PXI－9820在發(fā)電機(jī)局部放電測試系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用

　　大型發(fā)電機(jī)往往由于定子繞組的故障（如絕緣磨損、接線開焊、股線斷裂、高電場造成電暈等）而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行中內(nèi)部放電量增加，致使局部過熱而損壞繞組對地絕緣，縮短發(fā)電機(jī)的絕緣壽命。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子絕緣中出現(xiàn)局部放電時(shí)，放電脈沖信號將沿發(fā)電機(jī)三相高壓母線向外傳播，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全。

　　發(fā)電機(jī)的定子局部放電測試是目前大型發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的研究熱點(diǎn)，需要高速數(shù)據(jù)采集與分析。ADLink基于PXI總線的PXI－9820高速采集卡采集速度高達(dá)130MHz，可以滿足測試要求，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行。本文主要介紹了發(fā)電機(jī)局部放電的測試原理、基于ADLink的PXI－3800測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，并給出了測試試驗(yàn)結(jié)果。

　　系統(tǒng)組成

　　發(fā)電機(jī)定子絕緣局部放電的頻帶極寬，從20kHz到幾百M(fèi)Hz，為便于分析同時(shí)考慮測試系統(tǒng)的性價(jià)比，初步將局部放電的最高頻率定義在50MHz（更高的局部放電對電網(wǎng)的影響較小，實(shí)際監(jiān)測也十分困難）。PXI－9820采集卡單通道頻率為65MHz，雙通道復(fù)用后可以達(dá)到130MHz，剛好滿足采樣要求。PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機(jī)械、電氣與軟件等多方

面的專業(yè)特性，比舊式的測量和自動化構(gòu)架性能高出10多倍?？紤]到本測試系統(tǒng)的先進(jìn)性、專業(yè)性和快速等要求，選用了PXI測試平臺。測試系統(tǒng)的組成見圖1。

　　
　　測試技術(shù)

　　測試方法

　　當(dāng)發(fā)電機(jī)定子絕緣中出現(xiàn)局部放電時(shí)，放電脈沖信號將沿發(fā)電機(jī)三相高壓母線向外傳播。本系統(tǒng)采用脈沖電流法測量發(fā)電機(jī)的局部放電，通過安裝在發(fā)電機(jī)高壓出線端及與之有一定距離的母線排上的高壓電容耦合傳感器來耦合局部放電信號。該信號必要時(shí)經(jīng)放大或衰減后由高速采集卡采集，再送給PXI的下位機(jī)處理。由于測量系統(tǒng)的頻帶很寬，使得基于脈沖時(shí)延抗干擾方法可以得到應(yīng)用。來自內(nèi)部的放電脈沖和來自外部的干擾脈沖，在到達(dá)采集卡時(shí)具有不同的時(shí)延及幅值，根據(jù)時(shí)延和幅值的差別，可以有效剔除外來的干擾。發(fā)電機(jī)的局部放電從靠近發(fā)電機(jī)一端的傳感器采集的脈沖信號測得。

　　監(jiān)測技術(shù)

　　高速數(shù)據(jù)采集必須合理設(shè)定其信號采集方式以及數(shù)據(jù)傳輸方式。

　　1）采樣模式的確定
　　PXI-9820是高速、高分辨率、高容量的PXI數(shù)據(jù)采集卡，配備兩組65 MS/s采樣頻率的模擬輸入端。本方案的采樣頻率為130MHz，需要將兩組模擬輸入同時(shí)使用。當(dāng)采集一組模擬輸入時(shí)，模擬輸入的范圍由軟件設(shè)定為-5V~5V范圍，輸入阻抗選為50Ω。
　　2）板載內(nèi)存
　　高數(shù)據(jù)采樣頻率必須配備板卡上的高容量緩存，PXI-9820的標(biāo)準(zhǔn)版本配有128 MB的內(nèi)存，為擴(kuò)大數(shù)據(jù)緩存空間，將其擴(kuò)充到512 MB 的SODIMM SDRAM。
　　3）ADC觸發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
　　PXI-9820提供靈活的觸發(fā)方式，該應(yīng)用中采用后觸發(fā)(Post Trigger)。當(dāng)有觸發(fā)事件(比如局部放電脈沖的上升沿)時(shí)，板卡延遲M個(gè)采樣周期后開始采集，把局部放電信號經(jīng)過耦合的時(shí)間去掉，提高了系統(tǒng)效率。采樣結(jié)束后采用Bus Mastering DMA的方式將采樣數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)內(nèi)存。另外，PXI-9820的驅(qū)動專為此類應(yīng)用提供了“Re-Start”功能，即采樣結(jié)束后立即重新按預(yù)定好的采樣頻率、采樣長度重新開始采樣，減少了系統(tǒng)死區(qū)，提高了采樣效率。

　　測試結(jié)果

　　由于局部放電脈沖信號的頻率極高，在時(shí)域時(shí)序圖上很難識別，唯一的方法是進(jìn)行功率譜密度分析。信號的頻譜分析方法有：經(jīng)典譜和現(xiàn)代譜估計(jì)分析。經(jīng)典譜估計(jì)時(shí)，一方面當(dāng)數(shù)據(jù)長度N給定時(shí)，由于窗函數(shù)的影響以及頻譜泄漏等方面的緣故，經(jīng)典譜估計(jì)在偏差、方差和譜分辨率之間相互制約，另外，對局部放電脈沖信號這樣的非平穩(wěn)信號，追求高分辨率和高分析可靠性是不太可能的。而現(xiàn)代譜估計(jì)主要是為了改善經(jīng)典譜估計(jì)的方差、偏差以及分辨率相互制約的特性而產(chǎn)生的，為保證測試信號分析的可靠性和準(zhǔn)確性，基于功率譜密度估計(jì)的頻譜分析采用現(xiàn)代譜估計(jì)，且采用最大熵譜估計(jì)分析方法，分析的結(jié)果如圖2所示。其中，最大熵譜估計(jì)的預(yù)估模型采用AR模型，其階次經(jīng)過測試與分析，確定為64。圖中可以清晰地分析出在330kHz、430kHz和675kHz附近存在明顯的譜峰值，與安捷倫頻譜分析測試儀測試的結(jié)果非常接近，說明測試結(jié)果是可信的。同時(shí)，也證明了PXI－9820測試信號完整可信，適合用于測試高頻局部放電脈沖信號。

　　ADLink是目前為數(shù)不多能提供高品質(zhì)的基于PXI測試設(shè)備的企業(yè)之一，是亞洲唯一能提供PXI總線、采集速度達(dá)65MHz以上的高速數(shù)據(jù)采集模塊的廠家。其PXI－9820的高采樣率完全符合發(fā)電機(jī)局部放電測試系統(tǒng)對于采樣頻率和分辨率的需求，板上提供的大容量內(nèi)存也滿足采樣時(shí)間的要求，與國外同類設(shè)備相比，PXI－9820的性價(jià)比更高。另外，PXI-9820采用高速DMA將板上暫存的數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)內(nèi)存，相較于其它板卡，它的傳輸速度更快，便于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，滿足更高采樣頻率和數(shù)據(jù)傳輸速率的在線測試系統(tǒng)的要求。