CN104062571A - 一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法 - Google Patents

一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法，利用局放传感器采集电力变压器局放信号的全频段时域信号，然后经过衰减、放大处理，送入FPGA芯片进行检波运算，CPU控制显示器输出显示经上述处理后的全频段时域信号的时域波形；测试人员观察时域波形，根据实际观察需要选定窗口一、窗口二两个开窗相位区间，此时FPGA芯片分别对窗口一的开窗相位区间内的时域信号、窗口二的开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算，最后分别以独立窗口输出显示局放信号在窗口一和窗口二内的实时波形。本发明能使测试人员更加清楚地了解局部放电过程，熟悉局放信号的特征，以区分真正的局放信号和干扰信号。

Description

一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法
技术领域
本发明涉及一种电信号的开窗显示方法，特别涉及一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法。
背景技术
变压器局部放电试验是检测变压器绝缘内部存在的放电影响绝缘老化或劣化情况的重要手段，是保证变压器长期安全运行的重要措施。为此，对220kV及以上变压器在投产前、大修后应进行局放试验。该试验的目的是判定变压器的绝缘状况，能否投入使用或继续使用。局放信号的时域波形是判断电力变压器绝缘状况的重要依据，随着试验电压的提高，所产生的局放信号将在显示器上显示出来，除了局放信号外，还有很强的影响测量精度的干扰信号，如果测试人员仅通过0～360°相位内的整体局放信号时域波形进行观察很难区分真正的局放信号和干扰信号。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法，解决现有技术中无法对局放信号时域波形进行局部观察导致局放信号和干扰信号难以区分的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法，包括如下步骤：
步骤一：信号采集：利用局放传感器采集电力变压器局放信号的全频段时域信号；
步骤二：信号处理：采用衰减电路对峰峰值大于2V的信号进行适当的衰减，采用放大电路对峰峰值小于2V的信号进行适当的放大，然后再通过FPGA芯片对处理后的全频段时域信号进行首次检波运算；
步骤三：输出显示时域波形：CPU控制显示器输出显示经步骤二处理后的全频段时域信号的时域波形；
步骤四：确定开窗相位区间：测试人员根据实际观察需要选定窗口一、窗口二两个开窗相位区间：窗口一的最小起始相位为0°，最大终止相位为179°；窗口二的最小起始相位为180°，最大终止相位为359°；
步骤五：输出显示局放信号实时波形：FPGA芯片分别对窗口一的开窗相位区间内的时域信号、窗口二的开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算，然后分别以独立窗口输出显示局放信号在窗口一和窗口二内的实时波形。
所述局放传感器采用检测阻抗。
所述全频段时域信号为频率位于7kHz～1MHz的时域信号。
所述电力变压器发生局部放电信号时，全频段时域信号的采集频率为20MHz。
所述FPGA芯片对全频段时域信号的检波频率F0为20MHz。
所述FPGA芯片对开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算的检波频率其中，N为360°时基上的显示点数，m为开窗的角度大小，m＝|终止相位—起始相位|。
所述显示器为LCD显示器。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：对时域波形进行实时分析，确定开窗显示区域，通过设置两个窗口的起始相位和终止相位，在两个独立的窗口内分别显示相应区域内的局放信号实时波形，使测试人员更加清楚地了解局部放电过程，熟悉局放信号的特征，以区分真正的局放信号和干扰信号；局部放电发生时，采用高达20MHz的采集频率进行采样，能够快速、准确采集完整的放电信号，保证采集信号波形不失真；FPGA对全频域时域信号的检波频率为20MHz，对开窗时的检波频率是在20MHz的基础上进行二次抽样，实现更细化的检波，使开窗的波形展开显示，提高波形的分辨率。
附图说明
图1是电力变压器的局部放电信号测量的等效电路图。
图2是局放传感器与局放测量系统的连接框图。
图3是本发明提供的开窗显示方法操作流程图。
图4是本发明的开窗显示界面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示是电力变压器的局部放电信号测量的等效电路，中间变压器T1的输入端连接发电机，电力变压器T2为被试电力变压器，T2的低压、中压、高压电路结构分别用线圈进行等效替换，检测阻抗Z1连接在低压端的耦合电容器处，检测阻抗Z2与C相中压套管末屏连接，检测阻抗Z3与C相高压套管末屏连接，检测阻抗Z4与A相高压套管末屏连接，Z1用于检测低压端的局部放电信号，Z2、Z3分别用于检测C相中压套管、高压套管上的局部放电信号，Z4用于检测A相高压套管上的局部放电信号。检测阻抗Z1、Z2、Z3、Z4分别将检测到的局部放电信号传输至局放测量系统，局放测量系统可对四路信号同时进行检测分析。如图2所示是局放传感器与局放测量系统的连接关系图。其中，工业控制计算机采用盘仪6323工业控制计算机机箱结构，在主板PCI-104总线扩展接口上扩充高速采集卡和信号调理板，通过BNC插座引入外部四路模拟信号，进行处理运算，通讯采用网口和上位机互联。高速数据采集卡具有4路同步20M采集速度，2GB的存储深度，使用FPGA嵌入算法，实时采集、分析、处理采集数据。信号调理卡对四个通道的局放信号进行衰减放大，以提高信噪比，具有信号触发、选频滤波等功能。
软件分为设备嵌入式和上位机两部分：设备嵌入式部分主要是FPGA芯片处理代码的设计，包括采集控制、存储控制、信号处理、信号测量等。FPGA芯片使用Xilin的XC5V50T，设计除采集处理部分，还包括外部接口与上位机接口，FPGA芯片的编程使用Verilog设计，ISE进行综合和编译。上位机操作系统使用Windows XPE系统，设计部分包括设备驱动、DLL接口与应用程序，设备驱动使用Windows WDM开发模型，直接利用微软提供的DDK开发包，进行设备驱动开发。DLL和应用程序使用VC6C++MFC开发，其工作效率比C#高，适合实时应用场合。在设备驱动中实现控制命令的转换与硬件接口、DMA数据传输控制和中断管理，并提供设备软件的同步事件源，由于程序与数据的同步管理。DLL实现驱动与应用程序的接口，有利于系统的升级与调试。应用程序实现数据的展示与分析，为用户提供UI，主要的功能实现控制、参数设置与流程控制。应用程序采用多线程方式实现控制、显示与数据采集运算，通过驱动提供的事件来实现线程间的数据同步。由于放电信号动态范围很大，设备提供了120dB的动态测量范围，实现1～10000PC放电信号的测量，对大信号提供衰减，对小信号实现放大，以得到准确的测量值。
如图3所示是本发明提供的开窗显示方法操作流程图，包括如下步骤：
步骤一：信号采集：利用局放传感器采集电力变压器局放信号的全频段时域信号。全频段时域信号为频率位于7kHz～1MHz的时域信号，局放传感器优选检测阻抗。在电力变压器发生局部放电信号时，全频段时域信号的采集频率为20MHz。
步骤二：信号处理：采用衰减电路对峰峰值大于2V的信号进行适当的衰减，采用放大电路对峰峰值小于2V的信号进行适当的放大，以提高信噪比，得到准确的测量值，然后再通过FPGA芯片对处理后的全频段时域信号进行首次检波运算，对输入信号的峰值进行提取，确保始终提取最大峰值，此处，检波频率F0为20MHz。
步骤三：输出显示时域波形：CPU控制显示器输出显示经步骤二处理后的全频段时域信号的时域波形；显示器选用画质精细较高、功耗较低的LCD显示器。
步骤四：确定开窗相位区间：测试人员根据实际观察需要选定窗口一、窗口二两个开窗相位区间：窗口一的最小起始相位为0°，最大终止相位为179°；窗口二的最小起始相位为180°，最大终止相位为359°。对于同一开窗相位区间，若开窗起始相位在0～179°之间，那么终止相位也只能在0～179°，即开窗相位区间不能跨越180°相位线。若测试人员想要观察0°或180°附近的局放信号波形，可以先调整起始相位的角度，再重新进行开窗操作。
步骤五：输出显示局放信号实时波形：FPGA芯片分别对窗口一的开窗相位区间内的时域信号、窗口二的开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算，实现更细化的检波，使开窗的波形细化、展开显示，提高波形的分辨率，此处检波运算的检波频率其中，N为360°时基上的显示点数，m为开窗的角度大小，m＝|终止相位—起始相位|，最后分别以独立窗口输出显示局放信号在窗口一和窗口二内的实时波形。如图4所示，窗口I显示的是全频段时域信号的整体时域波形，窗口II显示的是窗口I中a处开窗区域的局放信号实时波形，窗口III显示的是窗口I中b处开窗区域的局放信号实时波形，通过独立显示的窗口II、窗口III可以清楚地观察到不同相位区间内局放信号的实时波形，同时能够看到放电量，使测试人员更加清楚地了解局部放电过程，熟悉局部放电信号的特征。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：信号采集：利用局放传感器采集电力变压器局放信号的全频段时域信号；
步骤二：信号处理：采用衰减电路对峰峰值大于2V的信号进行适当的衰减，采用放大电路对峰峰值小于2V的信号进行适当的放大，然后再通过FPGA芯片对处理后的全频段时域信号进行首次检波运算；
步骤三：输出显示时域波形：CPU控制显示器输出显示经步骤二处理后的全频段时域信号的时域波形；
步骤四：确定开窗相位区间：测试人员根据实际观察需要选定窗口一、窗口二两个开窗相位区间：窗口一的最小起始相位为0°，最大终止相位为179°；窗口二的最小起始相位为180°，最大终止相位为359°；
步骤五：输出显示局放信号实时波形：FPGA芯片分别对窗口一的开窗相位区间内的时域信号、窗口二的开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算，然后分别以独立窗口输出显示局放信号在窗口一和窗口二内的实时波形。
2.根据权利要求1所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述局放传感器采用检测阻抗。
3.根据权利要求1所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述全频段时域信号为频率位于7kHz～1MHz的时域信号。
4.根据权利要求3所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述电力变压器发生局部放电信号时，全频段时域信号的采集频率为20MHz。
5.根据权利要求1所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述FPGA芯片对全频段时域信号的检波频率F0为20MHz。
6.根据权利要求5所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述FPGA芯片对开窗相位区间内的时域信号进行再次检波运算的检波频率其中，N为360°时基上的显示点数，m为开窗的角度大小，m＝|终止相位—起始相位|。
7.根据权利要求1所述的电力变压器局部放电信号开窗显示方法，其特征在于，所述显示器为LCD显示器。
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