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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)計思想及功能 模塊化的設(shè)計方法,通過PCI接口將高速數(shù)字化儀與IPC(工業(yè)控制用計算機)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，設(shè)計雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng),實現(xiàn)對高速數(shù)字化儀進行控制采樣、平滑處理波形、計算沖擊波形各種參數(shù)等功能。該系統(tǒng)具有人機界面友好、功能全面、操作簡便的特點；經(jīng)測試表明,系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常,達到國家標準。
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)置記錄時間、波形的起始位置) ；根據(jù)國標要求對數(shù)據(jù)迸行處理和計祘；輸出處理后的波形和波形峰值及時間參數(shù)值；最后，對波形和測量結(jié)果進行保存。
1.2)技術(shù)特點
雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)基于虛擬儀器的設(shè)計思想及功能模塊化的設(shè)計方法；通過PCI接口將高速數(shù)字化儀與IPC(工業(yè)控制用計算機)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，設(shè)計雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng),實現(xiàn)對高速數(shù)字化儀進行控制采樣、平滑處理波形、計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)是以軟件為中心進行系統(tǒng)的設(shè)計，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)控制用計算機) ；雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)基本功能：雷電沖擊采集、試驗數(shù)據(jù)處理、波形分析處理和報告生成；Lab VIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench) 是一種用圖標替代文本創(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)試中可進行相應(yīng)功能和信號調(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記；并配有簡單說明。
3.2) 雷電沖擊波形處理
GBT 16927.1-2011標準對雷電沖擊波的定義如圖4。
圖4 GBT 16927.1-2011標準對雷電沖擊波定義的波形
雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)的標準波形，采用最小二乘法擬合來實現(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，圖中紅線為實側(cè)波形而藍線為標準定義波形。
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標準要求，相應(yīng)于校準沖擊的輸出應(yīng)至少取10次沖擊進行估算，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。時間參數(shù)也應(yīng)至少用10次沖擊來估算，各次輸出的時間參數(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)、雷電沖擊試驗操作面板
雷電沖擊試驗操作面板功能如圖8：
圖8 雷電沖擊試驗操作面板
3.5) 雷電沖擊數(shù)字測量系統(tǒng)試驗現(xiàn)場
對10kV電壓互感器進行雷電沖擊試驗現(xiàn)場的照片如圖9，
圖9 10kV電壓互感器進行雷電沖擊試驗現(xiàn)場照片
圖為試驗現(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)場試驗分別進行了單次試驗和十次重復(fù)試驗，波形如圖10和圖11。
圖10 10kV電壓互感器進行雷電沖擊單次試驗結(jié)果
圖11 10kV電壓互感器進行雷電沖擊十次重復(fù)試驗結(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，波前時間，波尾時間均符合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，波前時間在.98到11.0μs（T1）之間，波尾時間49.2-50.5μs（T2）。十次重復(fù)測量的標準不確定度小于2%。
作者簡介
王彥金，高級工程師，長期從事電力設(shè)備質(zhì)檢工作和試驗儀的研制，現(xiàn)任gongkong認證專家，從事《智能制造論壇》服務(wù)平臺工作。
