研华高速采集板卡PCI1714在电力行业大型电力变压器超高频局部放电信号的采集与存储技术的研究应用

ApplicationStory系统需求基于混频技术的变压器超高频局部放电信号的高速数据采集与存储一直是电力变压器实现状态最优检修工程中的一项关键技术。如何将实时信号无误的采集与存储，以便事后采用各种现代信号处理方法对其进行处理，得到精确的诊断结果，一直是电力设备检修人员长期关心的问题。因此，开展对变压器超高频局部放电信号的处理、采集以及存储的研究具有十分主要的意义。系统描述试验结果表明[2]，混频技术在局部放电超高频信号提取中的应用是可行的。它使要采集的频率在300MHz以上的信号降低到1MHz～20MHz，既可保留原始局部放电信号超高频分量的峰值和相位特征，又大大降低了对信号采集系统的要求。通过调节混频的本振信号频率即可完成对选通信号中心频率的选择，通过改变混频后的低通滤波器的带宽就可改变选通频带的带宽，即混频技术的应用相当于实现了带宽可选、中心频率可调的带通滤波器。混频后低通滤波与直接高频窄带滤波对非选通频带的干扰具有同样的抑制能力。从应用角度讲，放电信号的频率降得越低，就可大大降低设备造价，然而，考虑到超高频信号比较微弱，采集信号的带宽太窄，频率就降得越低，包含的有用信息量就越少，分析起来难度较大；反之，虽然增加了检测信号的信息量，但却很容易引案例名称:研华高速采集板卡PCI-1714在电力行业大型电力变压器超高频局部放电信号的采集与存储技术的研究应用行业分类：电力地点:项目介绍：大型电力变压器是电力传输系统的枢纽设备，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定，而局部放电又是造成其绝缘故障的重要原因，因此对变压器进行局部放电在线监测，为电厂实现状态检修与维护提供可靠、准确的决策依据和符合市场经济规律的现代管理和维修的科学模式具有重要意义。与传统的检测方法相比，变压器局部放电超高频(UHF)检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点，更适合局部放电在线监测[1]。它通过接收电力变压器局部放电产生的超高频电磁波，实现局部放电的检测和定位，现已被国内外的众多电力变压器监测研究机构所认可。超高频法是通过超高频信号传感器接收局部放电过程辐射的超高频电磁波，实现局部放电的检测。研究认为[2]，变压器每一次局部放电过程都伴随着正负电荷的中和，并伴随较大的电流脉冲，同时向周围辐射电磁波，其频谱特性与局部放电源的几何形状以及放电间隙的绝缘强度有关。变压器超高频局部放电信号的频率均在300MHz以上，甚至超过1GHz，如此超高频放电信号，常用的A/D采集卡在采样率和存储深度等方面是很难满足要求，而且局部放电测量通常只关心信号的峰值及其出现的相位，因此，必须对信号进行处理，使得能任意选通超高频段一定带宽的某一中心频率的信号，将信号调整到通用大动态范围高速采集卡能处理的频率范围，并保留其峰值和相位等特征，达到既能检测信号，避开干扰，又降低技术要求的目的。基于混频技术的超高频局部放电检测便能实现这一功能。ApplicationStory入高频电信干扰，因此，降频的选取是与高速采集卡的处理范围、信号带宽和外界干扰相联系的，从全面考虑宜将频率降至20MHz左右。同时，混频技术实际上是提取所需频段信号的包络，它保留了原放电信号超高频分量的峰值与相位特征，但不能完全复原原信号，因此不宜采用多级混频，采用一级混频较为合适。由此可知，变压器局部放电超高频检测技术的具体方法为：变压器中局部放电发射的电磁波经超高频传感器(检测频带为400～800MHz)耦合接收后，将放电信号转换为电压脉冲信号，然后经过超高频接收机的混频、滤波、检波和放大处理后，局部放电超高频信号(中心频率在400～800MHz之间，带宽为10、20、40、80MHz可选)可降频为0～5MHz、0～10MHz、0～20MHz或0～40MHz的信号，最后将处理过的高频窄带信号送入工控机内的数据采集卡(至少具有30MS/s采样率)进行数据处理和分析，本系统是将UHF放电信号通过混频处理降频至0～10MHz。信号采集板卡本身的质量及其抗混叠性能对采集现场信号的可用度影响极大，因此，采集卡的质量、分辨率以及动态范围是选择的关键。Advantech公司的PCI－1714[3]具有每路30MS/s、12bit分辨率、32kWords的FIFO，六路DMA通道可选的特性，其SNR（Signal－NoiseRatio）为68dB，THD为－75dB，可以满足对局部放电信号的采集；工业控制计算机采用Advantech公司的ACP－4001工业加固控制计算机，与监控中心的通信采用Advantech的PCI－1680CAN适配卡。可靠的高速数据采集的实现离不开DMA的高速传输、板载FIFO的利用以及虚拟内存的操作，在软件编写过程中，充分利用DMA的数据传输功能以及FIFO的特性，保证数据快速的存取且不会发生丢失。项目实施（产品型号及详细产品规格）PCI－1714信号采集板卡PCI－1680CAN适配卡ACP－4001工业加固控制计算机。系统架构图总结本文详细地介绍了对大型电力变压器超高频局部放电信号的处理、高速采集以及海量高速存储的应用技术研究，通过ASPI指令，采用并行PCI总线的方法，能跳过Windows的文件管理系统，将高速采集得到的数据通过SCSIⅡ型适配卡直接存取到SCSI硬盘的指定位置。对于高速数据记录，选择以地址顺序递增的方式记录数据，可以最大限度地减少硬盘的搜索时间，发挥硬盘的最ApplicationStory大效能。经过实测，采用AdaptecSCSI29160和IBM公司IC35L018UWPR1520型号15000rpm的高速SCSIⅡ硬盘，经ASPI函数直接控制硬盘记录数据，记录速度可达60MWords/s，但速度会因数据在硬盘上存放的位置而有一定的差异。