摘要：在分析干式變壓器測(cè)試中測(cè)試信號(hào)特性的基礎(chǔ)上，介紹了基于PXI總線的通用干式變壓器測(cè)試系統(tǒng)的組成原理和基于LabWindows/CVI的測(cè)量驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)思想。關(guān)鍵詞：干式變壓器試驗(yàn)；PXI巴士；lab WINDOWs/CVI；數(shù)據(jù)收集；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為測(cè)量革命的核心。測(cè)量核心技術(shù)的進(jìn)步從根本上改善了傳感器、數(shù)字化儀、信號(hào)處理和分布式測(cè)量的方法，逐漸將傳統(tǒng)的松散耦合、往往不匹配的先立儀器測(cè)量方法轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃?、高性能的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)和自動(dòng)化解決方案。傳統(tǒng)干式變壓器產(chǎn)品的試驗(yàn)主要按照IEC和家標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)項(xiàng)目不同，可分為常規(guī)試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和特殊試驗(yàn)。逐項(xiàng)測(cè)試不僅需要多種測(cè)試儀器，造成硬件資源的浪費(fèi)，而且由于人工控制的方法，需要測(cè)試人員完成數(shù)據(jù)處理，勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢。針對(duì)傳統(tǒng)干式變壓器測(cè)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(shù)據(jù)采集技術(shù)，應(yīng)用美家儀器公司(NI公司)開(kāi)發(fā)的功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabWindows/CVI，以及NI公司提供的一套基于計(jì)算機(jī)的高性能數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一套通用干式變壓器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，完成干式變壓器產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。1干式變壓器產(chǎn)品的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)信號(hào)分析干式變壓器試驗(yàn)一般可分為半成品試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)和修理后試驗(yàn)。每臺(tái)干式變壓器出廠前必須經(jīng)過(guò)常規(guī)出廠試驗(yàn)，其試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括電壓比的測(cè)量和繞組連接組的確定；絕緣電阻、吸收率和介電損耗的測(cè)量；工頻耐壓試驗(yàn)；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)；空載試驗(yàn)；負(fù)載測(cè)試。但對(duì)于指定結(jié)構(gòu)的干式變壓器產(chǎn)品，需要進(jìn)行鑒定試驗(yàn)，即型式試驗(yàn)，包括沖擊電壓試驗(yàn)；溫升試驗(yàn)；局部放電試驗(yàn)和其他試驗(yàn)項(xiàng)目?？v觀上述測(cè)試項(xiàng)目的測(cè)量原理和方法，不難發(fā)現(xiàn)在所有這些測(cè)量中，主要的測(cè)量工作是電壓、電流和電荷的測(cè)量。因此，根據(jù)這些測(cè)試信號(hào)的特性，利用NI數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品和NI測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建一個(gè)通用的干式變壓器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是完全可能的。該測(cè)試系統(tǒng)不僅可以自動(dòng)測(cè)試干式變壓器的所有常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目和型式測(cè)試項(xiàng)目，還可以處理、顯示和打印測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試波形，從而提高測(cè)試質(zhì)量，加快測(cè)試速度，降低測(cè)試勞動(dòng)強(qiáng)度，減少測(cè)試硬件資源的浪費(fèi)。2系統(tǒng)組成及工作原理2.1工作原理及功能測(cè)試系統(tǒng)主要由PC、數(shù)據(jù)采集設(shè)備(DAQ)、高速數(shù)字化儀和數(shù)字I/O設(shè)備(DIO)組成。PC機(jī)通過(guò)PCI總線與DAQ設(shè)備、高速數(shù)字化儀和DIO設(shè)備相連。利用DIO設(shè)備和自動(dòng)測(cè)試控制箱實(shí)現(xiàn)待測(cè)干式變壓器的上電控制，并在測(cè)試不同測(cè)試項(xiàng)目時(shí)改變測(cè)試線路的連接方式。電壓、電流和電荷信號(hào)采集(DAQ)和高速數(shù)字化儀用于實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集以及測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試波形的處理、顯示和存儲(chǔ)，而PC機(jī)是整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制中心。它實(shí)現(xiàn)了測(cè)試項(xiàng)目選擇、各設(shè)備初始化、產(chǎn)品上電、改變測(cè)試線路接線方式、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、隨機(jī)查詢、顯示數(shù)據(jù)圖表和波形等一系列功能。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2.2測(cè)試系統(tǒng)硬件組成整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要由PC、NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備組合底盤(pán)、預(yù)信號(hào)調(diào)理裝置、自動(dòng)測(cè)試控制箱、測(cè)試信號(hào)形成電路和測(cè)試所需的電源系統(tǒng)組成。測(cè)試電源系統(tǒng)包括常規(guī)測(cè)試和型式測(cè)試中的各種電源。測(cè)試信號(hào)形成電路用于形成每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目所需的測(cè)試信號(hào)。雖然這些信號(hào)以電壓、電流或電荷的形式出現(xiàn)，但性質(zhì)上有很大不同，大部分是工頻信號(hào)，少數(shù)是瞬態(tài)信號(hào)。因此，電路應(yīng)具有各種形式，以滿足不同項(xiàng)目的測(cè)試要求，并應(yīng)有良好的性能。自動(dòng)測(cè)試控制箱主要完成兩個(gè)功能：較好，從供電系統(tǒng)中選擇合適的電源，應(yīng)用于待測(cè)干式變壓器；其次，根據(jù)來(lái)自DIO設(shè)備的控制信號(hào)改變測(cè)試線路的連接方式，選擇測(cè)試信號(hào)的采樣點(diǎn)，完成相應(yīng)項(xiàng)目的測(cè)試。一方面，預(yù)信號(hào)調(diào)理裝置(SCXI)的使用方便了各種信號(hào)類(lèi)型的多通道數(shù)據(jù)采集，通過(guò)信號(hào)隔離增強(qiáng)了系統(tǒng)的保護(hù)；另一方面，它通過(guò)信號(hào)放大、濾波和同步采樣提高了測(cè)量系統(tǒng)的性能。NI組合底盤(pán)包括各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備和高速數(shù)字化儀，主要完成各種調(diào)理信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)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(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，降低開(kāi)發(fā)成本，NI公司在構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)測(cè)試方案方面，提供了一套性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)采集DAQ和信號(hào)調(diào)理SCXI產(chǎn)品。結(jié)合先進(jìn)的測(cè)試軟件，可以輕松構(gòu)建高度集成、高性能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。它具有以下顯著特點(diǎn)：(1)在基于PC的測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的采樣率和分辨率是決定測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。NI公司的DAQ測(cè)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(wěn)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(shè)計(jì)、正確的屏蔽和徹底的接地保證了系統(tǒng)的噪聲較小化，殘余噪聲以高斯方式均勻分布。(2)鎳-DAQ測(cè)量板采用優(yōu)質(zhì)元件和補(bǔ)償元件，使溫度變化引起的測(cè)量誤差降低到6ppm/以下；帶校準(zhǔn)電路的卡，應(yīng)用

中只需通過(guò)一個(gè)軟件命令即可進(jìn)行校準(zhǔn)，減少運(yùn)行中因時(shí)間和溫度漂移引起的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(3)在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)使用多種測(cè)量板卡和在一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)下集成大量技術(shù)的前提是在測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行前端信號(hào)調(diào)理。NI的信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，具有對(duì)多種類(lèi)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理的功能；通道增益、濾波和激勵(lì)電平的配置均可編程；擁有高速總線，模擬信號(hào)的采樣速率可達(dá)333ks/s；同時(shí)提供系統(tǒng)保護(hù)功能。(4)不管是DAQ產(chǎn)品還是信號(hào)調(diào)理裝置，它們均具有較佳的軟件集成功能。這些設(shè)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(shè)置的虛擬通道可以將采集所得數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成具有工程含義的單位。(5)支持多種總線標(biāo)準(zhǔn)，如ISA總線，PCI總線，PXI/CPCI總線，PCMCIA總線，USB總線。3系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)LabWindows/CVI是NI公司提供給用戶的虛擬儀器軟件之一，是用于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集、儀器控制及自動(dòng)測(cè)試的一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在該平臺(tái)下用戶可以快速方便地編寫(xiě)、調(diào)試和修改應(yīng)用程序，形成可執(zhí)行文件。使用LabWindows/CVI設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶較終看見(jiàn)的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板。本系統(tǒng)以LabWindows/CVI為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想編寫(xiě)系統(tǒng)控制軟件。用戶主界面控制包括所有菜單及參數(shù)控制按鈕和實(shí)時(shí)/分析控制按鈕。菜單及參數(shù)控制按鈕主要用來(lái)選擇試驗(yàn)項(xiàng)目以及設(shè)置測(cè)試該項(xiàng)目時(shí)的有關(guān)參數(shù)；實(shí)時(shí)/分析控制按鈕用來(lái)選擇對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集還是對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)流程如圖2所示。3.1數(shù)據(jù)的采集由于干式變壓器試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目多，不同測(cè)試項(xiàng)目中測(cè)試信號(hào)的性質(zhì)不同，對(duì)測(cè)試的采樣率要求也不一致，為了滿足不同項(xiàng)目的測(cè)試要求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集軟件時(shí)可以采用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)技術(shù)。先先把對(duì)儀器進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)讀取的函數(shù)做成動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，然后在運(yùn)行主程序中通過(guò)加載動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，獲取其函數(shù)指針來(lái)調(diào)用函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作。3.2數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)為方便對(duì)不同測(cè)試項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理、分析以及對(duì)某些測(cè)試項(xiàng)目中顯示波形，本系統(tǒng)利用開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODBC)技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。先先應(yīng)用SQL建立一個(gè)描述存入內(nèi)存的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間關(guān)系的表格，然后將讀取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。較后利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，就可以更方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，可以很方便地對(duì)要顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位以及選擇不同測(cè)試項(xiàng)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(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)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(cè)試項(xiàng)目不同通道的波形，同時(shí)還可對(duì)波形進(jìn)行放大和縮小等變換。4結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)利用基于PXI總線的虛擬儀器技術(shù)來(lái)構(gòu)建的干式變壓器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，方便靈活。由于采用了NI公司業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品和測(cè)量驅(qū)動(dòng)軟件，不僅可以保證各種干式變壓器試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)量精度，而且可以實(shí)現(xiàn)了干式變壓器試驗(yàn)的自動(dòng)測(cè)試，大大提高實(shí)驗(yàn)效率及數(shù)據(jù)的處理、分析、存盤(pán)和試驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上將臺(tái)式PC機(jī)改為便攜式計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于干式變壓器生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、安裝調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)干式變壓器進(jìn)行某些項(xiàng)目的測(cè)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(xiàn)［1］沈陽(yáng)干式變壓器廠編，干式變壓器試驗(yàn)［M］.機(jī)械工業(yè)社，1986，9.［2］張易知等編.虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2002，1.［3］數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理手冊(cè)［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(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)及應(yīng)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總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)［J］.電測(cè)與儀表，2003，2. 來(lái)源：中電力網(wǎng)#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#