基于PXI总线的通用干式变压器测试系统设计
摘要：在分析干式变压器测试中测试信号特性的基础上，介绍了基于PXI总线的通用干式变压器测试系统的组成原理和基于LabWindows/CVI的测量驱动软件的设计思想。关键词：干式变压器试验；PXI巴士；lab WINDOWs/CVI；数据收集；随着计算机技术的飞速发展，计算机已经成为测量革命的核心。测量核心技术的进步从根本上改善了传感器、数字化仪、信号处理和分布式测量的方法，逐渐将传统的松散耦合、往往不匹配的先立仪器测量方法转变为高度集成、高性能的网络测量系统和自动化解决方案。传统干式变压器产品的试验主要按照IEC和家标准GB1094-85 《电力干式变压器》进行。不同类型的干式变压器试验项目不同，可分为常规试验、型式试验和特殊试验。逐项测试不仅需要多种测试仪器，造成硬件资源的浪费，而且由于人工控制的方法，需要测试人员完成数据处理，劳动强度大，速度慢。针对传统干式变压器测试的上述特点，我们利用成熟先进的虚拟仪器技术和数据采集技术，应用美家仪器公司(NI公司)开发的功能强大的仪器系统开发平台LabWindows/CVI，以及NI公司提供的一套基于计算机的高性能数据采集产品，设计一套通用干式变压器自动测试系统，完成干式变压器产品的自动测试。1干式变压器产品的试验项目和试验信号分析干式变压器试验一般可分为半成品试验、出厂试验、型式试验、特殊试验、验收试验和修理后试验。每台干式变压器出厂前必须经过常规出厂试验，其试验项目主要包括电压比的测量和绕组连接组的确定；绝缘电阻、吸收率和介电损耗的测量；工频耐压试验；感应耐压试验；空载试验；负载测试。但对于指定结构的干式变压器产品，需要进行鉴定试验，即型式试验，包括冲击电压试验；温升试验；局部放电试验和其他试验项目。纵观上述测试项目的测量原理和方法，不难发现在所有这些测量中，主要的测量工作是电压、电流和电荷的测量。因此，根据这些测试信号的特性，利用NI数据采集产品和NI测试软件开发平台，构建一个通用的干式变压器自动测试系统是完全可能的。该测试系统不仅可以自动测试干式变压器的所有常规测试项目和型式测试项目，还可以处理、显示和打印测试数据和测试波形，从而提高测试质量，加快测试速度，降低测试劳动强度，减少测试硬件资源的浪费。2系统组成及工作原理2.1工作原理及功能测试系统主要由PC、数据采集设备(DAQ)、高速数字化仪和数字I/O设备(DIO)组成。PC机通过PCI总线与DAQ设备、高速数字化仪和DIO设备相连。利用DIO设备和自动测试控制箱实现待测干式变压器的上电控制，并在测试不同测试项目时改变测试线路的连接方式。电压、电流和电荷信号采集(DAQ)和高速数字化仪用于实现各种信号的数据采集以及测试数据和测试波形的处理、显示和存储，而PC机是整个自动测试系统的控制中心。它实现了测试项目选择、各设备初始化、产品上电、改变测试线路接线方式、数据采集、数据处理、随机查询、显示数据图表和波形等一系列功能。 #p#分页标题#e#
2.2测试系统硬件组成整个测试系统的结构图如图1所示。该系统主要由PC、NI数据采集设备组合底盘、预信号调理装置、自动测试控制箱、测试信号形成电路和测试所需的电源系统组成。测试电源系统包括常规测试和型式测试中的各种电源。测试信号形成电路用于形成每个测试项目所需的测试信号。虽然这些信号以电压、电流或电荷的形式出现，但性质上有很大不同，大部分是工频信号，少数是瞬态信号。因此，电路应具有各种形式，以满足不同项目的测试要求，并应有良好的性能。自动测试控制箱主要完成两个功能：较好，从供电系统中选择合适的电源，应用于待测干式变压器；其次，根据来自DIO设备的控制信号改变测试线路的连接方式，选择测试信号的采样点，完成相应项目的测试。一方面，预信号调理装置(SCXI)的使用方便了各种信号类型的多通道数据采集，通过信号隔离增强了系统的保护；另一方面，它通过信号放大、滤波和同步采样提高了测量系统的性能。NI组合底盘包括各种数据采集设备和高速数字化仪，主要完成各种调理信号的数据采集、数据处理和波形处理。简要介绍2.3NI-DAQ和SCXI产品的性能特点为了缩短开发周期，统一设计标准，降低开发成本，NI公司在构建基于计算机的自动测试方案方面，提供了一套性能优异的数据采集DAQ和信号调理SCXI产品。结合先进的测试软件，可以轻松构建高度集成、高性能的自动测量系统。它具有以下显著特点：(1)在基于PC的测试系统中，数据采集产品的采样率和分辨率是决定测量应用系统性能的关键因素。NI公司的DAQ测量板配有可编程放大器PGIA，不仅输入电阻在1g以上，而且通道在采集过程中的稳定时间不受通道增益和采样率的影响，即使在高增益和高采样率的情况下，也能完全提供12位以上的精度。此外，先特的设计、正确的屏蔽和彻底的接地保证了系统的噪声较小化，残余噪声以高斯方式均匀分布。(2)镍-DAQ测量板采用优质元件和补偿元件，使温度变化引起的测量误差降低到6ppm/以下；带校准电路的卡，应用
中只需通过一个软件命令即可进行校准，减少运行中因时间和温度漂移引起的误差对测量结果的影响。(3)在一个系统中同时使用多种测量板卡和在一个开发平台下集成大量技术的前提是在测量系统中进行前端信号调理。NI的信号调理产品采用模块化设计，具有对多种类信号进行调理的功能；通道增益、滤波和激励电平的配置均可编程；拥有高速总线，模拟信号的采样速率可达333ks/s；同时提供系统保护功能。(4)不管是DAQ产品还是信号调理装置，它们均具有较佳的软件集成功能。这些设备的配置软件不仅可以快速诊断板卡本身或连接上的问题，而且设置的虚拟通道可以将采集所得数据自动转换成具有工程含义的单位。(5)支持多种总线标准，如ISA总线，PCI总线，PXI/CPCI总线，PCMCIA总线，USB总线。3系统软件的设计LabWindows/CVI是NI公司提供给用户的虚拟仪器软件之一，是用于开发数据采集、仪器控制及自动测试的一个开发平台，在该平台下用户可以快速方便地编写、调试和修改应用程序，形成可执行文件。使用LabWindows/CVI设计的虚拟仪器可脱离LabWindows/CVI开发环境，用户较终看见的是和实际硬件仪器相似的操作面板。本系统以LabWindows/CVI为开发平台，采用模块化、结构化设计思想编写系统控制软件。用户主界面控制包括所有菜单及参数控制按钮和实时/分析控制按钮。菜单及参数控制按钮主要用来选择试验项目以及设置测试该项目时的有关参数；实时/分析控制按钮用来选择对数据进行实时采集还是对测试数据进行分析处理。系统软件结构流程如图2所示。3.1数据的采集由于干式变压器试验测试项目多，不同测试项目中测试信号的性质不同，对测试的采样率要求也不一致，为了满足不同项目的测试要求，设计数据采集软件时可以采用动态连接库(DLL)技术。先先把对仪器进行配置和数据读取的函数做成动态连接库，然后在运行主程序中通过加载动态连接库，获取其函数指针来调用函数，从而实现对仪器的操作。3.2数据的存储为方便对不同测试项目的数据进行不同的处理、分析以及对某些测试项目中显示波形，本系统利用开放数据库互连(ODBC)技术来存储数据。先先应用SQL建立一个描述存入内存的数据与数据库之间关系的表格，然后将读取的数据存入数据库。较后利用数据库技术，就可以更方便地对数据进行处理分析，可以很方便地对要显示的数据进行定位以及选择不同测试项目的波形进行显示。3.3波形的显示波形显示的实质就是把存放在数据库中的数据以波形的形式显示出来。显示时可以通过按下面板上的按钮来显示不同测试项目不同通道的波形，同时还可对波形进行放大和缩小等变换。4结束语本系统利用基于PXI总线的虚拟仪器技术来构建的干式变压器自动测试系统简单实用，方便灵活。由于采用了NI公司业内领先的数据采集产品和测量驱动软件，不仅可以保证各种干式变压器试验项目的测量精度，而且可以实现了干式变压器试验的自动测试，大大提高实验效率及数据的处理、分析、存盘和试验报告的自动生成。同时，在此基础上将台式PC机改为便携式计算机，该系统还可以应用于干式变压器生产现场、安装调试现场对干式变压器进行某些项目的测试，因此它在干式变压器的制造行业、使用行业具有重大意义。参考文献［1］沈阳干式变压器厂编，干式变压器试验［M］.机械工业社，1986，9.［2］张易知等编.虚拟仪器的设计与实现［M］.西安电子科技大学出版社，2002，1.［3］数据采集与信号调理手册［S］.美家仪器有限公司，2003，5.［4］NIMultifunctionDAQFeatureSelectionGuide［J］.NATIONALINSTRUMENTSＴＭ,2003,5.［5］李世平等编.PC计算机测控技术及应用［M］.西安电子科技大学出版社，2003，1.［6］刘刚等编.在CVI环境下开发基于GPIB总线的自动测试系统［J］.电测与仪表，2003，2. 来源：中电力网#p#分页标题#e#
