绪论
1.1电容器在线监测的背景及意义
电容器成套设备是指包括含有电力电容器的电气设备,其核心部分的电力电容器是构成无功补偿装置、谐波滤波装置等电力系统及电力用户常用设备必不可少的器件，在输配电系统中应用极广。并联电容器装置是极为重要的无功电源，有助于改善电力系统结构，提高电能质量；祸合电容器主要实现电力系统滤波和高频保护[1]。
在电力系统中，电力电容器的造价比较低，运行方式灵活多变，电力电容器组安装容量的总和可以达到系统装机容量的50%左右,安装和投入运行的容量还在不断增加。并联电容器装置是一种非常重要的无功补偿设备，可以有效地改善电力系统的功率因数，调整网络电压改善电压质量，减少输电线路输送电流降低线路损耗和提高设备的利用率，在现代电网技术中扮演着重要的角色[24]。
但高压并联电容器长期处于满负荷运行状态，额定电流比较大，长时间运行容易导致电容器损坏，甚至出现漏油、群爆等故障，影响电网的安全运行，系统内夹杂的谐波成分也加剧了设备发生故障的可能[气最近几年，尽管极大的提高了电力电容器的生产工艺，相应地改进了介质的材料，但是仍然有相当严重的电容器爆炸事故发生，造成人员伤亡，严重影响电力系统安全运行，同时威胁运行及检修人员的人身安全[6]。
电容器成套设备在变电站中有着举足轻重的地位，一旦失效，会造成不可估量的损失。由于电容器内部结构复杂，加上运行环境、人为原因和设计等方面的问题，在长期运行过程中，电容器故障频繁出现，电力系统的安全运行受到了极大的挑战。因此，电力部门制订了定期预防性维修制度，但是定期预防性试验一方面是停电后进行的，非破坏性试验(绝缘特性试验)的试验电压远低于运行电压，因此不易发现缺陷，以致曾多次发生预试合格的电气设备在运行中烧坏和爆炸的事故.而破坏性试验(绝缘耐压试验)又可能给绝缘造成损伤。另一方面对没有故障的设备也是“到期必修”，不但影响设备的正常运行，还导致人力、物力和财力的浪费[7]。
为了有效的监测电力电容器的运行状态，实时显示电容器成套设备的状态信息，逐步代替传统的、周期性的计划试验，当电容器成套设备发生异常情况时，还能进行设备故障原因分析与定位，最大限度缩短停机时间，保障维修人员的安全。因此，研制一套电容器成套设备在线监测系统具有重要意义[8]。
1.2电容器在线监测的研究现状
电力设备在线监测这一设想由来已久。早在20世纪60年代，美国率先开发各项监测和诊断技术，成立了庞大的故障研究机构，每年召开1~2次学术会议。日本的在线监测技术起步并发展于20世纪70年代，1975年起，开始由基础研究进入开发研究阶段。20世纪70年代末以来，日本先后研制了油中三组分气体和六组分气体的油中气体测装置20世纪80年代，日本开始进入状态监测为基础的预知维修时代，积累了大量数据与经验，逐步形成一些标准和较成熟的方法，如变压器寿命诊断上用温度特性、局部放电、纸的抗拉度、聚合度、CO+CO2等来预测剩余寿命20世纪70年代以来，前苏联的在线监测技术发展也很快，特别是电容型设备在线监测和局部放电的在线监测。二十世纪九十年代初，美国AvO公司开发出的电容型设备在线监测系统，己经在很多国家投入使用。它的原理是利用分压电容，从电容型设备的末屏提取出电压信号，并通过专用的电缆输送到主监控室，随后进行数据分析处理。该监测系统具有良好的可靠性，但是成本也很高[11]。
自20世纪80年代以来，我国的在线监测技术也取到了飞速地发展。各单位相继研制了不同类型的监测装置，特别是各个省的电力相关部门，如安徽、吉林、河北、内蒙、广东和湖南等地，都研制出了电容性设备的监测系统，主要监测电力设备的三相不平衡电流、介质损耗、电容值。电力部电力科学研究院、武汉高压研究所和东此电力试验研究院等单位，也开展了电容型设备的研究[9]。
对于电容型的绝缘设备，发展阶段早期的缺陷可以通过监测其介电特性得以发现。反映介电特性的参数有介质损耗角正切tancJ、电容值Cx等。tanS是设备绝缘的局部缺陷中，由介质损耗引起的有功电流分量Ir和设备总电容电流Ic之比，它对发现设备绝缘的整体(即包括了大部分体积)劣化(例如，绝缘均勻受潮)较为敏感，但对局部的缺陷(即体积只占介质中比较小部分的缺陷和集中缺陷)则不容易用测tanS的方法发现。设备绝缘的体积越大越不易发现。测量电容值Cx,除了能给出有关可引起极化过程改变的介质结构变化的信息(例如均匀受潮或严重缺油）外，还能发现严重的局部缺陷(绝缘部分击穿).
第2章在线监测的理论计算................. 6
2.1非同步取样数据的同步化方法................. 6
2.2快速傅里叶变换................. 10
2.3相关电参量的计算................. 14
2.4电容器的故障分析................. 16
2.5本章小结................. 18
第3章系统硬件设计................. 19
3.1信号调理电路................. 19
3.2A/D转换电路................. 21
3.3实时时钟电路................. 24
3.4 PWMH................. 24
第4章系统软件设计................. 31
4.1嵌入式操作系统................. 31
4.2应用程序开发环境建立................. 33
4.3参数配置文件................. 34
总结
对电力设备进行在线监测和故障诊断，是保障设备安全运行的关键。随着数字信号处理的日趋成熟和嵌入式处理器性能的不断提高，在线监测在电力设备监测中的应用越来越普及。智能电网建设的提出，加速推动了这一技术的发展。争对当前电容器故障查找基本上都是在设备退出运行状态的情况下釆用人工或者半人工的方法，本文以“在线监测”为指导思想，设计了一套电容器成套设备在线监测系统。该系统通过A/D釆样获取电容上的实时电压数据和电流数据，经过OMAP-L138处理器对所釆集的数据进行处理，对同步化之后的数据调用FFT算法可以获得基波电压和基波电流的值，由这两项关键数据再通过电容器故障判据算法（该算法是通过建立电容器阵列模型用matlab仿真得到，前文已经提到。）可以判断电容器目前的状态。
正常情况下液晶屏上相应的指示灯显示绿色，如果监测到异常，液晶屏上相应的指示灯会显示红色，并且会记录故障前20周期，故障后100周期的波形，以文件的方式保存。在液晶屏上显示的图形界面是用Qt进行开发，很多重要的电参数都会在界面上显示，由于该液晶屏具有触摸功能，通过一些功能按键实现不同对话框之间的跳转，还能打开、关闭窗口。
参考文献
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[5]张建军，孙红华.高压并联电容器在线监测系统的研究[J].输变电年会2012论文集,2012:447-450.
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[9]王昌长,李福棋,高胜友.电力设备在线监测与故障诊断[M].北京：清华大学出版社,2006,4-5.
[10]黄新波.变电设备在线监测与故障诊断[M].北京：中国电力出版社,2010，1-2,194.