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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.060
摘 要：在新形势下，新疆电力建设步伐日渐加快，而变压器是电力系统运行中必不可少的关键性设备，随之，变压器介质损耗在线监测系统的开发以及研制尤为重要。因此，该文客观分析了变压器介质损耗，探讨了FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统。
关键词：FPGA状态 变压器 介质损耗 在线监测 系统
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0060-02
1 变压器介质损耗
就变压器介质损耗来说，是指在电压、电场作用下，所产生的能量损耗，其体现在两个方面。在电介质中，存在电导，在电压的不断作用下，电流不断泄漏，出现电导损耗。同时，在电场的不断作用下，电介质中的带电质点会根据电场具体变化，反复位移，再次排列，随着各分子不断摩擦，出现“极化损耗”现象。在介质损耗作用下，线路中2/3电能已被转化为热能，绝缘热量不断聚集，导致变压器温度不断升高，加快了其绝缘老化速度，进而被烧坏，影响电力系统的“安全、稳定”运行，造成严重的经济损失。针对这种情况，在电力系统运行中，设计者必须根据FPGA状态、变压器介质损耗，设计合理化的在线监测系统，动态监督变压器介质损耗情况，进行针对性的处理，避免变压器发生故障问题，确保电力系统处于高效运行中。
2 FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统
2.1 分析误差
在设计变压器介质损耗在线监测系统中，设计者必须围绕FPGA状态，客观分析一系列影响变压器介质损耗精准度的因素，比如：干扰、电网谐波与频率波动，对其进行合理化处理，动态控制变压器介质损耗测量误差，避免超出规定的范围。在各种因素作用下，设计者无法直接拆除变压器上的套管，以套管客观要求为基点，展开测量工作，加上在线监测情况下，变压器“绕组、接线”形式都无法改变。也就是说，监测变压器套管绝缘性能中，相关人员只能掌握套管末端绝缘性能，并不清楚变压器整体绝缘性能。在FPGA状态下，设计者必须根据各方面情况，应用性能较高的电流电感器技术，客观测量变压器具体介质损耗，应用不会出现失真现象的采集套管末屏，确保获取的“电流、电压”信号更加准确，合理“运算、处理”数字信号，获取变压器各方面信息，比如：介质损耗、等效电容量，避免其存在误差，优化利用专家系统，对变压器进行一系列操作，准确把握其套管绝缘性能。同时，变压器运行环境复杂化，会受到相间以及空间干扰，导致传输的信号不准确。在设计FPGA状态下的在线监测系统中，设计者必须根据其干扰，采取可行的接地对策，借助屏蔽电缆，对变压器电路板进行合理化的抗干扰设计，最大化降低电磁干扰对监测系统的影响程度。此外，电网谐波尤为丰富，变化速度又非常快，极易导致变压器介质损耗测量存在误差，设计者必须采取针对性措施有效抑制谐波，避免其超出规定范围，尤其是高次谐波。为了最大化降低误差，在设计在线监测系统过程中，设计者必须优化利用FFT计算方法，客观分析电网谐波，如果电压信号、电流信号处于稳定状态，便可以准确计算出变压器介质损耗，但电网频率不断变化，会减低变压器介质损耗计算准确率，存在较大的误差，计算过程中，還要优化利用加窗FFT算法，比如：Nuttall窗、Blackman窗，确保变压器介质损耗计算更加准确，确保设计的基于FPGA状态的在线监测系统具有较好的稳定性，更好地监测变压器介质损耗。
2.2 在线监测系统模块设计
在FPGA状态下，设计的变压器介质损耗在线监测系统由多种模块组成，比如：主CPU模块、FPGA处理模块。其中的低通滤波电路可以剔除“电压、电流”信号中出现的高次谐波，FPGA模块可以动态控制A/D转换，科学处理A/D转换结果，在加窗FFT算法作用下，及时输送计算结果，发挥上位CPU多样化作用，进一步处理对应的信息数据。就CPU模块来说，全方位客观分析接收的一系列信息数据，构建合理化的专家库，随时动态“评估、预测”变压器套管运行情况，及时借助网络，上传评估以及预测结果，确保上位机及时获取相关信息。以此，促使设计的各模块处于统一化的网络结构体系中，更好地监测变压器介质损耗。
2.3 在线监测系统软件算法
在设计基于FPGA在线监测系统中，设计者必须准确把握在线监测系统软件算法，要充分发挥FPGA模块多样化作用，准确计算变压器运行中的介质损耗，借助FFT算法，同步采集电流以及电压信号基础上，准确计算电流、电压二者间的相位差，借助加窗FFT算法，获取电压峰值、次谐波具体含量数据等。在设计监测系统过程中，设计者可以借助FPGA软件，设置加窗功能，FFT转换之前，加窗处理系统模块输出的一系列信息数据。随后，这些信息数据会根据一定的规则存储到RAM中，进行相关运算基础上，输入一系列触发信号，数据顺序会及时读入到对应的FPGA模块中；在加窗运算地址单元作用下，窗函数与数据地址产生，进入到各类存储器中，读取这些信息数据中，存储器会进行直流减法运算，在蝶形运算单元作用下，实现加窗处理，处理结果会在存储器中展现出来。在1024点数据加窗完成后，数据地址单元会被触发，读取已被处理的信息数据，FFT运算地址产生单元被触发，产生一系列地址单元，将信息数据及时传输到存储器中；这些信息数据被处理之后，会进入到蝶形运算单元中，FFT运算顺利进行，运算完成后，输出地址单元得出FFT结果。设计的在线监测系统会及时将FFT结果输入RAM以及蝶形运算单元中，蝶形单元会对传入的数据进行模平运算，加窗运算地址单元会再次进行加窗运算，输出的数据也更加准确。
3 结语
总而言之，在电网运行过程中，新疆供电企业必须根据电力系统中变压器具体运行情况，根据其各阶段介质损耗情况，采用先进的技术，借助信息化手段，优化设计FPGA状态下的在线监测系统、硬软件以及FPGA、CPU等模块。以此，确保设计的在线监测系统具有较高的稳定性、安全性，全方位动态监测变压器介质损耗，提高变压器运行质量，促使电力系统处于高效运行中，促使新时期新疆电网具有较好的“经济、社会、生态”效益。
参考文献
[1] 林土方，洪凯星，郭才福，等.基于B/S架构的变压器在线状态监测系统实现[J].电子测量与仪器学报，2013（8）：766-772.
[2] 潘健，张鹏，杨智林.基于FPGA的电力变压器在线监测系统[J].湖北工业大学学报，2011（2）：16-19.
[3] 李斌.变压器绝缘综合在线监测与状态评估系统设计[J].中国电力教育，2014（29）：117-119.
[4] 李伟明，孔令明，李斌，等.变压器套管介质损耗在线监测系统[J].信息系统工程，2013（6）：17.
摘 要：在新形势下，新疆电力建设步伐日渐加快，而变压器是电力系统运行中必不可少的关键性设备，随之，变压器介质损耗在线监测系统的开发以及研制尤为重要。因此，该文客观分析了变压器介质损耗，探讨了FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统。
关键词：FPGA状态 变压器 介质损耗 在线监测 系统
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0060-02
1 变压器介质损耗
就变压器介质损耗来说，是指在电压、电场作用下，所产生的能量损耗，其体现在两个方面。在电介质中，存在电导，在电压的不断作用下，电流不断泄漏，出现电导损耗。同时，在电场的不断作用下，电介质中的带电质点会根据电场具体变化，反复位移，再次排列，随着各分子不断摩擦，出现“极化损耗”现象。在介质损耗作用下，线路中2/3电能已被转化为热能，绝缘热量不断聚集，导致变压器温度不断升高，加快了其绝缘老化速度，进而被烧坏，影响电力系统的“安全、稳定”运行，造成严重的经济损失。针对这种情况，在电力系统运行中，设计者必须根据FPGA状态、变压器介质损耗，设计合理化的在线监测系统，动态监督变压器介质损耗情况，进行针对性的处理，避免变压器发生故障问题，确保电力系统处于高效运行中。
2 FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统
2.1 分析误差
在设计变压器介质损耗在线监测系统中，设计者必须围绕FPGA状态，客观分析一系列影响变压器介质损耗精准度的因素，比如：干扰、电网谐波与频率波动，对其进行合理化处理，动态控制变压器介质损耗测量误差，避免超出规定的范围。在各种因素作用下，设计者无法直接拆除变压器上的套管，以套管客观要求为基点，展开测量工作，加上在线监测情况下，变压器“绕组、接线”形式都无法改变。也就是说，监测变压器套管绝缘性能中，相关人员只能掌握套管末端绝缘性能，并不清楚变压器整体绝缘性能。在FPGA状态下，设计者必须根据各方面情况，应用性能较高的电流电感器技术，客观测量变压器具体介质损耗，应用不会出现失真现象的采集套管末屏，确保获取的“电流、电压”信号更加准确，合理“运算、处理”数字信号，获取变压器各方面信息，比如：介质损耗、等效电容量，避免其存在误差，优化利用专家系统，对变压器进行一系列操作，准确把握其套管绝缘性能。同时，变压器运行环境复杂化，会受到相间以及空间干扰，导致传输的信号不准确。在设计FPGA状态下的在线监测系统中，设计者必须根据其干扰，采取可行的接地对策，借助屏蔽电缆，对变压器电路板进行合理化的抗干扰设计，最大化降低电磁干扰对监测系统的影响程度。此外，电网谐波尤为丰富，变化速度又非常快，极易导致变压器介质损耗测量存在误差，设计者必须采取针对性措施有效抑制谐波，避免其超出规定范围，尤其是高次谐波。为了最大化降低误差，在设计在线监测系统过程中，设计者必须优化利用FFT计算方法，客观分析电网谐波，如果电压信号、电流信号处于稳定状态，便可以准确计算出变压器介质损耗，但电网频率不断变化，会减低变压器介质损耗计算准确率，存在较大的误差，计算过程中，還要优化利用加窗FFT算法，比如：Nuttall窗、Blackman窗，确保变压器介质损耗计算更加准确，确保设计的基于FPGA状态的在线监测系统具有较好的稳定性，更好地监测变压器介质损耗。
2.2 在线监测系统模块设计
在FPGA状态下，设计的变压器介质损耗在线监测系统由多种模块组成，比如：主CPU模块、FPGA处理模块。其中的低通滤波电路可以剔除“电压、电流”信号中出现的高次谐波，FPGA模块可以动态控制A/D转换，科学处理A/D转换结果，在加窗FFT算法作用下，及时输送计算结果，发挥上位CPU多样化作用，进一步处理对应的信息数据。就CPU模块来说，全方位客观分析接收的一系列信息数据，构建合理化的专家库，随时动态“评估、预测”变压器套管运行情况，及时借助网络，上传评估以及预测结果，确保上位机及时获取相关信息。以此，促使设计的各模块处于统一化的网络结构体系中，更好地监测变压器介质损耗。
2.3 在线监测系统软件算法
在设计基于FPGA在线监测系统中，设计者必须准确把握在线监测系统软件算法，要充分发挥FPGA模块多样化作用，准确计算变压器运行中的介质损耗，借助FFT算法，同步采集电流以及电压信号基础上，准确计算电流、电压二者间的相位差，借助加窗FFT算法，获取电压峰值、次谐波具体含量数据等。在设计监测系统过程中，设计者可以借助FPGA软件，设置加窗功能，FFT转换之前，加窗处理系统模块输出的一系列信息数据。随后，这些信息数据会根据一定的规则存储到RAM中，进行相关运算基础上，输入一系列触发信号，数据顺序会及时读入到对应的FPGA模块中；在加窗运算地址单元作用下，窗函数与数据地址产生，进入到各类存储器中，读取这些信息数据中，存储器会进行直流减法运算，在蝶形运算单元作用下，实现加窗处理，处理结果会在存储器中展现出来。在1024点数据加窗完成后，数据地址单元会被触发，读取已被处理的信息数据，FFT运算地址产生单元被触发，产生一系列地址单元，将信息数据及时传输到存储器中；这些信息数据被处理之后，会进入到蝶形运算单元中，FFT运算顺利进行，运算完成后，输出地址单元得出FFT结果。设计的在线监测系统会及时将FFT结果输入RAM以及蝶形运算单元中，蝶形单元会对传入的数据进行模平运算，加窗运算地址单元会再次进行加窗运算，输出的数据也更加准确。
3 结语
总而言之，在电网运行过程中，新疆供电企业必须根据电力系统中变压器具体运行情况，根据其各阶段介质损耗情况，采用先进的技术，借助信息化手段，优化设计FPGA状态下的在线监测系统、硬软件以及FPGA、CPU等模块。以此，确保设计的在线监测系统具有较高的稳定性、安全性，全方位动态监测变压器介质损耗，提高变压器运行质量，促使电力系统处于高效运行中，促使新时期新疆电网具有较好的“经济、社会、生态”效益。
参考文献
[1] 林土方，洪凯星，郭才福，等.基于B/S架构的变压器在线状态监测系统实现[J].电子测量与仪器学报，2013（8）：766-772.
[2] 潘健，张鹏，杨智林.基于FPGA的电力变压器在线监测系统[J].湖北工业大学学报，2011（2）：16-19.
[3] 李斌.变压器绝缘综合在线监测与状态评估系统设计[J].中国电力教育，2014（29）：117-119.
[4] 李伟明，孔令明，李斌，等.变压器套管介质损耗在线监测系统[J].信息系统工程，2013（6）：17.