【正文】 ................................. 24 波形采樣和測(cè)量模塊 ................................................................................................... 27 公式運(yùn)算模塊 ............................................................................................................... 28 程序線(xiàn)路連接圖 ........................................................................................................... 29 介質(zhì)損耗角的仿真測(cè)量 ................................................................................................ 32 7 介質(zhì)損耗角檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ……………………………………… .…………… . 33 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… . 33 信號(hào)采集 …………………………………………………………………………… . 33 信號(hào)處理 ……………………………………………………………… …………… . 33 信號(hào)傳輸與通信 …………………………………………………………………… .. 34 數(shù)據(jù)分析與判斷和數(shù)據(jù)顯示 ……………………………………… ..…… ..…… .. 34 結(jié)論 ………… .… …… .…………………………………………………… ………… .…… ..35 致謝 … …………………… … .…… …… .…………………………………… .…………… ..36 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 37 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 1 頁(yè) 1 緒論 電氣設(shè)備的絕緣故障及其危害性 電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，是保證供電可靠性的基礎(chǔ) [1]。提出了一種非同步采樣條件下采用基波相位分離法的補(bǔ)償算法，即采用等時(shí)間間隔電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)信號(hào)周期波動(dòng)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。基于該算法合理配置測(cè)量系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案。無(wú)論是大型關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器，還是小型設(shè)備如電力電容器、絕緣子等，一旦發(fā)生失效，必將引起局部甚至全部地區(qū)的停電。但其主要缺點(diǎn)是要取油樣，需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，故不能在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)。 （ 4） 在不斷積累監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)展人工智能技術(shù)，建立人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)絕緣診斷的自動(dòng)化。電介質(zhì)損耗掉的能量也就是電能全部轉(zhuǎn)變成了熱 能，使電介質(zhì)溫度升高。） 的余角 δ，簡(jiǎn)稱(chēng)介損角 [5]。 介質(zhì)損耗 檢測(cè) 的意義 及其注意問(wèn)題 （ 1） 在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意絕緣材料的 tan? 值。從通用接口總線(xiàn) (GPIB)到個(gè)人儀器，再發(fā)展到圖型化編程環(huán)境 LabVIEW、 HP、 VEE 等，使得虛擬儀器的思想為工業(yè)界所接受，促進(jìn)了相關(guān)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展。虛擬儀器主要是指這種方式。 （ 3） 可操作性強(qiáng)。 要保證虛擬儀器具備與傳統(tǒng)儀器匹配的實(shí)時(shí)處理能力和可靠性，很重要的一點(diǎn)是取決于傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)程序命令 (SCPI)標(biāo)準(zhǔn)的建立，向解決程控命令與儀器廠(chǎng)家無(wú)關(guān)這一目標(biāo)邁進(jìn)了重要的一步。但是受 PC 機(jī) 箱和總線(xiàn)限制，且有電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。 GPIB 技術(shù)是 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展， VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。 綜上所述，虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素 ：（ 1） 計(jì)算機(jī)是載體 ， （ 2） 軟件是核心 ， （ 3） 高質(zhì)量的 A/D 采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵 。 虛擬儀器技術(shù)的三 個(gè) 組成部分 （ 1） 高效的軟件 。無(wú)論您是使用 PCI, PXI, PCMCIA, USB 或者是 1394 總線(xiàn)，都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類(lèi)從數(shù)據(jù)采集、信號(hào)條理、聲音和振動(dòng)測(cè)量、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全 “ 繼承 ”了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶(hù)的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 10頁(yè) 改高性能、低成本的測(cè)量和控 制解決方案。目前，LabVIEW 已經(jīng)成為測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最有前途的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)之一。測(cè)試程序絕大部分工作是在流程圖中完成的。前者基于 C 的文本式編程，適合熟悉 C、 C++編程的測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)人員使用；后者是 NI 公司開(kāi)發(fā)的測(cè)試軟件旗艦產(chǎn)品，是圖形化編程環(huán)境的引領(lǐng)者，是測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。通過(guò)為每個(gè)子任務(wù)設(shè)置不同的功能，并將這些測(cè)試子程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合、修改、交叉和合并等，就可以在頂層最終建成一個(gè)所有應(yīng)用功能的測(cè)試系統(tǒng) （ 3） 開(kāi)發(fā)功能高效、通用 。進(jìn)行程序調(diào)試時(shí)，既有傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行等，又有獨(dú)到的高亮執(zhí)行工具，就像電影中的慢鏡頭一樣，使程序動(dòng)畫(huà)式執(zhí)行，利于設(shè)計(jì)者觀察程序運(yùn)行細(xì)節(jié)。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 15頁(yè) 4 介質(zhì)損耗角檢測(cè)的方法 電橋法 電橋法 歷史悠久，具有較高的靈敏度。 伏安法 基本原理是根據(jù)被測(cè)試品的端電壓向量和流過(guò)被測(cè)試品電流向量之比，可得到被測(cè)試品的阻抗向量，根據(jù) Zx的實(shí)部和虛部，進(jìn)一步計(jì)算求得介質(zhì)損耗 tan? 。 相位差法 設(shè)加在試品上的電壓、電流信號(hào)分別為 ( ) si n( )Muu t U t???? () ( ) si n( )Mii t I t???? () 則 π / 2 ( ) π / 2iu? ? ? ?? ? ? ? ? () 利用采樣電路測(cè)出電流和電壓的過(guò)零點(diǎn)，通過(guò)邏輯轉(zhuǎn)換形成一定寬度的時(shí)間信號(hào) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 18頁(yè) t? ，并且脈沖寬度反映相位差，最后通過(guò)測(cè)量方波的寬度來(lái)求出試品的介損值。 但是在實(shí)際測(cè)量中，尤其是在線(xiàn)測(cè)量中，電壓、電流中含有高次諧波分量 [8]。因此在此法的基礎(chǔ)上引進(jìn)一種新的算法 —— 即采用等時(shí)間間隔對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)信號(hào)周期波動(dòng)產(chǎn)生的誤差 進(jìn)行補(bǔ)償，也就是非同步采樣算法。 由 公 式（ ）（ ）（ ）（ ）可見(jiàn)，與同步采樣相比， A、 B、 C、 D中不僅是多了幾個(gè)乘積項(xiàng)，各采樣點(diǎn)處的樣品值也發(fā)生了偏差。 這些模塊的功能如下所示： 數(shù)字式控件：通過(guò)改變它的數(shù)值就可以進(jìn)行編輯。利用 的控制面板中的 “數(shù)值顯示控件” 和 “圖形顯示控件” 分別找到需要的 “數(shù)值顯示控件” 和 “波形圖” 模塊，并對(duì)它們進(jìn)行編輯工作。令 2 π0 c o s d π s in uA u t t U? ? ???? 2 π0 s in d π c o s uB u t t U? ? ???? () 設(shè)電流信號(hào)為 sin( )ii I t????，其中 U 為電壓信號(hào)的幅值， ? 為角頻率， ? 為相角。 所以 ππ( ) ( a r c ta n a r c ta n )22? ? ?? ? ? ? ? ?iu ACBD () 基波相位分離法實(shí)現(xiàn)起來(lái)硬件電路簡(jiǎn)單，采樣點(diǎn)數(shù)越多的，測(cè)量精度越高，同時(shí)克服了一般測(cè)量中高次諧波干擾帶來(lái)的影響。 基波相位分離法 在理想情況下，如設(shè)在試品兩端的電壓、電流表達(dá)式為 11si n( )uu U t???? () 11sin( )ii I t???? () 式中 ： 11ui??、 表示電壓、電流基波初相角。但由于影響電力設(shè)備介質(zhì)損耗角的變化的因素有很多，例如：溫度、頻率、 電壓等，并且波形不準(zhǔn)、外界電磁場(chǎng)的干擾、元件的誤差都會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。 (1)當(dāng) Rx與 Cx串聯(lián)時(shí) ,有 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 16頁(yè) ZX=XX CR ?j1? =XXXC RC??jj1? () 將以上各阻抗值代入式 ()中 ???????? ????????? ? 444j1jj1 RCRC RC X XX ??? = 34jRC? () 經(jīng)整理，根據(jù)復(fù)數(shù)運(yùn)算規(guī)律，實(shí)部 =實(shí)部，虛部 =虛部，可得 4Xn34X3nRCCRCRRC????????? () RX=R3C4/Cn 從串聯(lián)等值電路可知，其介 質(zhì)損耗因數(shù) tan? 的公式為 tan xxCR??? () 將式 ()代入式 ()，得 44tan CR??? () （ 2）當(dāng) 為并聯(lián)等值電路時(shí)，其公式計(jì)算方法與上述同，亦可得出公式 CX=C0R3/R4 () 44tan CR??? () 電橋法的優(yōu)點(diǎn)是較準(zhǔn)確，可靠。 （ 8） 開(kāi)放性強(qiáng) 。 LabVIEW 的查錯(cuò)、調(diào)試功能也非常強(qiáng)大。 （ 2） 可重用性高 。順應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，一些專(zhuān)業(yè)測(cè)試開(kāi)發(fā)平臺(tái)紛紛推向市場(chǎng)，如 HPVEE、組態(tài)軟件平臺(tái)、 TPS 平臺(tái)等，但這些平臺(tái)的專(zhuān)用性太強(qiáng)，可擴(kuò)展性、通用性比較差。 LabVIEW 前面板如圖 。虛擬儀器技術(shù)作為測(cè)試工程的一個(gè)新的研究方向，推動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的整體發(fā)展。 （ 3） 開(kāi)發(fā)時(shí)間少 。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。 （ 2） 模塊化的 I/O 硬件 。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)大功能推向一個(gè)新的水平。 PXI 具 有 8 個(gè)擴(kuò)展槽，而臺(tái)式 PCI 系統(tǒng)只有 3~4 個(gè)擴(kuò)展槽 ，通過(guò)使用 PCI— PCI 橋接器，可擴(kuò)展到 256 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè) 論文 第 8 頁(yè) 個(gè)擴(kuò)展槽，臺(tái)式 PC 的性能價(jià)格比和 PCI 總線(xiàn)面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。 VXI 總線(xiàn)是一種高速計(jì)算機(jī)總線(xiàn) VME 總線(xiàn)在 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展，它具有穩(wěn)定的電源，強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的 RFI/EMI 屏蔽。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門(mén)和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。 虛擬 儀器的分類(lèi) 虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線(xiàn)方式的不同，可分為五種類(lèi)型： （ 1） PC 總線(xiàn) —— 插卡型虛擬儀器 。 （ 2） 軟件技術(shù)的發(fā)展 。前者從儀器的硬件框架上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)先進(jìn)的分析與測(cè)量?jī)x器所必須的總線(xiàn)