连，所以数据比较器的第6脚由低电平跳变到高电平时还将引起DSP芯片的中断，DSP芯片即可执行相应的中断服务子程序。

为了得到局部放电的相位信息，常用的思路是专门利用一路采集电路来采集工频信号，显然这将增加电路板的成本。本发明中采用了下面的思路来的到局部放电的相位信息，也即每次数据采集工作仅在工频信号过零上升时刻开始，整个控制电路主要由D触发器74F74和整形电路来完成，相应的电路原理图如图12所示：工频正弦信号经过零比较器、二极管和稳压管后被整形为只有正极性的幅值为5V左右的方波信号，并将其作为D触发器74F74的时钟信号，很明显该方波的信号的上升沿总是和工频信号的过零上升时刻相对应，D触发器的D端则直接由DSP芯片的I/O口来控制，时钟信号、采样触发控制信号与D触发器的Q端由三输入与门74F11相与，由于D触发器的Q输出端总是在时钟信号的上升沿跳变，且Q端的电平总是和D端的电平相同，因此每次准备采集数据时，DSP芯片的I/O口不管在什么时候置D端为高电平，触发器的Q端总是在方波信号的上升沿时刻才变为高电平，从而打开与门让时钟信号通过并开始数据采集，这样就保证了每次数据采集总是在工频信号的过零上升时刻开始。在后续的数据处理中，由于已知采样速率，则根据采样点数可以很方便的得到局部放电所对应的工频相位。

变压器局部放电线上检测数据采集装置要实现实时在线检测的功能，就需要实时采集现场信号，进行相关的数据传输及处理，将采集的数据按照一定的数据传输方式传输到上位机/检测主站，然后由上位机系统完成数据的分析处理。因此，数据通讯部分在整个系统中占有重要的地位，关系到数据能否准确无误地传输。

随着无线通信技术的快速发展，移动公司目前建成的基于2.5代移动通信GPRS网络能够提供端到端的无线分组交换数据业务，性能完全能满足配电自动化通信的要求，是一种方便、可行、廉价的通信手段，可以采用。最重要的是GSM和GPRS网络为现有成熟的网络系统，将其应用到本发明，可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度地节省了投资。

本发明采用中兴的GPRS模块ME3000，通过它的UART口直接与DSP芯片单片机的UART口相连接，实现数据的直接交换。数据在GPRS模块经过编码、调制后，数据通过GPRS网络以数据包的形式将数据传输到客户端的服务器上，用户通过访问服务器所分配的IP地址和端口号来获取远程的信息。

Claims (6)

1、变压器局部放电线上检测的数据采集装置，其特征是包括变压器局部放电信号放大模块和高速数据采集模块，变压器局部放电信号放大模块的输出连接高速数据采集模块的输入；变压器局部放电信号放大模块由电流传感器、第一级放大器、第二级放大器、滤波器、第三级放大器依次连接组成；高速数据采集模块包括至少一路采样电路、采样速率控制电路、采样长度控制电路，其中采样电路包括A/D转换器、DSP芯片、数据存储器和地址发生器，A/D转换器的输出在地址发生器的控制下输入数据存储器，数据存储器的输出连接DSP芯片，A/D转换器、DSP芯片、地址发生器与数据存储器的连接之间分别设有总线隔离器。

2、根据权利要求1所述的变压器局部放电线上检测的数据采集装置，其特征是采样电路的A/D转换器与地址发生器间设有延时电路，使地址发生器的地址信号只在数据存储器写信号的高电平期间改变。

3、根据权利要求1或2所述的变压器局部放电线上检测的数据采集装置，其特征是变压器局部放电信号放大模块的第一级放大器为固定增益放大器，放大倍数固定为10倍；第二级放大器为程控放大器，放大倍数为10倍，由程控是否将该放大器接入电路中；第三级为多檔可调的程控放大器；滤波器为程控滤波器，程控带宽范围为：10k-500kHz、10k-1MHz、10k-2.5MHz，分别由3组5阶贝塞尔低通滤波器和3阶贝塞尔高通滤波器组成；高速数据采集模块的数据存储器的容量为512K×16，由两片容量为512K×8的普通RAM构成。

4、根据权利要求1或2所述的变压器局部放电线上检测的数据采集装置，其特征是还设有远程通讯模块，远程通讯模块为GPRS模块，与高速数据采集模块的DSP芯片连接。

5、根据权利要求3所述的变压器局部放电线上检测的数据采集装置，其特征是还设有远程通讯模块，远程通讯模块为GPRS模块，与高速数据采集模块的DSP芯片连接。

6、变压器局部放电线上检测的检测方法，其特征是包括以下步骤：

A.变压器局部放电信号放大：用高频电流传感器检测压器接地引线中的放电脉冲，通过放大滤波电路完成信号的放大以及抑制高频干扰和抗频域混迭，其中滤波电路滤掉信号中三次以上的谐波分量，放大滤波后的信号用于高速数据采集；

B.高速数据采集：A/D转换器采集变压器局部放电信号，将A/D转换器输出数据依次存入到由地址发生器指定的数据存储器的数据缓存区，通过采样速率控制电路、采样长度控制电路控制采样速率和采集数据的长度，当采集的数据容量达到数据存储器预定的值时，数据采集停止，再由DSP芯片读取数据存储器的数据，其中，在A/D转换器、DSP芯片、地址发生器与数据存储器的连接之间分别设有总线隔离器，地址发生器的地址信号时序、A/D转换器输出时序与数据存储器的写信号时序一致；每次数据采集工作仅在工频信号过零上升时刻开始，以此得到局部放电的相位信息，在后续的数据处理中，由于已知采样速率，根据采样点数即可得到局部放电所对应的工频相位；

C.通过GPRS模块将高速数据采集得到的局部放电数据进行远程传输。

Images