摘要：开关柜运行过程中可能出现局部放电现象，加大了电力系统运行安全风险，需要做好开关柜局部放电在线监测工作，及时处理线路问题。本文主要针对基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统中的电路设计进行分析，提出采用超声波检测开关柜的局部放电问题，提高电路设计科学性。本监测系统抗干扰性能良好，能保证检测数据完整性和准确性。
关键词：DSP；开关柜；局部放电；在线监测
前言
电网系统建设规模的不断扩大，需要加大对系统中电力设备运行状态的监测，是评价电网运行可靠与否的重要指标。开关柜是电力网络中的主要构成部分，局部放电是引起设备存在安全隐患的主要原因。因此有必要加大对开关柜运行中局部放电现象的实时监测，建立相应的监测系统，做好电路设计工作，以便为开关柜设备检查提供帮助。
一、局部放电监测系统软硬件开发
（一）系统结构与原理
本次设计的超声波在线监测系统，是一种固定式监测系统。系统处理器选择合理与否对最终检测结果有着直接影响。进行系统设计时，选择DSP作为处理器，其具有较好计算能力，满足电气设备实时监测需求。硬件系统主要包括超声传感器、滤波电路、放大电路、信息采集电路和存储电路等组成部分。监控系统可实现以下功能：对超声波信号进行滤波和计算，得到超声波信号传输强度及频率等信息；针对局部放电现象发出预警信号；对传感器信号进行外部存储；显示放电强度信息。
（二）系统软硬件设计
针对上述监控系统功能要求来进行系统软硬件设计，需要从以下方面进行。
1.系统硬件设计
在硬件设计环节，首先进行系统供电线路的设计，结合开关柜放电检测要求，选用参数恰当的降压器，确定固定电压和工作温度。本次供电电路中，设计I/O引脚电压为3.4V，核供电电压2.0V，由此确定电压输出值。其次，设计软件下载电路。监测系统运行过程中，会根据电气设备检测要求增加新的功能软件，因此要保证软件下载操作正常进行。在相应的电路设计中，要求处理器具有器件调试和测试功能，取代传统集成线路的测试方式，基于IEEE1149.1标准来设计边界扫描逻辑接口；最后，要进行超声波信号显示电路设计。利用SP接口来接入数码管，能实现信号输出输入的同步，可通过编程调整输出输入效率。
2.系统软件开发
本次软件开发是基于C语言完成编程作业的，开发环境为CCS，将其安装到计算机系统中，能实现程序调试、功能管理、文件编辑等功能。CCS能对代码进行模拟分析，在提高开发效率上体现出明显优势。在系统软件流程设定方面，在系统中输入1MHZ抽样频率，形成超声波信号，之后利用FIR滤波系统去除振动噪声后计算分析是否为系统放电信号。当结果显示否时，继续进行之后的超声波信号计算，当结果符合放电信号特征时，分析放电信号频率及强度，由此预测系统放电趋势。计算得到的结果都将存储在外部环境中，方便技术人员查看。另外，电路体系中还包括报警电路，可对开关柜放电现象发出报警信号[1]。具体来说，系统软件构成部分包括信号处理程序、信号生成、报警程序、显示程序等，通过软件编程，建立完善的通讯网络，保证信号在监测系统中有效传输。在开关柜局部放电信号处理软件开发方面，本次开关柜监测系统，主要是在收集超声波信号后进行DSP处理，系统运算结构较复杂，对输入信号进行倒序处理，得到自然顺序的输出数据。另外，在超声波信号的降噪处理上，尽管滤波器能一定程度抑制外部环境对电压信号的干扰，但实际采集到的信号还存在高频信号，对需要的监测信号造成干扰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本次选择高强度电磁辐射的降噪处理方式，打造一个良好的信号传输环境，提高放电现象检测结果精确度，进而为开关柜性能优化设计提供参考。
二、监测系统线路设计分析
进行开关柜局部放电在线监测系统电路设计时，要合理运用超声波检测技术，通过设计超声波检测电路，将开关柜运行过程中检测到的超声波信号转成电压信号，进行信号放大和滤波处理后，为开关柜局部放电问题分析提供数据依据。超声波单元输出的信号要经过电缆传输到控制主机，尽管信号出现衰减，但符合检测要求。由此可知，开关柜局部放电监测系统中的超声波检测电路主要由滤波电路、放大电路和偏置电路组成的。下面将具体分析超声波电路设计方法。
（一）科学选择超声传感器
传感器能起到收集信号的作用，根据电气设备局部放电对应的频率和类型，本次将超声波检测频率设定为20-100kHz，选择尺寸大小、灵敏度和频率范围等参数适当的传感器，确保开关柜运行信号的全面收集和整合。通常来讲，开关柜体积较小，柜内的传感器装置安装在不同部位上，其中局部放电源距离传感器距离近，则放电信号传输到传感器时产生的信号衰弱较少。在多个传感器共同作用下，能取得预期的检测效果。
（二）放大电路设计
在超声波信号向监控中心传输过程中，将出现信号衰减问题，为了保障信号检测效果，要设计相应的放大电路[2]。超声传感器具有输出电压信号幅值小、频率高的特点，对放大器参数要求较高，需要保证放大器增益频率满足局部放电检测要求。本文选择AD828型号的放大器，将供电电压设定为12V，当增益频率达到60时，满足信号放大要求，放大后的电压信号，可准确展现当时的开关柜运行状态，为电气设备检修和维护工作的展开提供借鉴。
（三）带通滤波电路的设计
带通滤波电路是局部放电监测系统线路体系中的主要构成部分，能功率冗余信号，保证检测质量和效率。将传感器安装到开关柜中，信号收集时将受到振动信号和环境噪声影响，导致超声波信号被破坏。由于外部环境中存在多个不同频率的声波，这些声波是影响信号完整性的主要因素。而振动信号是在动作装置和操控装置使用中形成的，通常是低频信号。针对上述问题，需要保证带通滤波电路合理设计，限制标准频率范围之外的滤波通过，确保监测系统良好运行。
（四）偏置电路设计
当传感器发出的信号通过滤波线路时，将输出超声波信号，要对这一交流电压信号转换成直流信号后，才能进行DSP处理，确保处理效果较好。本次选择起到增益调节作用的加法器，将电压信号调整到0-3V范围内，同时在电路中设计两个二极管，旨在对DSP进行过电压保护。具体来说，开关柜局部放电在线监测线路设计需要考虑上述电路内容的设计，确保检测信号有效传输，为局部放电检测提供相应的数据信息，提高设备检测可靠性。
三、结语
综上所述，本次开关柜局部放电监测系统，主要采用超声波检测法，将检测到的超声波信号转化成电压信号，进行信号的放大、滤波处理后，将其导入DSP进行处理，能实现开放柜局部放电现象的实时监测，有助于提高检测数据有效性。实践表明，这一监测系统的实际应用效果较好，能满足用户使用要求，加大对电力系统安全运行的保障。
参考文献：
[1]牛景平，余俊杰.基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统电路设计[J].农村经济与科技，2017，28（22）：248-249.
[2]豆艳举.基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统的研究与开发[D].兰州理工大学，2016.
论文作者:郑洪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：信号论文; 开关柜论文; 局部论文; 超声波论文; 电路论文; 监测系统论文; 在线论文; 《基层建设》2019年第17期论文;