• 關(guān)鍵詞： Lab VIEW 雷電沖擊 數(shù)字測量系統(tǒng)
• 摘要：為了測量雷電沖擊電壓的波形和參數(shù)，本文利用基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想及功能 模塊化的設(shè)計(jì)方法,通過PCI接口將高速數(shù)字化儀與IPC(工業(yè)控制用計(jì)算機(jī))結(jié)合起來作為硬件系統(tǒng)；以Lab VIEW8.6為應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)高速數(shù)字化儀進(jìn)行控制采樣、平滑處理波形、計(jì)算沖擊波形各種參數(shù)等功能。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好、功能全面、操作簡便的特點(diǎn)；經(jīng)測試表明,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

1、雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)簡介

1.1)數(shù)字沖擊測量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

　　雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)測量雷電沖擊全波、操作沖擊全波、雷電沖擊截波、沖擊電流方波等波形。該系統(tǒng)主要功能有：可設(shè)置測量參數(shù)(額定電壓、分壓比、衰減比) 、根據(jù)波形設(shè)置記錄時(shí)間、波形的起始位置) ；根據(jù)國標(biāo)要求對(duì)數(shù)據(jù)迸行處理和計(jì)祘；輸出處理后的波形和波形峰值及時(shí)間參數(shù)值；最后，對(duì)波形和測量結(jié)果進(jìn)行保存。

1.2)技術(shù)特點(diǎn)

　　雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想及功能模塊化的設(shè)計(jì)方法；通過PCI接口將高速數(shù)字化儀與IPC(工業(yè)控制用計(jì)算機(jī))結(jié)合起來作為硬件系統(tǒng)；以Lab VIEW8.6為應(yīng)用程序開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)高速數(shù)字化儀進(jìn)行控制采樣、平滑處理波形、計(jì)算沖擊波形各種參數(shù)等功能。

1.3)技術(shù)參數(shù)

輸出電壓幅值  ±0-1600V

波形參數(shù)      T1=1.2μs±30%，T2=50μs±20%

負(fù)載          600-20000 PF

工作電源      AC220V    50HZ

2 雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的整體架構(gòu)

　　雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)是以軟件為中心進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)的整體架構(gòu)見圖1。

圖1 雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的整體架構(gòu)

　　雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)基本配置：高速數(shù)字化(NI PCI-5122) 、100倍的衰減器和IPC(工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)) ；雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)基本功能：雷電沖擊采集、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、波形分析處理和報(bào)告生成；Lab VIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench) 是一種用圖標(biāo)替代文本創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言；Lab VIEW采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序前面板和程序框圖二個(gè)介面。高速數(shù)字化(NI PCI-5122) 的基本參數(shù)如下：

3雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的功能

3.1)雷電沖擊采集

　　雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的雙通道采集界面如圖2。在調(diào)試中可進(jìn)行相應(yīng)功能和信號(hào)調(diào)節(jié)。

圖2 雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的雙通道采集界面

圖3雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的雙通道采集程序框圖

由圖可知，雙通道采集的采集程序框圖有標(biāo)記；并配有簡單說明。 

3.2) 雷電沖擊波形處理

GBT 16927.1-2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雷電沖擊波的定義如圖4。

圖4 GBT 16927.1-2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雷電沖擊波定義的波形

雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)波形，采用最小二乘法擬合來實(shí)現(xiàn)；其原理如圖5所示。

圖5 最小二乘法擬合原理圖

沖擊電壓波形處理波形擬合前面板如圖6，圖中紅線為實(shí)側(cè)波形而藍(lán)線為標(biāo)準(zhǔn)定義波形。

圖6 沖擊波形處理波形擬合前面板

3.3) 雷電沖擊十次測量程序

　　根據(jù)GBT 16927.1-2011標(biāo)準(zhǔn)要求，相應(yīng)于校準(zhǔn)沖擊的輸出應(yīng)至少取10次沖擊進(jìn)行估算，輸出峰值與其平均值的最大偏差應(yīng)在平均值的士1%以內(nèi)。沖擊刻度因數(shù)是輸入峰值和輸出峰值平均值之比。時(shí)間參數(shù)也應(yīng)至少用10次沖擊來估算，各次輸出的時(shí)間參數(shù)與其輸入的偏差應(yīng)在±2%以內(nèi)。傳遞過電壓十次測量前面板如圖7。

圖7 傳遞過電壓十次測量前面板

3.4)、雷電沖擊試驗(yàn)操作面板

雷電沖擊試驗(yàn)操作面板功能如圖8：

圖8 雷電沖擊試驗(yàn)操作面板

3.5) 雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)試驗(yàn)現(xiàn)場

對(duì)10kV電壓互感器進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)現(xiàn)場的照片如圖9，

 圖9 10kV電壓互感器進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)現(xiàn)場照片

圖為試驗(yàn)現(xiàn)場布置，下圖為控制室的雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)

現(xiàn)場試驗(yàn)分別進(jìn)行了單次試驗(yàn)和十次重復(fù)試驗(yàn)，波形如圖10和圖11。

圖10 10kV電壓互感器進(jìn)行雷電沖擊單次試驗(yàn)結(jié)果

圖11 10kV電壓互感器進(jìn)行雷電沖擊十次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果

從圖10中可以看出單次測量的雷電沖擊波，無論波形特征，波前時(shí)間，波尾時(shí)間均符合GBT 16927.1-2011要求；而圖11中是相同條件下十次測量得的電壓值，可以看出十次產(chǎn)生的雷電沖擊波幅值在75.2-75.9kV之間，波前時(shí)間在.98到11.0μs（T1）之間，波尾時(shí)間49.2-50.5μs（T2）。十次重復(fù)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度小于2%。

作者簡介

　　王彥金，高級(jí)工程師，長期從事電力設(shè)備質(zhì)檢工作和試驗(yàn)儀的研制，現(xiàn)任gongkong認(rèn)證專家，從事《智能制造論壇》服務(wù)平臺(tái)工作。