基于PXI總線(xiàn)的通用干式變壓器測試系統設計

摘要：在分析干式變壓器測試中測試信號特性的基礎上，介紹了基于PXI總線(xiàn)的通用干式變壓器測試系統的組成原理和基于LabWindows/CVI的測量驅動(dòng)軟件的設計思想。關(guān)鍵詞：干式變壓器試驗；PXI巴士；lab WINDOWs/CVI；數據收集；隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機已經(jīng)成為測量革命的核心。測量核心技術(shù)的進(jìn)步從根本上改善了傳感器、數字化儀、信號處理和分布式測量的方法，逐漸將傳統的松散耦合、往往不匹配的先立儀器測量方法轉變?yōu)楦叨燃?、高性能的網(wǎng)絡(luò )測量系統和自動(dòng)化解決方案。傳統干式變壓器產(chǎn)品的試驗主要按照IEC和家標準GB1094-85 《電力干式變壓器》進(jìn)行。不同類(lèi)型的干式變壓器試驗項目不同，可分為常規試驗、型式試驗和特殊試驗。逐項測試不僅需要多種測試儀器，造成硬件資源的浪費，而且由于人工控制的方法，需要測試人員完成數據處理，勞動(dòng)強度大，速度慢。針對傳統干式變壓器測試的上述特點(diǎn)，我們利用成熟先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)和數據采集技術(shù)，應用美家儀器公司(NI公司)開(kāi)發(fā)的功能強大的儀器系統開(kāi)發(fā)平臺LabWindows/CVI，以及NI公司提供的一套基于計算機的高性能數據采集產(chǎn)品，設計一套通用干式變壓器自動(dòng)測試系統，完成干式變壓器產(chǎn)品的自動(dòng)測試。1干式變壓器產(chǎn)品的試驗項目和試驗信號分析干式變壓器試驗一般可分為半成品試驗、出廠(chǎng)試驗、型式試驗、特殊試驗、驗收試驗和修理后試驗。每臺干式變壓器出廠(chǎng)前必須經(jīng)過(guò)常規出廠(chǎng)試驗，其試驗項目主要包括電壓比的測量和繞組連接組的確定；絕緣電阻、吸收率和介電損耗的測量；工頻耐壓試驗；感應耐壓試驗；空載試驗；負載測試。但對于指定結構的干式變壓器產(chǎn)品，需要進(jìn)行鑒定試驗，即型式試驗，包括沖擊電壓試驗；溫升試驗；局部放電試驗和其他試驗項目?？v觀(guān)上述測試項目的測量原理和方法，不難發(fā)現在所有這些測量中，主要的測量工作是電壓、電流和電荷的測量。因此，根據這些測試信號的特性，利用NI數據采集產(chǎn)品和NI測試軟件開(kāi)發(fā)平臺，構建一個(gè)通用的干式變壓器自動(dòng)測試系統是完全可能的。該測試系統不僅可以自動(dòng)測試干式變壓器的所有常規測試項目和型式測試項目，還可以處理、顯示和打印測試數據和測試波形，從而提高測試質(zhì)量，加快測試速度，降低測試勞動(dòng)強度，減少測試硬件資源的浪費。2系統組成及工作原理2.1工作原理及功能測試系統主要由PC、數據采集設備(DAQ)、高速數字化儀和數字I/O設備(DIO)組成。PC機通過(guò)PCI總線(xiàn)與DAQ設備、高速數字化儀和DIO設備相連。利用DIO設備和自動(dòng)測試控制箱實(shí)現待測干式變壓器的上電控制，并在測試不同測試項目時(shí)改變測試線(xiàn)路的連接方式。電壓、電流和電荷信號采集(DAQ)和高速數字化儀用于實(shí)現各種信號的數據采集以及測試數據和測試波形的處理、顯示和存儲，而PC機是整個(gè)自動(dòng)測試系統的控制中心。它實(shí)現了測試項目選擇、各設備初始化、產(chǎn)品上電、改變測試線(xiàn)路接線(xiàn)方式、數據采集、數據處理、隨機查詢(xún)、顯示數據圖表和波形等一系列功能。 #p#分頁(yè)標題#e#

2.2測試系統硬件組成整個(gè)測試系統的結構圖如圖1所示。該系統主要由PC、NI數據采集設備組合底盤(pán)、預信號調理裝置、自動(dòng)測試控制箱、測試信號形成電路和測試所需的電源系統組成。測試電源系統包括常規測試和型式測試中的各種電源。測試信號形成電路用于形成每個(gè)測試項目所需的測試信號。雖然這些信號以電壓、電流或電荷的形式出現，但性質(zhì)上有很大不同，大部分是工頻信號，少數是瞬態(tài)信號。因此，電路應具有各種形式，以滿(mǎn)足不同項目的測試要求，并應有良好的性能。自動(dòng)測試控制箱主要完成兩個(gè)功能：較好，從供電系統中選擇合適的電源，應用于待測干式變壓器；其次，根據來(lái)自DIO設備的控制信號改變測試線(xiàn)路的連接方式，選擇測試信號的采樣點(diǎn)，完成相應項目的測試。一方面，預信號調理裝置(SCXI)的使用方便了各種信號類(lèi)型的多通道數據采集，通過(guò)信號隔離增強了系統的保護；另一方面，它通過(guò)信號放大、濾波和同步采樣提高了測量系統的性能。NI組合底盤(pán)包括各種數據采集設備和高速數字化儀，主要完成各種調理信號的數據采集、數據處理和波形處理。簡(jiǎn)要介紹2.3NI-DAQ和SCXI產(chǎn)品的性能特點(diǎn)為了縮短開(kāi)發(fā)周期，統一設計標準，降低開(kāi)發(fā)成本，NI公司在構建基于計算機的自動(dòng)測試方案方面，提供了一套性能優(yōu)異的數據采集DAQ和信號調理SCXI產(chǎn)品。結合先進(jìn)的測試軟件，可以輕松構建高度集成、高性能的自動(dòng)測量系統。它具有以下顯著(zhù)特點(diǎn)：(1)在基于PC的測試系統中，數據采集產(chǎn)品的采樣率和分辨率是決定測量應用系統性能的關(guān)鍵因素。NI公司的DAQ測量板配有可編程放大器PGIA，不僅輸入電阻在1g以上，而且通道在采集過(guò)程中的穩定時(shí)間不受通道增益和采樣率的影響，即使在高增益和高采樣率的情況下，也能完全提供12位以上的精度。此外，先特的設計、正確的屏蔽和徹底的接地保證了系統的噪聲較小化，殘余噪聲以高斯方式均勻分布。(2)鎳-DAQ測量板采用優(yōu)質(zhì)元件和補償元件，使溫度變化引起的測量誤差降低到6ppm/以下；帶校準電路的卡，應用

中只需通過(guò)一個(gè)軟件命令即可進(jìn)行校準，減少運行中因時(shí)間和溫度漂移引起的誤差對測量結果的影響。(3)在一個(gè)系統中同時(shí)使用多種測量板卡和在一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺下集成大量技術(shù)的前提是在測量系統中進(jìn)行前端信號調理。NI的信號調理產(chǎn)品采用模塊化設計，具有對多種類(lèi)信號進(jìn)行調理的功能；通道增益、濾波和激勵電平的配置均可編程；擁有高速總線(xiàn)，模擬信號的采樣速率可達333ks/s；同時(shí)提供系統保護功能。(4)不管是DAQ產(chǎn)品還是信號調理裝置，它們均具有較佳的軟件集成功能。這些設備的配置軟件不僅可以快速診斷板卡本身或連接上的問(wèn)題，而且設置的虛擬通道可以將采集所得數據自動(dòng)轉換成具有工程含義的單位。(5)支持多種總線(xiàn)標準，如ISA總線(xiàn)，PCI總線(xiàn)，PXI/CPCI總線(xiàn)，PCMCIA總線(xiàn)，USB總線(xiàn)。3系統軟件的設計LabWindows/CVI是NI公司提供給用戶(hù)的虛擬儀器軟件之一，是用于開(kāi)發(fā)數據采集、儀器控制及自動(dòng)測試的一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺，在該平臺下用戶(hù)可以快速方便地編寫(xiě)、調試和修改應用程序，形成可執行文件。使用LabWindows/CVI設計的虛擬儀器可脫離LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶(hù)較終看見(jiàn)的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板。本系統以L(fǎng)abWindows/CVI為開(kāi)發(fā)平臺，采用模塊化、結構化設計思想編寫(xiě)系統控制軟件。用戶(hù)主界面控制包括所有菜單及參數控制按鈕和實(shí)時(shí)/分析控制按鈕。菜單及參數控制按鈕主要用來(lái)選擇試驗項目以及設置測試該項目時(shí)的有關(guān)參數；實(shí)時(shí)/分析控制按鈕用來(lái)選擇對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集還是對測試數據進(jìn)行分析處理。系統軟件結構流程如圖2所示。3.1數據的采集由于干式變壓器試驗測試項目多，不同測試項目中測試信號的性質(zhì)不同，對測試的采樣率要求也不一致，為了滿(mǎn)足不同項目的測試要求，設計數據采集軟件時(shí)可以采用動(dòng)態(tài)連接庫(DLL)技術(shù)。先先把對儀器進(jìn)行配置和數據讀取的函數做成動(dòng)態(tài)連接庫，然后在運行主程序中通過(guò)加載動(dòng)態(tài)連接庫，獲取其函數指針來(lái)調用函數，從而實(shí)現對儀器的操作。3.2數據的存儲為方便對不同測試項目的數據進(jìn)行不同的處理、分析以及對某些測試項目中顯示波形，本系統利用開(kāi)放數據庫互連(ODBC)技術(shù)來(lái)存儲數據。先先應用SQL建立一個(gè)描述存入內存的數據與數據庫之間關(guān)系的表格，然后將讀取的數據存入數據庫。較后利用數據庫技術(shù)，就可以更方便地對數據進(jìn)行處理分析，可以很方便地對要顯示的數據進(jìn)行定位以及選擇不同測試項目的波形進(jìn)行顯示。3.3波形的顯示波形顯示的實(shí)質(zhì)就是把存放在數據庫中的數據以波形的形式顯示出來(lái)。顯示時(shí)可以通過(guò)按下面板上的按鈕來(lái)顯示不同測試項目不同通道的波形，同時(shí)還可對波形進(jìn)行放大和縮小等變換。4結束語(yǔ)本系統利用基于PXI總線(xiàn)的虛擬儀器技術(shù)來(lái)構建的干式變壓器自動(dòng)測試系統簡(jiǎn)單實(shí)用，方便靈活。由于采用了NI公司業(yè)內領(lǐng)先的數據采集產(chǎn)品和測量驅動(dòng)軟件，不僅可以保證各種干式變壓器試驗項目的測量精度，而且可以實(shí)現了干式變壓器試驗的自動(dòng)測試，大大提高實(shí)驗效率及數據的處理、分析、存盤(pán)和試驗報告的自動(dòng)生成。同時(shí)，在此基礎上將臺式PC機改為便攜式計算機，該系統還可以應用于干式變壓器生產(chǎn)現場(chǎng)、安裝調試現場(chǎng)對干式變壓器進(jìn)行某些項目的測試，因此它在干式變壓器的制造行業(yè)、使用行業(yè)具有重大意義。參考文獻［1］沈陽(yáng)干式變壓器廠(chǎng)編，干式變壓器試驗［M］.機械工業(yè)社，1986，9.［2］張易知等編.虛擬儀器的設計與實(shí)現［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2002，1.［3］數據采集與信號調理手冊［S］.美家儀器有限公司，2003，5.［4］NIMultifunctionDAQFeatureSelectionGuide［J］.NATIONALINSTRUMENTSＴＭ,2003,5.［5］李世平等編.PC計算機測控技術(shù)及應用［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2003，1.［6］劉剛等編.在CVI環(huán)境下開(kāi)發(fā)基于GPIB總線(xiàn)的自動(dòng)測試系統［J］.電測與儀表，2003，2. 來(lái)源：中電力網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#