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基于LabView的电流互感器励磁特性自动测量系统

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内容提示: M i cr眦om puter Appl i cati ons V01.20,N o.7,2004开发应用微型电脑应用2004年第20卷第10期基于LabVi ew 的电流互感器励磁特性自动测量系统程玉进达来杨煜普李富根张毅君牛志永摘要电流互感器二次绕组的励磁特性是决定互感器性能的重要因素,二次绕组品质的好坏直接关系到成品的质量。本文介绍了互感器制造厂常用的电流互感嚣励磁特性的检测方法,并剖析了其缺点,结合虚拟仪器的概念提出了一种基于计算机技术的电流互感器励磁特性检测系统。并讨论了这种系统的原理及其硬件和软件实现。系统实现了电流互感器二次绕组励磁特性检测自动化,极大提高了生产效率;又...

文档格式:PDF| 浏览次数:16| 上传日期:2015-06-17 22:35:23| 文档星级:
M i cr眦om puter Appl i cati ons V01.20,N o.7,2004开发应用微型电脑应用2004年第20卷第10期基于LabVi ew 的电流互感器励磁特性自动测量系统程玉进达来杨煜普李富根张毅君牛志永摘要电流互感器二次绕组的励磁特性是决定互感器性能的重要因素,二次绕组品质的好坏直接关系到成品的质量。本文介绍了互感器制造厂常用的电流互感嚣励磁特性的检测方法,并剖析了其缺点,结合虚拟仪器的概念提出了一种基于计算机技术的电流互感器励磁特性检测系统。并讨论了这种系统的原理及其硬件和软件实现。系统实现了电流互感器二次绕组励磁特性检测自动化,极大提高了生产效率;又具有开发周期短、成本低的特点,并且以实际测量结果展示此方法的优势。关键词电流互感器励磁特性虚拟仪器LabVi ew一、引言电流互感器是一种专门用于变换电流的特种变压器。近年来.随着超高压电力系统的不断发展扩大和电力市场机制的引入,对继电保护动作的正确性和电能计量的精确性要求 越来越高,从而对互感器的质量和准确性能也提出了更严格要求。电流互感器的铁心质量的检测是通过鉴别互感器二次绕组的磁化曲线的饱和程度,来判断互感器的绕组有无匝间短路等缺陷。因此二次绕组的励磁特性是决定互感器质量性能的重要因素。根据国标G Bl 6847—1997《保护用电流互感器暂态特性技术要求》.对于TPs,TPx,TPY.TPz级保护用电流互感器。二次励磁特性测定试验是必须进行的型式试验和例行试验1l nI。二、互感器制造厂常用的测试检测方法铁心励磁特性的测量是确定二次绕组磁通与电流的关系。当电流互感器流过全偏移非对称短路电流时,其单向分量使铁心中出现持续时问较长的高值磁通波,因而使互感器铁心出现单向磁通的间接法试验,可认为比较符合实际[ 1] 。互感器制造厂对于电感较小的电流互感器二次励磁特性,常采用国家标准推荐的交流法测量。交流法测量原理简述如下:在二次端子上施加实际的正弦波交流电压,测量相应的励磁电流[ 1] 。励磁电流的测量采用峰值读数,以便能与峰值磁通值相对应。励磁电压的测量应采用均方根值( 标准正弦波情况下等同于有效值) 。由于二次匝链磁通值与所加电压的均方根值之间存在式( 1) 所示的关系,因而所加电压的均方根值可以代表峰值磁通值。c,一粤竺(1)~/2测试用的电路原理图如图1所示。图1工厂测试检测用的电路原理图试验前应将电流互感器二次绕组引线和接地线均拆除。试验时,一次侧开路,从电流互感器本体二次侧施加不同的电压,测得相应的电压均方根值和励磁电流峰值,即可描绘出一条曲线,此曲线即为二次励磁特性[ 4] 。这种测量方法利用模拟仪表测量相应的电参量值,优点是可以直接利用制造厂现有的设备,比较简单;但存在着如下明显的缺点:1.工作效率难以提高:测量过程中需手动调节调压器的输出电压,随着测量点数的增多,工作时间明显增长。2。测量精度比较低:由于测量时间的限制,测绘曲线的点数少,所以精度必然低。此外.由于是肉眼观测,人为误差不可避免。3.传统模拟仪表的缺陷:传统的模拟有效值仪表一般对标准正弦波有效,当信号波形有畸变时,此时测得的不是真实的有效值,用其代替均方根值误差相对较大。三、基于LabVi ew 的励磁特性自动测量系统1.虚拟仪器测控系统虚拟仪器系统是计算机技术和仪器技术结合的产物,是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义,具有虚拟面板,测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。“ 软件就是仪器” 刻画了虚拟仪器的特征。虚拟仪器的最大特点是其灵活性。和传统仪器相比。它具有以下优点:①测试和程玉进达来上海交通大学自动化系杨煜普上海交通大学自动化系李富根上海M w B互感器有限公司工程师张毅君上海M w B互感器有限公司牛志永上海M w B互感器有限公司工程师上海交通大学自动化系硕士研究生硕士研究生教授博士生导师上海200030上海200030上海200030上海200245上海200245上海200245工程师· 】5· 万方数据 M i crocom puter Appl i ∞ti ons V01.20,N o.7,2004开发应用微型电脑应用2004年第20卷第10期检测过程高度自动化;②仪器功能由用户自定义;③数据显示方式多样化;④以软件为核心,开发成本和维护费用低;⑤技术更新周期短;⑥可以通过网络与其他仪器进行联络;⑦可以对数据进行离线处理。目前比较流行的虚拟仪器编程软件环境有美国国家仪器公司( 简称N I公司) 开发的LabW i ndow s/CvI和LabⅥew 软件开发系统。特别指出,Labvi ew 是图形化软件编程平台,使用可视化技术建立人机界面,继承了传统的编程语言中结构化和模块化编程的优点[ 3] 。该软件环境提供了一种数据流方式的编程模式,用户只要连接各个框图即可构成程序,同时,提供了大量的函数库供调用。利用软件平台可大大缩短系统开发周期。2.基于LabVi ew 的励磁特性自动测量系统本测试装置基于直流法[ 1] ,采用了简单的辅助元件和有效的软件计算方法实现了二次绕组励磁特性的测量。二次绕组励磁特性测量电路如图2所示。S:手动开关ESl ~3:执行开关VS:电压传感器CS:电流传感器TS:温度传感器L:被测二次绕组C:电容Rp、Rd:功率电阻Rct:绕组内组图2二次且励磁特测量电路图2中电源模块将220V交流电转换成300V的直流电;执行开关为接触器l 电容C,功率电阻Rp、Rd均为确定值;Rct的确定:在电流变化为零的直线段,取电压与电流的比值,即R,=U “ /I“ ,U h和-h别是电流变化为零时的电压、电流与时间关系曲线上直线段对应的电压值和电流值。为了将内阻转换为75℃下的标准值,还需要测量环境温度。转换公式R。笔端× R,为。其中Q为环境温度(1c)[1]。‘ oJ T、《o口cI 口C检测系统硬件电路由计算机集中控制,测试过程自动完成。检测系统的硬件结构如图3所示。本系统的模拟数据采集和数字量输出控制采用研华的pCL一818L数据采集卡来实现,采用差分模拟量输入方式,总共用3个模拟量( VS,CS,TS) 输入.每个通道的输入范围为土10V,采样频率为3KH z。应用LabVIEW 对通用数据采集卡的驱动方法有3种:一是直接对端口操作,此方法简单易行,但采样速率较慢;二是动态连接数据采集卡的.D LL库函数.可以用来调用数据采集卡所提供的动态连接库;三是用CIN 节点调用外部代码。CIN( 代码接口节点Code Interf ace N ode) 是位于框图程序窗口中的一个功能节点。用户可将需调用的外部代码编译成Lab—VIEW 所能识另Ⅱ的格式后与此节点相连。当此节点执行时,LabVIEW 将自动调用与此节点相连的外部代码,并向CIN 传递特定数据结构。cl N 节点需要调用.1sb格式的文件。用CIN技术,用户可向CIN 传递任意复合的数据结构。由于在Lab—VIEW 中数据的存储格式遵循了C语言中数据的存储格式,并且二者完全相同,通常情况下,使用CIN 可获得较高的程序效率Dj 。本文使用cIN 节点对数据采集卡进行驱动,具体步骤如下:( 1) 创建一个空CIN 节点;( 2) 创建cIN 节点的输入输出端口;( 3) 创建.C源文件。在节点的右键菜单中选择Creat.cFi Ie· · · ,在弹出的对话框中保存文件,文件名为daq.c;( 4) 创建.1sb文件。首先利用Vi sual C++集成编译环境创建D LL文件,然后利用CIN Tool s工具将编译好的D LL文件转换成.Isb文件;( 5) 加载.1sb文件。数据传送方式选用中断传送,在每采样一个数据产生一个中断,中断程序把数据送到事先分配好的缓冲区内[ 2] 。利用板卡的数字量输出功能实现了3路开关( ESl ~3) 的控制。匝堕}—]I电压传感器,信号调理模块,l光电隔离l 温度传感器-晤号调理模块L。。。。‘ 。。‘ 。。。。。。。。。。。。。。‘ 。1。。。。。。‘ 。’ 。。。。。。。——I键盘⋯⋯一’ ⋯┃一通道控制机Vi ew )┃通道.......一┃模块橐;集{卡;系统硬件结构主要模块如图4所示。和保存模块:完成对检测量采集,并将数据以适当的保存在文件中,供进一步的处理,如分析、比较、打印、等。模块:完成与整个系统有关的硬件、计算参数、文件等设置。和处理模块:利用LabVi ew 的内置分析能力。能对采的电压u和i电流进行数字滤波等分析处理。调用软件分中的分析处理函数,计算得出实时磁通量。:对执行开关Esl ~3输出动作信号。理模块:负责测试结果的保存;历史记录查询及· 1 万方数据 M i crocom puter AppIi cati onsV01.20.N o.7,2∞4开发应用微型电脑应用2004年第20卷第l O 期删除;对用户的管理权限进行设置,供用户身份校验,保证了对数据库操作的安全性。数据库格式是M i crosoftAccess( .m db) 格式。LabVi ew 直接操作数据库的方法都显得过于繁琐[3 J ,本文利用Excel 表格文件作为中介。通过动态数据交换调用数据库的宏操作实现数据库访问。从而避免了LabVi ew直接和数据库的数据打交道。』弄1]阳图4检测系统软件主要模块LabVi ew 数据导人Access:包含两个步骤①LabVi ew 将运算结果( 或者采样数据) 保存到Excel 表格文件中:通过调用D D Eopen Conversator.vi ,D D E Poke.vi 和D D E Cl ose Con—versator.vi 来完成。②再利用动态数据交换到电子表格数据导人数据库。由于Access 2000不能直接从动态数据交换D D E( D ynam i c D ata Exchange) 的终端接受数据,当用LabVIEW程序写入数据库时,必须首先在数据库里创建一个宏( m acro) ,通过操作宏来从外部数据源接受数据。在进行动态数据交换时.数据库M i crosoft Access 2000必须一直是打开的。这个宏包括两个宏操作:首先设置一个SetW arni ngs以支持数据库对话框打开或关闭系统消息,用于显示出现的问题,然后,设置TransferSpreadsheet操作将保存在Excel 电子表格中的数据导人数据库口] 。LabVi ew 读取数据库数据:包括两个步骤①利用动态数据交换从数据库导出到Excel 电子表格中,通过调用子程序D D E0penConversator.vi ,D D E Execute.vi 和D D E Cl oseConversator.vi 来完成。DDE O penConversator.vi 用于打开动态数据交换的操作,输入参数为数据库类型M SAccess和数据库名称db;D D E Execute.vi 用于启动数据交换过程,输入参数为数据库中宏的名称;数据交换完毕,调用D D E Cl oseConversator.vi 关闭动态数据交换过程;②将电子表格文件转换成LabVIEw 数据格式,通过调用D D E open Conversator.vi 、D D ERequest Conversafor.vi 和DDE CIose Conversator.vi ,按顺序地检索数据表中地单元值,再通过SpreadsheetStri ng To Array模块将Spreadsheet字符串变成数组Ar—rayL引。数据与曲线显示模块:将数组Array作为输入量输入到XYG raph函数得到曲线。测试原理:如果在绕组端子上加上任一电压p( t) ,在时间t时二次绕组匝链的铁心磁通①( t) 与此电压存在式( 2) 所示的关系。f①(t)一J o( u—R。× i ) dt( 2)通过记录电容充放电过程中电流和电压的变化值,通过公式( 2) 可计算出相应时刻磁通的值。测试流程图5测试流程端施加直流电图6数据采集模块压.对电容C充电,使绕组电流i 从零增加到大于饱和励磁电流。之后使电容c放电,励磁电流从最大值降到某一定值I“ ,维持一段时间后,再降到零。整个充放电过程中.记录绕组两端· 17·习到—...。.....,.........。..L 万方数据 M i crt' com puter Appl i cati onsV01.20.N o.7.2004开发应用微型电脑应用2004年第20卷第10期电压u和i 电流。为了保证数据的有效性.在一次测量中对绕组进行正反交替励磁测量。根据公式( 2) 通过软件计算得出充放电过程中的实时磁通量。于是得到磁通一电流关系曲线、电压一电流关系曲线。但是电压一电流关系曲线是用直流量表示的。为了符合工程中的表达习惯,利用绕组物理特性建模,通过软测量计算,可得出交流电压一交流电流关系曲线。四、测试结果图7、图8是在工控机上软件自动测绘的TPY级电流互感器的二次励磁特性的有关曲线。整个测试过程自动完成,在极短的时间内即可完成对一个二次绕组的励磁特性的测量;测试过程共采集了2000点的电压和电流值。而且利用LabV;ew的图形显示,可以很方便地在测试完成后对图形的局部进行放大,以得到更多的细节,如图9所示。同制造厂常用的测试检测方法相比。耗时少,采集的点数多,具有更高的精确度和可靠性;同时只需较低的测试电压,安全性高。图7电流、电压与时间关系曲线图8交流电压、磁通与励磁电流关系曲图9磁通与励磁电流关系曲线的局部放大五、结束语以计算机为主控单元,以LabVi ew 为开发平台研制的励磁特性自动测量系统,充分发挥了虚拟仪器技术的优势,系统具有人机界面友好,操作方便,用户对系统的操作都为菜单形式;功能完善,利用LabVi ew 编程可以使计算机具有各种传统仪器的功能,不仅可以实现数据的测量、显示,而且可以进行数据的分析、各种曲线的绘制、打印、报表等功能;数据存储、处理和分析非常方便;扩展性能好,适应性强;方便的数据库· 18·功能、高级语言灵活高效结合等特点。通过此次检测系统的研制可以发现,在许多传统的手工测量领域,适当地引入计算机管理,不但可以大大地提高生产效率,还可以解决许多过去无法解决的人为引起的缺点。利用虚拟仪器思想建立的测控系统提高了测量精度、测量速度、灵活方便、成本低、效率高和可视化,已经成为现代测控领域的热点之一。参考文献[ 1] 国家技术监督局,G Bl 6847—1997保护用电流互感器暂态特性技术要求,1997一07—03[ 2] Advantech公司,PcL一818L探作人员参考手册,Advan—tech Co.Ltd。1999.[ 3] 王宁等。LabVi ew 在智能切割机控制软件开发中的应用,湖南大学学报( 自然科学版) .V01.30,N o.3,J un.2003[ 4] 张喜乐等,TPY级电流互感器暂态特性参数的测量,变压器,第12期,1995[ 5] 石博强等,LabVl Ew 6.1编程技术实用教程.北京:中国铁道出版社,2002( 收稿日期:2004年6月3日) 万方数据 基于LabView的电流互感器励磁特性自动测量系统基于LabView的电流互感器励磁特性自动测量系统作者:程玉进, 达来, 杨煜普, 李富根, 张毅君, 牛志永作者单位:程玉进,达来(上海交通大学自动化系,硕士研究生,上海,200030), 杨煜普(上海交通大学自动化系,教授博士生导师,上海,200030), 李富根,张毅君,牛志永(上海MWB互感器有限公司,工程师,上海,200245)刊名:微型电脑应用英文刊名:MICROCOMPUTER APPLICATIONS年,卷(期):2004,20(10)被引用次数: 参考文献(5条)参考文献(5条)2次 1.国家技术监督局 保护用电流互感器暂态特性技术要求 19982.Advantech公司 PCL-818L操作人员参考手册 19993.王宁 LabView在智能切割机控制软件开发中的应用 2003(03)4.张喜乐 TPY级电流互感器暂态特性参数的测量 1995(12)5.石博强 LabVIEW6.1编程技术实用教程 2002 引证文献(2条)引证文献(2条)1.潘文诚.唐根宝 保护用电流互感器全自动伏安特性试验仪研制[期刊论文]-电力自动化设备 2006(5)2.潘文诚.费志刚 全自动伏安试验仪上位机界面的图形化编程[期刊论文]-电力自动化设备 2006(7) 引用本文格式:程玉进.达来.杨煜普.李富根.张毅君.牛志永 基于LabView的电流互感器励磁特性自动测量系统[期刊论文]-微型电脑应用 2004(10)

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