PXI－9820在發(fā)電機局部放電測試系統中的開(kāi)發(fā)應用

　　大型發(fā)電機往往由于定子繞組的故障（如絕緣磨損、接線(xiàn)開(kāi)焊、股線(xiàn)斷裂、高電場(chǎng)造成電暈等）而導致發(fā)電機運行中內部放電量增加，致使局部過(guò)熱而損壞繞組對地絕緣，縮短發(fā)電機的絕緣壽命。當發(fā)電機定子絕緣中出現局部放電時(shí)，放電脈沖信號將沿發(fā)電機三相高壓母線(xiàn)向外傳播，嚴重影響了電網(wǎng)的安全。

　　發(fā)電機的定子局部放電測試是目前大型發(fā)電機狀態(tài)監測的研究熱點(diǎn)，需要高速數據采集與分析。ADLink基于PXI總線(xiàn)的PXI－9820高速采集卡采集速度高達130MHz，可以滿(mǎn)足測試要求，并經(jīng)實(shí)驗驗證可行。本文主要介紹了發(fā)電機局部放電的測試原理、基于A(yíng)DLink的PXI－3800測試系統的設計技術(shù)，并給出了測試試驗結果。

　　系統組成

　　發(fā)電機定子絕緣局部放電的頻帶極寬，從20kHz到幾百MHz，為便于分析同時(shí)考慮測試系統的性?xún)r(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)際監測也十分困難）。PXI－9820采集卡單通道頻率為65MHz，雙通道復用后可以達到130MHz，剛好滿(mǎn)足采樣要求。PXI是一種專(zhuān)為工業(yè)數據采集與自動(dòng)化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣與軟件等多方

面的專(zhuān)業(yè)特性，比舊式的測量和自動(dòng)化構架性能高出10多倍?？紤]到本測試系統的先進(jìn)性、專(zhuān)業(yè)性和快速等要求，選用了PXI測試平臺。測試系統的組成見(jiàn)圖1。

　　
　　測試技術(shù)

　　測試方法

　　當發(fā)電機定子絕緣中出現局部放電時(shí)，放電脈沖信號將沿發(fā)電機三相高壓母線(xiàn)向外傳播。本系統采用脈沖電流法測量發(fā)電機的局部放電，通過(guò)安裝在發(fā)電機高壓出線(xiàn)端及與之有一定距離的母線(xiàn)排上的高壓電容耦合傳感器來(lái)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的下位機處理。由于測量系統的頻帶很寬，使得基于脈沖時(shí)延抗干擾方法可以得到應用。來(lái)自?xún)炔康姆烹娒}沖和來(lái)自外部的干擾脈沖，在到達采集卡時(shí)具有不同的時(shí)延及幅值，根據時(shí)延和幅值的差別，可以有效剔除外來(lái)的干擾。發(fā)電機的局部放電從靠近發(fā)電機一端的傳感器采集的脈沖信號測得。

　　監測技術(shù)

　　高速數據采集必須合理設定其信號采集方式以及數據傳輸方式。

　　1）采樣模式的確定
　　PXI-9820是高速、高分辨率、高容量的PXI數據采集卡，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。當采集一組模擬輸入時(shí)，模擬輸入的范圍由軟件設定為-5V~5V范圍，輸入阻抗選為50Ω。
　　2）板載內存
　　高數據采樣頻率必須配備板卡上的高容量緩存，PXI-9820的標準版本配有128 MB的內存，為擴大數據緩存空間，將其擴充到512 MB 的SODIMM SDRAM。
　　3）ADC觸發(fā)和數據傳輸技術(shù)
　　PXI-9820提供靈活的觸發(fā)方式，該應用中采用后觸發(fā)(Post Trigger)。當有觸發(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(kāi)始采集，把局部放電信號經(jīng)過(guò)耦合的時(shí)間去掉，提高了系統效率。采樣結束后采用Bus Mastering DMA的方式將采樣數據傳到系統內存。另外，PXI-9820的驅動(dòng)專(zhuān)為此類(lèi)應用提供了“Re-Start”功能，即采樣結束后立即重新按預定好的采樣頻率、采樣長(cháng)度重新開(kāi)始采樣，減少了系統死區，提高了采樣效率。

　　測試結果

　　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)典譜和現代譜估計分析。經(jīng)典譜估計時(shí)，一方面當數據長(cháng)度N給定時(shí)，由于窗函數的影響以及頻譜泄漏等方面的緣故，經(jīng)典譜估計在偏差、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信號，追求高分辨率和高分析可靠性是不太可能的。而現代譜估計主要是為了改善經(jīng)典譜估計的方差、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確性，基于功率譜密度估計的頻譜分析采用現代譜估計，且采用最大熵譜估計分析方法，分析的結果如圖2所示。其中，最大熵譜估計的預估模型采用AR模型，其階次經(jīng)過(guò)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果非常接近，說(shuō)明測試結果是可信的。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是目前為數不多能提供高品質(zhì)的基于PXI測試設備的企業(yè)之一，是亞洲唯一能提供PXI總線(xiàn)、采集速度達65MHz以上的高速數據采集模塊的廠(chǎng)家。其PXI－9820的高采樣率完全符合發(fā)電機局部放電測試系統對于采樣頻率和分辨率的需求，板上提供的大容量?jì)却嬉矟M(mǎn)足采樣時(shí)間的要求，與國外同類(lèi)設備相比，PXI－9820的性?xún)r(jià)比更高。另外，PXI-9820采用高速DMA將板上暫存的數據傳到系統內存，相較于其它板卡，它的傳輸速度更快，便于在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，滿(mǎn)足更高采樣頻率和數據傳輸速率的在線(xiàn)測試系統的要求。