CN2881820Y - 晶闸管阀过电流试验装置数据采集*** - Google Patents

Abstract

一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，试品阀的电压、电流及电路中其他辅助量通过相应的电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器、电流互感器等取得信号，经电缆传至变送单元；信号的采集由高速、低速两块板卡构成；低速卡实现对加热过程和谐振过程的数据采集，高速卡实现对谐振过程前几个周期的数据采集；数据采集单元由操作台远程控制，利用网络协议与服务器进行实时通信，接收来自服务器的试验参数，并显示通讯状态；本实用新型的数据采集***是基于虚拟仪器的测量***，采用了双卡采集方案，具有较高的可靠性和采样精度，可长时间有效工作。

Description

晶闸管阀过电流试验装置数据采集***

技术领域

本实用新型涉及电力***及电力电子***中对晶闸管进行过电流试验的装置，特别是一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***。

背景技术

过电流试验(Overcurrent Test)是考核电力***日益广泛使用的大功率晶闸管阀在故障情况下耐受故障电流、电压及其相关的热效应和电磁效应的能力的重要技术手段。试验装置的测量***必须能有效地记录试验数据，为数据分析以及故障分析提供依据。

过电流试验装置的试验电压最高可达40kV，最大电流达到40kA，在一次***发生各种故障时均要保证二次测量***正常工作。特别是试品阀价格昂贵，再加上试验电流远大于其额定电流，试验有可能有一定破坏性，对特定试品而言，试验可能是不可重复的，对试验过程中关键细节的捕获显得尤为重要，因而要求测量***具有极高的可靠性。

试验装置的测量***必须符合国家及电力行业高压测量标准规定。因此，测量***必须具备较高的测量精度。

此外，为防止***资源的集中消耗，造成***崩溃甚至死机，资源的合理分配也成为提高测量***性能的重要因素。

目前，国内除中国电力科学研究院外，还没有对FACTS高压阀进行过电流试验的装置。而国外拥有的过电流试验装置的大公司如瑞士ABB、瑞典ABB、SIEMENS、TOSHIBA公司，其装置的测量***均未采用基于虚拟仪器的数据采集技术。

发明内容

为了解决现有技术当中的上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于虚拟仪器技术、采用高速、低速双卡实现数据采集且具有***可靠、测量精度高、软件资源分配合理、操作简便、界面简洁、功能完善特点的晶闸管阀过电流试验装置数据采集***。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，包括有电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器、电流互感器，试品阀的电压、电流及电路中其他辅助量通过相应的电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器、电流互感器等取得信号，经电缆传至变送单元；

信号的采集由高速、低速两块数据采集卡构成；低速卡实现对加热过程和谐振过程的数据采集，并且可以通过读取来自调节控制单元的I/O信号实现对高速卡起停的控制；高速卡实现对谐振过程前几个周期的数据采集；

数据采集工控机通过计算机PCI接口实现与高速卡和低速卡的连接，并通过LAN由操作台远程控制，利用网络协议与服务器进行实时通信，接收来自服务器的试验参数，并显示通讯状态；

调节控制单元包括通过I/O数字输入输出接口相连的调节单元和监控单元，监控单元通过I/O口线对变送单元的增益倍数进行控制；调节单元和监控单元通过CAN现场总线与通讯控制机相连，通讯控制机则通过LAN由操作台远程控制；

在作为传输介质的电缆末端采用匹配电路，电缆外屏蔽层接地，匹配电阻与传输线波阻抗大小相等，为75欧姆，防止反射波造成的信号失真。

由于采用了上述的技术方案，本实用新型具有的有益效果是：

由于本实用新型的数据采集***是基于虚拟仪器技术，采用高速、低速双卡实现数据采集的测量***，不但比传统的试验测量仪器(如示波器)更为灵活，可节约大量资金；而且本***采用了双卡采集方案，选用了能够满足性能指标要求的价位相对较低的数据采集卡，通过合理安排试验数据存储顺序，避免了使用高速留盘的技术和设备，进一步降低了成本。

基于虚拟仪器的构建的本实用新型的数据采集***，按照GB/T 17626.4-1998、GB/T17626.10-1998标准，经EMC(电磁兼容)试验，***可以承受快速瞬变干扰(四级)以及衰减振荡波抗绕度试验(四级)。因此，本实用新型的数据采集***具有较高的可靠性。

本实用新型经过测量校核，***测量高电压、大电流误差均小于1％，符合中华人民共和国国家标准GB311.4《高电压试验技术第四部分测量装置》的规定。因此，本实用新型的数据采集***具有较高的采样精度。

另外，本实用新型的数据采集***的软件资源分配合理，LabVIEW软件资源分配合理，避免了***资源的争夺与浪费，使得***可以长时间有效工作。

附图说明

图1是本实用新型的晶闸管阀过电流试验装置数据采集***的框图。

图2是本实用新型的同轴电缆末端的匹配电路示意图。

图3是本实用新型的信号增益设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步说明。

参见图1，试品阀的电压、电流及电路中其他辅助量通过相应的电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)等取得信号，经电缆传至变送单元。信号的采集由高速、低速两块板卡构成，一块是NI公司的PCI-6014低速卡，另一块是凌华公司PCI-9812高速卡。6014卡实现对加热过程和谐振过程的数据采集，并且可以通过读取来自调节控制单元的I/O信号实现对9812卡起停的控制；9812卡实现对谐振过程前几个周期的数据的高速采集。

调节控制单元包括通过I/O接口相互连接的调节单元和监控单元，调节单元和监控单元通过CAN现场总线与通讯控制机相连，通讯控制机则通过LAN由操作台远程控制；

数据采集单元在图中表示为数据采集工控机(客户端)，其通过计算机PCI接口与高速卡和低速卡相连，并通过LAN由操作台远程控制，利用网络协议与服务器进行实时通信，接收来自服务器的试验参数，并显示通讯状态。

软件开发环境采用基于G语言的LabVIEW。具体来说，软件开发主要实现以下功能：

A.数据采集单元由操作台远程控制，利用网络协议与服务器进行实时通信，接收来自服务器的试验参数，并显示通讯状态。

B.对加热过程中超过范围的数据予以报警并记录。范围标准可随时设定，为便于数据分析，数据记录时可前追溯。

C.对谐振过程，9812卡记录前几个周期的数据，6014卡对谐振全过程予以记录。

D。试验过程中，允许操作者抓拍感兴趣的波形并保存。

E.对当前的试验状态给予必要的信息提示。

F.试验过程支持远程控制，也允许现场人工干预。

G.数据后处理阶段，可以自动生成基于网页的试验报告。

提高测量***可靠性的技术实现：

A.在变送单元采用德国DEHN公司具有快速响应特性的过电压保护器与避雷器，从而防止雷电或者操作(包括故障)等引起的破坏性电位差对二次测量***的影响。

B.测量***采用UPS供电，克服了由电源质量问题对测量***造成的影响。

C.与上位机的通讯采用基于TCP/IP的网络协议，与UDP协议相比，可以保证可靠的数据传输。在设置参数阶段，***对收到的每一帧参数的合理性进行判断，同时回报操作台，由操作台进行校核，确保参数传输的正确。在试验进行过程中，服务器定时发送平安报文，一旦客户端软件发现通讯中断，迅速报警并主动连接服务器，确保通讯畅通。

D.根据试验各个阶段的特点，对LabVIEW操作平台的按钮的可操作性进行控制，防止用户误操作。

E.LabVIEW程序流程由来自调节单元的I/O信号控制。对I/O信号进行了必要的抗EMI包括高频滤波处理。同时，程序对I/O信号延时后多次读取判断，防止因I/O信号受干扰造成流程误切换。

F.合理分配软件资源(后文详述)，避免了资源的集中消耗，解决了虚拟仪器潜在的可靠性问题。

提高测量***精度的技术实现：

A.由于高压测量端距虚拟仪器较远，为使信号在传输过程中少受干扰，选用通频范围较宽、噪声抑制特性较好的同轴电缆(45MHz下衰减不大于0.28dB/m)作为传输介质。在传输线末端采用匹配电路，匹配电阻与传输线波阻抗Z大小相等(如图2所示)，防止反射波造成的信号失真。

B.为了减小信号在传输过程中受到的强电磁干扰，从传输线输入的信号幅值比一般信号相对较高(约几十伏)，这样可以获得较高的信噪比。

C.由于试品阀特性不同，要求在较宽的测量范围内都有较高的测量精度。为此，将电压、电流量程范围各分为×1、×2、×4、×8四个档位，由监控单元根据试验电压等级的大小，发出档位选择信号，选择不同的调理电路输入到数据采集卡，不但扩大了信号输入范围，而且也使其接近满量程，这样就降低了量化误差的影响。调理电路在设计上采用了低增益误差、低非线性特性、低噪声的可编程增益放大器(Software Programmable Gain Amplifier)。

D.在高压下对各路信号进行实测，通过LabVIEW软件实现误差校准功能。

E.变送单元采用了AD公司的隔离放大器模块AD202(Isolation Amplifier)对输入信号进行隔离，使得采集的各路信号在变送单元不共地，从而有效减少各信号之间的相互干扰。

F.在对测量数据进行后处理时，LabVIEW程序通过执行MATLAB脚本，运行小波降噪程序，减小了噪声对信号的影响。计算di/dt、dv/dt等参数时，采用了五点插值型求导的算法，该算法也保证了对精度的要求。

合理分配软件资源的技术实现：

A.由于LabVIEW程序中用到了多卡分时段数据采集、实时通讯、时间进程显示等多线程技术，合理分配了各线程占用的资源比重，避免了相互之间的影响。

B.对于加热过程，由于时间较长，在该过程中，只记录各采集周期数据的有效值，除非数据超过了设定的范围。这样就减少了数据记录量。

C.在谐振过程中，低速卡将数据实时记录，而高速卡由于数据量相当大，且仅采集一次，因而将数据先暂存于缓冲区，待试验结束后再读取并记录，避免了资源间的争夺。

D.在数据的连续采集阶段，使用数据采集事件实现异步采集，避免了因为设备没有完成采集造成的程序闲置等待状态，从而提高了程序的执行效率。

E.在编程中没有使用全局变量，避免了因使用全局变量造成的读写竞争与消耗资源。

F.在数据采集以及对文件的操作中，使用底层函数以及二进制记录格式，减少了资源的开销。

Claims (5)

1、一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，其特征在于：包括有电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器、电流互感器，试品阀的电压、电流及电路中其他辅助量通过相应的电阻分压器、阻容分压器、分流器、电压互感器、电流互感器等取得信号，经电缆传至变送单元；

调节控制单元包括通过I/O接口相连的调节单元和监控单元，监控单元通过I/O口线对变送单元的增益倍数进行控制，调节单元和监控单元通过CAN现场总线与通讯控制机相连，通讯控制机则通过LAN由操作台远程控制；

信号的采集由数据采集单元的高速、低速两块数据采集板卡构成；低速卡实现对加热过程和谐振过程的数据采集，并且可以通过读取来自调节控制单元的I/O信号实现对高速卡起停的控制；高速卡实现对谐振过程前几个周期的数据采集；

数据采集单元通过计算机PCI接口与高速数据采集板卡和低速数据采集板卡相连，并通过LAN由操作台远程控制，利用网络协议与服务器进行实时通信，接收来自服务器的试验参数，并显示通讯状态。

2、根据权利要求1所述的一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，其特征在于：采用45MHz下衰减不大于0.28dB/m的同轴电缆作为传输介质，型号为SYV-75-2；作为传输介质的电缆末端采用匹配电路，电缆外屏蔽层接地，匹配电阻与传输线波阻抗大小相等，防止反射波造成的信号失真。

3、根据权利要求1所述的一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，其特征在于：所述高速卡是凌华公司PCI-9812高速卡；所述低速卡是NI公司的PCI-6014低速卡。

4、根据权利要求1或2所述的一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，其特征在于：在变送单元采用德国DEHN公司具有快速响应特性的过电压保护器与避雷器，从而防止雷电或者操作故障等引起的破坏性电位差对数据采集***的影响；数据采集***采用UPS供电。

5、根据权利要求1或2所述的一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集***，其特征在于：电压、电流量程范围各分为4个档位，选择不同的调理电路输入到数据采集卡，使其接近满量程，降低量化误差的影响；调理电路采用了低增益误差、低非线性特性、低噪声的可编程增益放大器；信号输入采用AD公司的隔离放大器模块，型号为AD202，减少各信号之间的相互干扰。

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