基于虛擬儀器的高電壓測(cè)量技術(shù)綜述

基于虛擬儀器的高電壓測(cè)量技術(shù)綜述

1測(cè)量?jī)x器的測(cè)量和測(cè)量原理虛擬儀器（）是利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)而形成的，不僅可以通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的機(jī)器硬件和專用軟件，還可以形成具有普通機(jī)器基本功能和一般機(jī)器無(wú)特殊功能的自動(dòng)化、智能優(yōu)質(zhì)新機(jī)器。它適用于所有需要計(jì)算機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的場(chǎng)合。虛擬儀器是電子測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的、具有很好發(fā)展前景的新一類電子儀器,它比傳統(tǒng)的電子儀器更為通用,在組建和改變儀器的功能和技術(shù)性能方面更為靈活、更為經(jīng)濟(jì),更能適應(yīng)迅猛發(fā)展的當(dāng)代科學(xué)技術(shù)對(duì)測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的功能與性能要求。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命,代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流,是測(cè)控技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域,對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。虛擬儀器通過(guò)軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體,從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起,大大縮小了儀器硬件的成本和體積,并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。從發(fā)展史看,電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器的發(fā)展過(guò)程。由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律(每半年提高一倍)飛速發(fā)展,已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面,并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來(lái)較高的技術(shù)更新速率。高電壓測(cè)量領(lǐng)域要測(cè)試的內(nèi)容很多,包括交、直流電壓、電流,沖擊電壓、沖擊電流等。其跨越的時(shí)域范圍很廣(從ms級(jí)直到μs級(jí)),測(cè)量這些參量勢(shì)必需要眾多的儀器儀表、示波器、峰值電壓表等。如果采用虛擬儀器,那么使用虛擬的硬件和靈活的編程就能夠方便的改變硬件的功能或性能參數(shù),從而依靠硬件設(shè)備的柔性來(lái)增強(qiáng)其適用性和靈活性,以滿足高電壓測(cè)量的不同需求。2虛擬儀器的組成2.1計(jì)算機(jī)管理虛擬儀器接口電路設(shè)計(jì)虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和接口電路,如圖1所示。計(jì)算機(jī)管理虛擬儀器的軟、硬件資源,接口電路根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)接口總線轉(zhuǎn)換輸入、輸出信號(hào)供其他系統(tǒng)(或電路)使用,可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ等4種標(biāo)準(zhǔn)接口總線或標(biāo)準(zhǔn)接口。2.2基于儀器已使用的圖形化程序軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的關(guān)鍵。從底層到頂層,虛擬儀器的軟件系統(tǒng)框架包括VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件3個(gè)部分,如圖2所示。VISA庫(kù)是標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱,它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,執(zhí)行儀器總線的特殊功能,是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接,可用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制;儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器的控制與通信的軟件程序集合,是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁;應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上,直接面對(duì)操作用戶,通過(guò)提供直觀、友好的操作界面,豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能,來(lái)完成自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。在虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)中,圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW具有開發(fā)周期短、調(diào)試輕松、便于學(xué)習(xí)和掌握等特點(diǎn),是目前使用最廣泛的虛擬儀器編程語(yǔ)言之一。以NI公司為例,其LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境體系結(jié)構(gòu)由基本模塊和擴(kuò)展模塊二部分組成。引擎部分是整個(gè)圖形化開發(fā)環(huán)境的核心,它包括編輯模塊、運(yùn)行模塊和調(diào)試模塊。LabV1EW開發(fā)環(huán)境分為前面板和流程圖兩部分,前者是用于人機(jī)交互的程序圖形用戶接口(GUI),集成了旋鈕、開關(guān)等用戶輸入(控制)對(duì)象;后者是程序的圖形化源代碼,它包括函數(shù)、結(jié)構(gòu)、代表前面板上控制對(duì)象和顯示對(duì)象的端子連線等。儀器接口模塊包括VISA庫(kù)、GPIB庫(kù)、串口庫(kù)、DAQ庫(kù)和VXI庫(kù)等。3虛擬儀器用于高壓計(jì)的應(yīng)用3.1虛擬儀器用于測(cè)量電壓的影響3.1.1要模塊的設(shè)計(jì)沖擊電壓是高電壓絕緣試驗(yàn)中的重要參數(shù)。沖擊電壓虛擬儀器測(cè)量系統(tǒng)的硬件構(gòu)成框圖見圖3,其主要模塊有沖擊分壓器、傳輸系統(tǒng)、二次分壓和阻抗匹配系統(tǒng)。將沖擊高壓衰減到數(shù)字存儲(chǔ)示波器合適的測(cè)量范圍,由數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集沖擊電壓波形并進(jìn)行數(shù)字化,采用GPIB卡實(shí)現(xiàn)數(shù)字存儲(chǔ)示波器和計(jì)算機(jī)通信,由計(jì)算機(jī)虛擬儀器軟件進(jìn)行濾波,數(shù)據(jù)處理,得出結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示并可打印輸出。3.1.2高壓沖擊電壓測(cè)量軟件軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。沖擊電壓虛擬儀器軟件系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺(tái),它采用圖形化語(yǔ)言,設(shè)計(jì)者只要根據(jù)需要編寫相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序使其于計(jì)算機(jī)通信,然后將相關(guān)的圖形或圖標(biāo)進(jìn)行連接,選擇合理的方法及參數(shù)就可以構(gòu)成一種新的虛擬儀器。其軟件分為底層、中間層和上層3個(gè)層次模塊,見圖4。其中,底層為硬件的驅(qū)動(dòng)模塊,中間層為程序的實(shí)現(xiàn)模塊,上層為用戶界面。軟件系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面,操作簡(jiǎn)單方便。計(jì)算機(jī)進(jìn)行選址,選準(zhǔn)對(duì)象后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,再根據(jù)所測(cè)量的量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)處于待觸發(fā)狀態(tài),當(dāng)沖擊電壓來(lái)臨時(shí)觸發(fā)系統(tǒng),完成數(shù)據(jù)采樣及處理,并顯示結(jié)果。在高壓沖擊電壓測(cè)量中,由于虛擬儀器系統(tǒng)處于高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境中,計(jì)算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)有干擾毛刺,因此必須采用軟件進(jìn)行數(shù)字濾波,本程序采用Butterworth(巴特沃茨)平滑法。交直流電壓、電流、沖擊電流等參數(shù)的測(cè)量方法與沖擊電壓測(cè)量方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相似,只是傳感器及計(jì)算程序不同,這里不再詳述。3.2電流傳感校驗(yàn)儀的數(shù)字視頻監(jiān)控電子式電流互感器(ETA)是一種新型的電流互感器,其輸出信號(hào)是模擬小信號(hào)和數(shù)字信號(hào),因此傳統(tǒng)的電流互感器校驗(yàn)儀難以對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。新型電流互感器校驗(yàn)儀以LabVIEW作為開發(fā)工具,利用虛擬儀器技術(shù)對(duì)Rogowski線圈的比差、角差進(jìn)行校驗(yàn),同時(shí)測(cè)量了Rogowski線圈的溫度特性和頻率特性。應(yīng)用于ETA的校驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。所研制的電流互感器校驗(yàn)儀采用DFT算法,兩路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)過(guò)DFT運(yùn)算便可得到有效值UT、UX,它們分別正比于標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和被校電流互感器二次側(cè)電流信號(hào)的有效值?；谔摂M儀器技術(shù)的電流互感器校驗(yàn)儀可很方便地對(duì)被校信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波處理,并以顯示、存儲(chǔ)等形式輸出,計(jì)算出比差f為式中,KT是標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的額定電流與被校電流互感器的電流之比;KX為被測(cè)電流互感器的額定電流與被測(cè)電流互感器的電流之比;a1、a2分別為標(biāo)準(zhǔn)和被校電流互感器的電流/電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。這里的角差是針對(duì)工頻量而言的,在本校驗(yàn)儀中采用了DFT方法計(jì)算。設(shè)被校電流互感器輸出的電流信號(hào)為x(t)=Acos(2πft+Φ),數(shù)字采集卡的采樣頻率fs=Nf。對(duì)上述被校信號(hào)x(t)進(jìn)行DFT變換可以求出其包含的基波和諧波分量大小,其中基波分量(工頻量)表達(dá)式為式中,n為正整數(shù);a1,b1分別為x(t)進(jìn)行DFT變換后所包含的基波分量的實(shí)部和虛部;Φ是電流互感器的角差。數(shù)據(jù)采集進(jìn)入計(jì)算機(jī)后,由虛擬儀器程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、顯示和保存等,利用該校驗(yàn)儀能夠方便地測(cè)量出比差、角差、頻率和諧波分量等參數(shù)?；谔摂M儀器技術(shù)的互感器校驗(yàn)儀采用16位數(shù)據(jù)采集卡,采樣率為200×103個(gè)/s樣本,完全滿足工頻信號(hào)準(zhǔn)確測(cè)量的要求。在所編制的互感器校驗(yàn)計(jì)算軟件中,利用DFT算法計(jì)算幅度譜和相位譜是以1s為一個(gè)基本計(jì)算單元的。軟件運(yùn)行過(guò)程中可以設(shè)置采樣率為2i個(gè)/s樣本(i為自然數(shù)),以準(zhǔn)確地計(jì)算信號(hào)的幅度和相位。虛擬儀器由前面板和框圖程序組成,前面板類似實(shí)際儀器的外觀;框圖程序是虛擬儀器的核心部分,其功能包括數(shù)據(jù)采集卡的初始Rogowski線圈比差和角差的計(jì)算,以及計(jì)算結(jié)果的顯示和輸出。3.3諧波測(cè)試方法由于各種非線性電力電子元件的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)中產(chǎn)生了頻率為基波頻率整數(shù)倍的各種諧波,給電力系統(tǒng)的環(huán)境造成污染,因此必須對(duì)諧波進(jìn)行治理。治理諧波的先決條件是對(duì)諧波的監(jiān)測(cè)和測(cè)試,現(xiàn)有的諧波測(cè)試系統(tǒng)大都是采用硬件形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面介紹采用虛擬儀器的思想,充分利用了現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù),用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)諧波的測(cè)試。諧波測(cè)試原理框圖如圖6所示,它主要包括硬件和控制軟件2大部分。系統(tǒng)的工作原理是經(jīng)過(guò)電壓或電流互感器的電壓或電流信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡處理后送到計(jì)算機(jī)的總線,通過(guò)軟件編程的方法對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示。3.4頻率跟蹤技術(shù)由于電網(wǎng)中的頻率不是恒定不變的,為了使在一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)保持恒定,就需要采用跟蹤采樣技術(shù),以往通常采用鎖相環(huán)硬件頻率跟蹤電路。電力系統(tǒng)的頻率變化主要受變化周期10～180s的脈動(dòng)分量負(fù)荷及變化非常緩慢的持續(xù)分量的影響,因此采用頻率軟跟蹤的方法具有可行性,基于Labview的頻率軟跟蹤流程如圖7所示。采用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)頻率軟跟蹤法可以大大降低硬件成本,增加儀器靈活性。虛擬儀器系統(tǒng)首先使用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)被測(cè)信號(hào)采樣3次,每次采樣幾個(gè)工頻周期分別計(jì)算頻率,最后取頻率的平均值,以此來(lái)確定實(shí)際采樣率。在測(cè)頻部分,為了濾除可能會(huì)使一個(gè)電壓周期含有多于2個(gè)的過(guò)零點(diǎn)的諧波、擾動(dòng)、噪聲等高頻分量,在頻率計(jì)算前加入一個(gè)低通濾波器。頻率計(jì)算主要分為過(guò)零檢測(cè)和頻率計(jì)算2個(gè)部分,過(guò)零檢測(cè)是從數(shù)字濾波器輸出的基波數(shù)據(jù)中找出第一個(gè)大于或等于零的點(diǎn),并將其置1,其余數(shù)據(jù)全部置0;頻率測(cè)量由LabVIEW中的布爾邏輯函數(shù)和移位寄存器、for循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),然后用峰值檢測(cè)電壓與電流波形,找出過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的索引值,并通過(guò)索引值之差以及實(shí)際采樣時(shí)間間隔計(jì)算出周期和頻率的大小。周期的最大絕對(duì)誤差取決于采樣間隔,頻率軟跟蹤技術(shù)在測(cè)量電流、電壓和平均功率等參數(shù)時(shí)可以簡(jiǎn)化運(yùn)算,有效地抑制由于泄漏效應(yīng)引起的誤差,提高測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)電壓、電流連續(xù)采樣可以分別得到N個(gè)采樣數(shù)據(jù)。如果采用頻率軟跟蹤法使采樣頻率跟蹤系統(tǒng)基頻的變化,則N就為一常數(shù),這時(shí)可計(jì)算出電壓U、電流I的真有效值和功率P在虛擬儀器的前面板可以顯示電壓、電流的實(shí)時(shí)波形,還能將計(jì)算的有效值用指針儀表指示器直觀、逼真地顯示或用數(shù)字精確顯示,便于使用者讀取和做出判斷。3.5諧波測(cè)量的測(cè)量過(guò)程近年來(lái)應(yīng)用較廣的相位測(cè)量方法是過(guò)零鑒相法,這種方法通過(guò)對(duì)兩個(gè)同頻正弦信號(hào)放大、整形,用脈沖填充法測(cè)量同向過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出兩個(gè)信號(hào)的相位差式中,T為被測(cè)信號(hào)周期;Δt為兩信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間差;f為采樣周期;n為通過(guò)測(cè)量?jī)闪泓c(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)。這種方法利用計(jì)算機(jī)對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行分析處理,使零點(diǎn)的偏移減小到最小限度,避免了零點(diǎn)偏移對(duì)脈沖計(jì)數(shù)產(chǎn)生的影響。通過(guò)搜索多個(gè)零點(diǎn),在虛擬儀器軟件中就可以把信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)較為準(zhǔn)確地估計(jì)出來(lái)。由于溫度的影響,采樣板的前置放大器可能產(chǎn)生零漂,由此在采樣時(shí)使采樣數(shù)據(jù)也產(chǎn)生零漂。在軟件中可以先補(bǔ)償零點(diǎn)漂移,然后再進(jìn)行相位的計(jì)算,從而去除由于零點(diǎn)漂移對(duì)相位測(cè)量的影響。由于信號(hào)分別從2個(gè)獨(dú)立的通道輸入,這2個(gè)通道對(duì)信號(hào)相位將產(chǎn)生不同的相移,對(duì)相位測(cè)量結(jié)果造成影響,可以通過(guò)虛擬儀器軟件根據(jù)實(shí)際的相差更正值將其去除。電力系統(tǒng)中的被測(cè)信號(hào)一般含有諧波成分,利用數(shù)字處理方法還可以用軟件去除諧波的影響。使用虛擬儀器測(cè)量相位,不但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,還能大大提高測(cè)量精度,同時(shí)可以完成測(cè)量電壓、電流、功率,或頻譜分析等功能,達(dá)到一機(jī)多用的目的。諧波測(cè)量包括各次諧波含有率和總諧波畸變率2個(gè)重要參數(shù),若測(cè)得第n次諧波電壓有效值為Un,基波電壓有效值為U,第n次諧波含有率為電壓總諧波畸變率為電流的各次諧波含有率和總諧波畸變率計(jì)算方法與電壓相同,利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行諧波分析大多采用傅立葉算法。儀器硬件部分由信號(hào)調(diào)理板、數(shù)據(jù)采集卡和PC工業(yè)計(jì)算機(jī)組成;軟件部分由LabWindows/CVI完成儀器的全部功能,分為采集卡驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集程序、諧波測(cè)量程序、諧波基本分析程序和諧波高級(jí)分析程序5個(gè)部分。虛擬儀器具有相對(duì)簡(jiǎn)單和通用化的硬件配置,能對(duì)諧波監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓、電流的基波及各次諧波的幅值、相位、諧波總畸變率、各次諧波的功率和方向等進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)測(cè)量,統(tǒng)計(jì)超標(biāo)諧波和觀察變化趨勢(shì),并可在顯示器上以示波器的方式顯示采樣的電壓、電流波形。盡管人們?cè)谥C波研究方面做出了很多的努力,但對(duì)電網(wǎng)中諧波污染源的判斷以及如何量化它們對(duì)電能質(zhì)量的影響程度卻研究得很少?；谥C波有功功率流向的諧波虛擬儀器,不僅可分析三相諧波畸變?cè)?還可以同時(shí)量化地給出諧波源對(duì)供電質(zhì)量的影響。諧波虛擬儀器中6路電流、電壓信號(hào)分別通過(guò)2個(gè)A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),采用同步采樣技術(shù)防止頻譜泄漏。輸入信號(hào)的采樣值由一個(gè)DSP采集并處理,從而得到視在功率、有功功率,諧波有功功率Pu以及畸變功率Pn。將結(jié)果送入到主機(jī)中的虛擬儀器面板進(jìn)行顯示,并使用虛擬儀器對(duì)功率積分求出總能量和流過(guò)被測(cè)區(qū)域的能量Eu0,Eni0,這種儀器能夠有效地判斷三相供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波源負(fù)荷,流回測(cè)量區(qū)域的有功功率能很好的反映出污染源負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量降低的影響程度。但是,由于上述儀器只對(duì)連接到公共節(jié)點(diǎn)的一個(gè)測(cè)量區(qū)域采樣,在實(shí)際測(cè)量中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。因此,人們對(duì)上面的方法做了進(jìn)一步的改進(jìn):利用虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化功能建立一個(gè)主從分布式測(cè)試系統(tǒng),各從機(jī)分別測(cè)量連接到公共節(jié)點(diǎn)的所有線路上的被測(cè)區(qū)域,結(jié)果送入主機(jī)進(jìn)行綜合判斷,以得到更加準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。3.6分利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)電力電纜埋藏于地下,運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,因此進(jìn)行電纜的故障診斷比較困難?；谔摂M儀器的電力電纜故障智能測(cè)距儀中測(cè)試系統(tǒng)充分利用高級(jí)語(yǔ)言Windows的強(qiáng)大功能編程風(fēng)格,并引入小波變換和相關(guān)分析方法對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行分析,以實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)測(cè)距。試驗(yàn)結(jié)果表明,此系統(tǒng)可提高故障測(cè)距的正確性和精度。傳統(tǒng)儀器只能用硬件或固化的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),其功能固定,用戶不能改變,計(jì)算分析功能較差。而虛擬儀器系統(tǒng)的功能是用戶自定義的,即用戶可根據(jù)需要任意開發(fā)、設(shè)計(jì)各種儀器。除數(shù)據(jù)采樣裝置外,其余如顯示、打印、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算分析等硬件部分均可由普通計(jì)算機(jī)代替。整體硬件由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的程序軟件控制,可進(jìn)行高速采樣、計(jì)算分析處理和Windows編程風(fēng)格的顯示表達(dá)。充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理,不但能達(dá)到傳統(tǒng)儀器的效果,也突破了傳統(tǒng)儀器在測(cè)量速度、測(cè)量功能及適應(yīng)范圍上的局限,并給設(shè)計(jì)人員提供了更大的創(chuàng)造空間。本裝置由虛擬儀器和筆記本電腦構(gòu)成,虛擬儀器采用RigolElectronic的RVO3100B型,最大采樣頻率為100MHz,上升時(shí)間小于6ns,采樣位數(shù)為8bit;采用2+1通道(ChannelA、ChannelB、EXTTRIG),最大存儲(chǔ)量為64kB/通道;有多種觸發(fā)方式,能輕易捕捉瞬態(tài)信號(hào),可進(jìn)行負(fù)延遲觸發(fā);觸發(fā)電平自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào);自動(dòng)GND電平校準(zhǔn),自動(dòng)OFFSET校準(zhǔn);對(duì)于周期信號(hào)可使用自動(dòng)調(diào)定功能,自動(dòng)設(shè)定采樣率、單位電壓及觸發(fā)狀態(tài)使波形以最好的形態(tài)顯示。該儀器外型小巧,方便攜帶。筆記本電腦控制數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析。此外,虛擬儀器和筆記本電腦都采用電池供電,避免了高壓反擊燒壞儀器。軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)中的重要部分,在采集到數(shù)據(jù)后要通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷、計(jì)算以及存儲(chǔ)等?？紤]到RVO3100B針對(duì)VisualBasic(VB)提供了編程接口DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),且VB這種可視化開發(fā)平臺(tái)具有友好的界面,能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的快速開發(fā),還有豐富的API函數(shù)可供使用。因此整個(gè)軟件部分采用VB6.0編寫,以實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集控制、信號(hào)波形顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、小波分析、相關(guān)分析和故障距離計(jì)算等功能。軟件部分的核心——小波分析程序同樣采用DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)供人機(jī)界面調(diào)用,它包含設(shè)置濾波器系數(shù)子程序、用小波分解重構(gòu)算法進(jìn)行信號(hào)消噪子程序和計(jì)算多尺度模極大值子程序。電纜故障智能測(cè)試儀的人機(jī)界面可分為繪圖、初始化參數(shù)調(diào)整、波形操作、波形調(diào)整、光標(biāo)操作和計(jì)算6部分。電纜故障智能測(cè)距儀的操作流程基于該儀器操作界面的各種功能選項(xiàng),依據(jù)各選項(xiàng)功能的不同可分為人工測(cè)距和自動(dòng)測(cè)距操作。采用虛擬儀器技術(shù)研制電力電纜故障測(cè)距儀,用戶只需購(gòu)買數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而將精力放在軟件的開發(fā)研究上,充分利用高級(jí)語(yǔ)言的強(qiáng)大功能和存儲(chǔ)功能開發(fā)復(fù)雜的計(jì)算分析程序,如小波變換程序和基于采樣值的自相關(guān)和互相關(guān)程序(也可采用MaUab等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析),靈活設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng),開發(fā)周期短,費(fèi)用低,提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.7在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電力變壓器故障的原因之一是介質(zhì)擊穿,而介質(zhì)擊穿通常是由局部放電(PD)引起的,PD水平和增長(zhǎng)速率能夠反映變壓器內(nèi)部絕緣性能正在發(fā)生的變化。在線監(jiān)測(cè)電力變壓器內(nèi)部的局部放電,及時(shí)觀察其發(fā)展情況,有助于對(duì)電力變壓器的絕緣狀況進(jìn)行判斷,從而有效地預(yù)報(bào)設(shè)備故障。變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先要有效地濾除各種干擾,可靠地提取出PD信號(hào)。同時(shí)還要能做出反映放電特征的各種放電譜圖、放電發(fā)展的趨勢(shì)圖,并能夠?qū)v史數(shù)據(jù)進(jìn)行重現(xiàn),以便為變壓器絕緣狀態(tài)診斷提供依據(jù)。傳統(tǒng)的主要依靠硬件來(lái)進(jìn)行抗干擾的局部放電檢測(cè)儀,抗干擾手段單一,抗干擾效果差,難以滿足上述要求。該系統(tǒng)采用將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)相結(jié)合通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)各種功能的虛擬儀器技術(shù)。常規(guī)的虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)上嵌入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),然后用軟件在屏幕上生成儀器面板,用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分析處理以及結(jié)果顯示等功能。該虛擬儀器系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字I/O卡和圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW,并結(jié)合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍信號(hào)調(diào)理電路的控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示等功能?？纱蟠筇岣呖垢蓴_性能:如對(duì)窄帶干擾,在軟件上采用多阻帶濾波的方法將不同中心頻率的窄帶干擾濾除;對(duì)脈沖型干擾,采用雙傳感器定向耦合極性鑒別的方法,來(lái)自電網(wǎng)的干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)2個(gè)傳感器后極性相同,而來(lái)自變壓器內(nèi)部的放電信號(hào)極性相反。根據(jù)這一特性,可利用軟件識(shí)別2路信號(hào)的極性:如2路信號(hào)極性相同,為外部干擾;如2路信號(hào)極性相異,則為內(nèi)部放電。白噪在時(shí)域中表現(xiàn)為無(wú)規(guī)律的隨機(jī)脈動(dòng);在頻域中則表現(xiàn)為在整個(gè)頻帶上均勻分布。而放電脈沖能量比較集中在某一頻段,采用帶寬限定的放大器對(duì)放電信號(hào)能量集中的頻段進(jìn)行放大以提高信噪比,同時(shí)通過(guò)軟件設(shè)置抑制噪聲閾值以抑制噪聲干擾。電力變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖8。硬件電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效獲取并實(shí)時(shí)采集,使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地工作。數(shù)據(jù)采集速率的選擇要符合奈奎斯特采樣定律,采集系統(tǒng)最小的采樣率必須是被測(cè)對(duì)象最大頻率的2倍才不至于出現(xiàn)頻率混疊。要正確識(shí)別局部放電信號(hào),確定脈沖的極性和最大放電量,要求能夠?qū)⑿盘?hào)波形比較完整地采集下來(lái)。該系統(tǒng)選擇NI5102采集卡插入工控機(jī)的PCI插槽進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,該采集卡的主要參數(shù)有:①2條8位的模擬輸入通道;②最高20MS/s的時(shí)域單次采樣速率;③15MHz的模擬輸入帶寬;④水平、斜面