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电力变压器是电力系统实现电能变换的重要枢纽设备,对电网的安全稳定运行具有决定性的影响。作为变压器智能状态监测系统的核心组成部分,对于运行电力变压器的谐波检测与分析不仅成为设备状态检修提供重要技术依据,也为及时发现设备缺陷和异常怔兆提供重要参考。因此,基于高次谐波对电力变压器造成的危害和智能化变压器的在线检测和诊断的需求,开发一套针对电力变压器的准确、实时、低成本、能可靠有效的谐波检测和分析装置,能为变压器故障诊断提供及时、可靠依据,进而能有效地提高电力变压器运行的可靠性。
本文阐述了电力谐波的相关概念和产生原理,分析了电力谐波的特点和谐波对电力变压器的产生的危害。依据谐波检测理论,在对谐波检测实现技术进行全面分析的基础上,以《智能高压一次设备技术导则》中对变压器谐波检测参数的技术要求,以及变压器运行现场环境为依据,设计了一种高性能低成本的以FPGA为主控单元的电力数据采集、处理、存储,传输的硬件开发平台。其中,设计数字锁相环和采用二阶低通滤波器实现对谐波信号的同步跟踪和滤波,以消除非同步采样引起频谱泄漏和频谱混叠,使用精密电压电流传感器和多通道高速MAX125芯片设计谐波信号调理和同步采样电路。利用FPGA硬件资源以256点基-4FFT算法的高并行性的IP核来实现傅立叶谐波检测算法和数据加载存储控制。最后利用QuartusⅡ中SOPC Builder灵活定制了NiosⅡ软核作为系统CPU,并内嵌了实时内核μC/OS-Ⅱ构作为操作系统构成网络传输平台,负责完成对FFT算法处理单元协调控制、网络控制器DM9000A的任务调度及人机交互接口等功能,从而完成对电力变压器的运行电压、电流的谐波远程实时监测。
整个设计以Altera公司CycloneⅡ系列FPGA芯片为核心设计硬件平台,以Quartus Ⅱ和SOPCNiosⅡ IDE为软件开发平台,利用VerilogHDL语言实现整个系统的设计。整个系统分析结果通过TCP/IP协议传送至上位机监控系统,便于整个电力变压器状态监测系统统一调配。通过实际运行测试实验表明整个系统检测精度符合现行设计标准和实际需要,具有一定的理论意义和实用价值。