基于虚拟仪器的电力设备在线监测系统的研究

基于虚拟仪器的电力设备在线监测系统的研究

0 引言

近年来，随着我国电网规模的不断扩大和电力体制改革的不断深入，新拓展的电力厂站配置都体现了电压等级的提高，网络规模的扩大，自动化程度的加强等特点。为了实现电力供应的可靠性，满足人们越来越高的用电质量要求，需加强对电气设备的实时监测，以保证电气系统设备的运行质量，提高电厂的市场竞争能力[1]。

电力网络的不断扩展给设备的日常监测和维护带来了挑战，针对此问题我国提出了部分电力设备要逐步实现无人值守，以技术升级换取人力精简，这就需要一套行之有效的电力设备在线监测系统。

虚拟仪器是在传统计算机平台之上配备专用的硬件装置及自行开发的软件系统来实现一定功能的专用仪器。虚拟仪器凭借其针对性强、连接方便、扩展开放、配置灵活、开放实用、性价比高等特点，已广泛应用在电力设备的在线监测系统当中。

本文从电力设备的局部放电、过电压、外绝缘泄漏电流三方面着手，分别设计对应的基于虚拟仪器的在线监测系统，用于实现这三方面故障的实时在线监测，有效提高电气设备运行质量。 1 局部放电在线监测系统 1.1 局部放电在线监测综述[2]

未贯穿导体的绝缘体局部区域发生放电现象称为局部放电。在大型高压电力设备运行过程中，复杂的电、磁、热作用和设备损耗将导致其中的绝缘体出现薄弱部位产生局部放电，久而久之会导致绝缘击穿。对局部放电进行监测可有效评估绝缘质量，及时发现薄弱环节并作出对应处理措施。

结合现有同类检测系统，本文提出一种基于超声法和虚拟仪器的局部放电在线实时监测系统，实现相关故障的诊断。 1.2 局部放电信号采集方法

高压电气设备危险点的局部放电呈周期性，并同时产生光、声波等，本节采用非电测法中的超声波法，选用灵敏度高、响应性好、性价比高的vs150-ri型声发射传感器。该方法可以在屏蔽电磁干扰的情况下对处在超声频段的放电信号进行实时分析，定位检测。 1.3 系统硬件结构

本系统采用德国华伦公司生产的vs150-ri声发射传感器，美国pac公司生产的pci-dsp-4数据采集卡，并配置数据库监测系统平台。

1.4 系统软件结构

本系统的软件部分由labview，sql共同编制来实现。主要用于控制程控放大器、多路开关、电源，并对放电信号进行处理分析，最后在后处理中得出所需要的数据和图表。 1.5 系统功能实现

监测系统通过vs150-ri声发射传感器采集接收局部放电超声信号，信号经转换并传输至分析处理环节，结合hmi收到的用户配置和策略对放电情况给出对策并传达给设备执行，每次的监测情况可通过数据库存储以作参照分析只用。

本系统采用labview中的labsql实现数据库访问，通过在操作系统中的创建数据源名（dsn），将其作为枢纽完成labsql与数据库间的连接；利用labview中基于fft的频谱计算实现对局部放电信号的频谱分析，根据得到的频谱图中放电超声信号的幅值及主频判定其对电气设备运行的影响。 2 过电压在线监测系统 2.1 过电压在线监测综述

电力系统运行中，电气设备电压高于额定工作电压的现象称为过电压，根据产生的原因分为两类：内部（包括因操作、工频、谐振引起的）过电压；外部（包括大气、雷电引起的）过电压。 2.2 过电压类型及其信号采集

电力系统中常用的获取信号的方法包括以下3种：

1）电压互感器法采用电磁式电压互感器为核心设备，但因其工作频率、磁导率、分布电容等方面问题的影响，容易导致过电压信号失真，因此，一般情况下不采取此方法；2）电流传感器方法以电流传感器为核心设备，该方法适用幅值大、变化快的脉冲电流测量，但不可兼有工频和脉冲的环境中使用。将其与电压互感器联用

可以弥补频带不足，但不能用于雷电过电压测量；3）阻容分压器方法以专用分压器为核心设备，该方法简便易行、测量精度高，但实际操作中需考虑分压器、测量设备、测量人员的安全。 2.3 过电压信号测量原理

本文采用分压器进行过电压信号采集，其系统原理同如图1所示。

2.4 系统硬件结构

硬件部分按照功能分为几个模块，具体情况如表1所示。 2.5 系统软件结构

本系统的过电压采集存储程序软件采用labview平台编写，其目标功能中数据采集部分主要完成对数据采集卡的设置，采集软件根据设定参数进行数据采集。并送到数字滤波和数据压缩软件进行处理。

3 外绝缘泄露电流在线监测系统

变电站外绝缘的污秽网络是影响其安全运行的重要环节，通过变电站电力设备外绝缘泄漏电流的在线监测可及时发现故障并作出应对，从而保证变电站设备的安全稳定运行。 3.1 系统硬件结构

电力设备外绝缘表面泄漏电流是非常微弱（为μa级），须在普通电流传感器上设置放大电路，以提高被测信号的信噪比并降低外界干扰，从而实现传感器对微弱的信号的采集。

前置信号调理单元设置中，由于所需监测的设备多，因此采用多路选择开关以降低成本；因泄漏电流幅值大，所以采用可变增益的放大电路；因监测现场干扰信号多，所以采用低通滤波来防止外界干扰；因需电流传输以抗干扰，所以采用电压/电流转换电路；另外要实现整个信号调理单元的屏蔽，以防止电磁干扰。 本系统采用美国pac公司生产的pci-dsp-16数据采集卡，利用其配套软件可实现数据采集、控制、分析、处理等功能。 3.2 系统软件结构

本系统的软件部分由lab view，sql server 2000共同编制来实现。主要用于实现监测、查询、远程访问等功能，最后在后处理中得出所需要的数据和图表。

本系统采用lab view中的lab sql实现数据库访问，通过在操作系统中创建数据源 (obdc)，将其作为枢纽完成lab view与sql server的连接。 4 结论

本文从电力设备的局部放电、过电压、外绝缘泄露电流三个方面的故障监测入手，分别从信号采集、软硬件结构、功能实现详细阐述了各个故障在线监测系统，并分析了对应信号采集、传输，数据分析、处理，频谱图生成、显示，信息存储、查询等功能的实现途径。

另外，文中所述的在线监测系统均可以作为普通的数字存储示

波器使用，充分体现了微机应用与lab view在仪器开发方面的优势。 参考文献

[1]胡文平，项尹根.基于虚拟仪器技术的电力设备在线监测[j].高压电器，2003，39(4).

[2]陈学军，杨永明.基于超声和labview局部放电在线监测系统的研制[j].压电与声光，2011，33(3).