《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于DSP和在線FCE高壓容性設(shè)備絕緣性能在線監(jiān)測裝置
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第7期
劉志堅，趙浩益，梁 寧，何 蔚
昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院，云南 昆明650504
摘要： 目前變電站高壓容性設(shè)備的絕緣檢測大多采用定期、離線的實驗檢測方法，針對該方法存在的時效性差、精度不高的問題，提出一種基于DSP的高壓容性設(shè)備絕緣在線監(jiān)測裝置，同時結(jié)合模糊評價算法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時分析和在線評估。首先針對絕緣性能監(jiān)測原理和方法，討論了快速傅里葉變換FFT在諧波分析法中的應(yīng)用，通過增加漢寧窗的方法改進傳統(tǒng)FFT變換存在的局限性；然后建立基于層次分析法的絕緣性能多參量模糊評價模型；接著對裝置軟硬件部分實現(xiàn)作了設(shè)計，包括信號ADC采樣、FFT處理、SCI通信和HMI對話等單元；最后在高壓實驗室對裝置進行測試。結(jié)果表明，裝置在實時獲取設(shè)備運行參數(shù)同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)在線分析，給出設(shè)備的絕緣情況，具有一定的實際應(yīng)用價值。
中圖分類號： TM933文獻標(biāo)識碼： ADOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191046

中文引用格式： 劉志堅，趙浩益，梁寧，等. 基于DSP和在線FCE高壓容性設(shè)備絕緣性能在線監(jiān)測裝置[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(7)：88-93，98.
英文引用格式： Liu Zhijian，Zhao Haoyi，Liang Ning，et al. On-line monitoring device for insulation performance of high-voltage capacitive equipment based on DSP and on-line FCE[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(7)：88-93，98.
On-line monitoring device for insulation performance of high-voltage capacitive equipment based on DSP and on-line FCE
Liu Zhijian，Zhao Haoyi，Liang Ning，He Wei
Faculty of Electric Power Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650504，China
Abstract： At present, the insulation testing of high-voltage capacitive equipment in substation mostly adopts regular and off-line experimental testing methods. And this method has some problems such as poor timeliness and low precision. This paper presents an on-line monitoring device for insulation of high-voltage capacitive equipment based on DSP. Firstly, the application of Fast Fourier Transform(FFT) in harmonic analysis is discussed according to the principle and method of insulation performance monitoring，and the limitation of traditional FFT transform is improved by adding Hanning Window. Then the multi-parameter fuzzy evaluation model of insulation performance based on analytic hierarchy process is established. Then the hardware and software part of the device is designed，including signal ADC sampling, FFT processing, SCI communication and HMI dialogue and other units. Finally, the device is tested in the high-voltage laboratory, and the results show that the device can obtain the running parameters of the equipment in real time and analyze the data online at the same time.
Key words : capacitive device；insulation monitoring；DSP；FFT；FCE

0 引言

    變電站設(shè)備總量的40%～50%屬于容性設(shè)備，這些設(shè)備的絕緣缺陷和不正常運行都會引發(fā)電力系統(tǒng)絕緣事故，因此在高壓容性設(shè)備運行過程中實時、準(zhǔn)確地監(jiān)測其絕緣性能是十分重要和必要的。然而根據(jù)《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》定期進行預(yù)防性試驗仍是目前變電站監(jiān)測設(shè)備的主要方法[1]。這種定期的、離線的實驗檢測，根據(jù)試驗結(jié)果來判斷設(shè)備工作狀況的方法存在時效性差、精測不高的問題。由單一實驗參數(shù)判斷設(shè)備絕緣性能也具有不確定性，很難獲得設(shè)備的真實絕緣信息。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)設(shè)備絕緣監(jiān)測從傳統(tǒng)的定期離線檢測向?qū)崟r在線監(jiān)測的轉(zhuǎn)變成為電力系統(tǒng)安全運行一個重要方向，絕緣在線監(jiān)測技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等[2]，具有在線監(jiān)測、精度高、實時性好的特性，是目前重要的設(shè)備絕緣監(jiān)測方法。

    文獻[3]從理論方面提出表征容性設(shè)備絕緣性能特征參數(shù)之一介質(zhì)損耗；文獻[4]提出監(jiān)測介質(zhì)損耗是反映高壓容性設(shè)備絕緣性能的有效手段；文獻[5]提出一種測量介質(zhì)損耗因數(shù)的加窗免插值DFT算法；文獻[6]提出基于STM32單片機的CVT絕緣性能帶電測試分析裝置；文獻[7]提出一種基于定點型DSP處理器 TMS320F2812的在線監(jiān)測裝置，從軟硬件方面介紹其實現(xiàn)方法；文獻[8]采用分層監(jiān)測方案并基于DSPTMS320F2806監(jiān)測光伏電站的綜合直流漏電情況；文獻[9]基于GPS授時技術(shù)設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)同步采集器來測量高壓交流輸電線路電暈信號；文獻[10]基于DHT11等傳感器設(shè)計了環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)。目前大多文獻提出的絕緣在線監(jiān)測裝置側(cè)重設(shè)備絕緣參數(shù)的獲取，忽略了參數(shù)分析過程的硬件化。在設(shè)備絕緣評估方面，文獻[11]采用模糊層次分析法作為評價方法框架，解決了評價指標(biāo)權(quán)重的設(shè)置和隸屬度的確定問題，建立了GIS設(shè)備絕緣狀態(tài)的多類信息融合評價模型；文獻[12]和[13]提出基于模糊理論和證據(jù)理論的變壓器狀態(tài)評估方法；文獻[14]提出一種基于半梯形模型和模糊理論相結(jié)合的油浸式電力變壓器運行狀態(tài)的評估策略；文獻[15]提出了一種基于模糊層次分析法的變壓器狀態(tài)評估方法。

    實現(xiàn)硬件推理是智能設(shè)備和智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)之一，文獻[16]提出將傳統(tǒng)的軟件模糊推理過程實現(xiàn)硬件模塊化，得出了推理速度高于傳統(tǒng)軟件推理的結(jié)論；文獻[17]在DSP上實現(xiàn)和優(yōu)化模糊推理系統(tǒng)，實驗證明在硬件上推理結(jié)果和軟件推理一致。作為在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本部件之一[18-19]，本文在總結(jié)以往經(jīng)驗基礎(chǔ)上，基于DSP完成高壓容性設(shè)備絕緣性能在線監(jiān)測裝置設(shè)計，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時分析和硬件推理，基于層次分析法的多參量模糊綜合評價算法現(xiàn)場評估設(shè)備絕緣情況。




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作者信息:

劉志堅，趙浩益，梁  寧，何  蔚

(昆明理工大學(xué) 電力工程學(xué)院，云南 昆明650504)

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