項目簡介：
大型電力變壓器是電力傳輸系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運行的可靠性直接關(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，因此對變壓器進行局部放電在線監(jiān)測，為電廠實現(xiàn)狀態(tài)檢修與維護提供可靠、準確的決策依據(jù)和符合市場經(jīng)濟規(guī)律的現(xiàn)代管理和維修的科學模式具有重要意義。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，變壓器局部放電超高頻（UHF）檢測技術(shù)具有檢測頻率高、抗干擾性強和靈敏度高等優(yōu)點，更適合局部放電在線監(jiān)測[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，實現(xiàn)局部放電的檢測和定位，現(xiàn)已被國內(nèi)外的眾多電力變壓器監(jiān)測研究機構(gòu)所認可。
超高頻法是通過超高頻信號傳感器接收局部放電過程輻射的超高頻電磁波，實現(xiàn)局部放電的檢測。研究認為[2]，變壓器每一次局部放電過程都伴隨著正負電荷的中和，并伴隨較大的電流脈沖，同時向周圍輻射電磁波，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度有關(guān)。
變壓器超高頻局部放電信號的頻率均在300MHz以上，甚至超過1GHz，如此超高頻放電信號，常用的A/D采集卡在采樣率和存儲深度等方面是很難滿足要求，而且局部放電測量通常只關(guān)心信號的峰值及其出現(xiàn)的相位，因此，必須對信號進行處理，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，將信號調(diào)整到通用大動態(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，達到既能檢測信號，避開干擾，又降低技術(shù)要求的目的。基于混頻技術(shù)的超高頻局部放電檢測便能實現(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的高速數(shù)據(jù)采集與存儲一直是電力變壓器實現(xiàn)狀態(tài)最優(yōu)檢修工程中的一項關(guān)鍵技術(shù)。如何將實時信號無誤的采集與存儲，以便事后采用各種現(xiàn)代信號處理方法對其進行處理，得到精確的診斷結(jié)果，一直是電力設(shè)備檢修人員長期關(guān)心的問題。因此，開展對變壓器超高頻局部放電信號的處理、采集以及存儲的研究具有十分主要的意義。
項目執(zhí)行：
PCI－1714信號采集板卡，PCI－1680 CAN適配卡，ACP－4001工業(yè)加固控制計算機。
系統(tǒng)描述：
試驗結(jié)果表明[2]，混頻技術(shù)在局部放電超高頻信號提取中的應(yīng)用是可行的。它使要采集的頻率在300MHz以上的信號降低到 1MHz～20MHz，既可保留原始局部放電信號超高頻分量的峰值和相位特征，又大大降低了對信號采集系統(tǒng)的要求。通過調(diào)節(jié)混頻的本振信號頻率即可完成對選通信號中心頻率的選擇，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)用相當于實現(xiàn)了帶寬可選、中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。混頻后低通濾波與直接高頻窄帶濾波對非選通頻帶的干擾具有同樣的抑制能力。從應(yīng)用角度講，放電信號的頻率降得越低，就可大大降低設(shè)備造價，然而，考慮到超高頻信號比較微弱，采集信號的帶寬太窄，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，雖然增加了檢測信號的信息量，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，混頻技術(shù)實際上是提取所需頻段信號的包絡(luò)，它保留了原放電信號超高頻分量的峰值與相位特征，但不能完全復原原信號，因此不宜采用多級混頻，采用一級混頻較為合適。
由此可知，變壓器局部放電超高頻檢測技術(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（檢測頻帶為400～800MHz） 耦合接收后，將放電信號轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號，然后經(jīng)過超高頻接收機的混頻、濾波、檢波和放大處理后，局部放電超高頻信號（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，最后將處理過的高頻窄帶信號送入工控機內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡（至少具有30MS/s采樣率）進行數(shù)據(jù)處理和分析，本系統(tǒng)是將UHF放電信號通過混頻處理降頻至 0～10MHz。
信號采集板卡本身的質(zhì)量及其抗混疊性能對采集現(xiàn)場信號的可用度影響極大，因此，采集卡的質(zhì)量、分辨率以及動態(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，可以滿足對局部放電信號的采集；工業(yè)控制計算機采用Advantech 公司的ACP－4001工業(yè)加固控制計算機，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)快速的存取且不會發(fā)生丟失。
總結(jié)：
本文詳細地介紹了對大型電力變壓器超高頻局部放電信號的處理、高速采集以及海量高速存儲的應(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間，發(fā)揮硬盤的最大效能。經(jīng)過實測，采用Adaptec SCSI 29160和 IBM 公司IC35L018UWPR1520型號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 60M Words/s，但速度會因數(shù)據(jù)在硬盤上存放的位置而有一定的差異。