【正文】 NI M系列設(shè)備與傳統(tǒng)的 NIDAQ(Legacy)驅(qū)動(dòng)程序不兼容。 （ 1）驅(qū)動(dòng)軟件 M 系列設(shè)備可在多種操作系統(tǒng)上使用，有三個(gè)驅(qū)動(dòng)軟件可供選擇，包括NIDAQmx、 NIDAQmx Base 和測(cè)量硬件 DDK。 該 信號(hào)采集卡是具有 5 倍采樣速率的高速 M 系列設(shè)備或具有 4 倍分辨率和出眾測(cè)量精度的高精度 M 系列設(shè)備。 其應(yīng)用電路如圖 所示。在計(jì)一算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信一號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。由于光電 耦合 器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，且光 耦合 器的輸入端 屬于 電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 (LED)，使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的 光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。電路的成本和體積也要符合工程需要。第二，減小環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試電路的影響。在采用了電路隔離的措施以后，絕大多數(shù)電路都能夠取得良好的抑制噪聲的效果，使設(shè)備符合電磁兼容性的要求。所以本系統(tǒng)中采用有源低通濾波器。其 功能在于濾除信號(hào)中的干擾成份，如高頻信號(hào)、有外界干擾引入的各種噪聲，保留有用信號(hào)，從而提高測(cè)量精度。 程控增益放大器 為了提高測(cè)量精度，有效地抑制干擾信號(hào)，我們常常需要根據(jù)測(cè)量信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和特點(diǎn)以及對(duì)測(cè)量精度、分辨率的要求諸因素來(lái)確定增益檔數(shù)的設(shè)定和確定自動(dòng)換檔的原則，這些都要根據(jù)具體問(wèn)題而定。 24 H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0H2C O C H4C2H4C2H2C2H61 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0輸 出 電 壓 / m v輸 出 電 壓 / m v輸 出 電 壓 / m v( a ) ( b )( c )( d )( e ) ( f )圖 傳感器模塊中各種氣體單元的分辨特性 (a)H2 傳感單元的分辨特性（ H2 濃度 40uL/L） (b)CO 傳感單元的分辨特性（ CO 濃度 200uL/L） (c)CH4 傳感單元的分辨特性（ CH4濃度 50uL/L） (d)C2H4 傳感單元的分辨特性（ C2H4 濃度 50uL/L） (e)C2H2 傳感單元的分辨特性（ C2H2 濃度 30uL/L） (f)C2H6傳感單元的分辨特性（ C2H6濃 50uL/L） 從圖 中可以看出，每種氣體的傳感單元對(duì)各自的檢測(cè)氣體的靈敏度明顯高于其他氣體，有些相互交叉的氣體成分通過(guò)一定的軟件處理方法排除干擾誤差，可以正確的檢測(cè) H CO、 CH C2H C2H4和 C2H6 六種溶解氣體濃度，這樣盡管加大了對(duì)傳感器的要求，但可以大大簡(jiǎn)化整套裝置的結(jié)構(gòu)，減少了裝置維護(hù)工作，提高了整個(gè)檢測(cè)靈敏度，是變壓器油中六種溶解氣體在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。將 A2,A3,A4 金屬氧化物粉末按一定重量比例混合均勻，在 900~1100℃ 熔化，調(diào)制成漿料，高溫均勻地涂抹在該傳感器的整個(gè)絕緣基片上，室溫放置 12~36h 后制成金屬氧化物元件對(duì)C2H2具有較好的選擇性和較高的靈敏度和分辨率。其構(gòu)成原理如下： 將 A1,B1 金屬粉末按一定重量比例均勻混合，在 900~1100℃ 熔化，調(diào)制成漿料，高溫均勻地涂抹在該傳感器的整個(gè)絕緣基片上，室溫放置 12~36h 后制成金屬氧化物元件對(duì) H2 和 C2H4 具有較好的選擇性和較高的靈敏度。因此可以說(shuō)，到目前為止，半導(dǎo)體氣體傳感器的主要類(lèi)型已經(jīng)問(wèn)世，但在變壓器油中溶解氣體在線檢測(cè)中用得最多的還是電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器。同時(shí)，若把 SnO2粉末涂布在陶瓷支座上，這種原件對(duì)氣體也很敏感，并可以用作半導(dǎo)體煤氣 報(bào)警。 半導(dǎo)體氣體傳感器的檢測(cè)原理 當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體吸附某些特定氣體時(shí)，其導(dǎo)電系數(shù)和功率函數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，但將其用作氣體傳感器的嘗試則是很晚的事情了。這種典型的例子就是半導(dǎo)體氣體傳感器。 氣體傳感器選擇原則與確定 傳感器模塊 氣體傳感器是一種把混合氣體中特定的成分檢測(cè)出來(lái)，并將它轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)的器件，有的稱氣敏元件，它是化學(xué)傳感器的重要組成部分，涉及用于化學(xué)傳感器的化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)原理。系統(tǒng)中有很多噪聲源，包括傳感器、電纜串音及 A/D轉(zhuǎn)換等都會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)質(zhì)量。 M Q 復(fù) 合 分 布式 氣 體 傳 感 器1 乙 炔2 乙 烯3 甲 烷4 氫 氣5 乙 烷6 二 氧 化 碳8 基 準(zhǔn)7 一 氧 化 碳 多 路 開(kāi)關(guān)量 程 切換低 通 濾波P C I 6 2 2 1 數(shù) 據(jù) 采集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡 控 制信 號(hào)隔 離控 制 計(jì) 算 機(jī)B N C 2 1 20 數(shù) 據(jù) 采集 通 道 圖 硬件電路結(jié)構(gòu)圖 一般很少把傳感器或來(lái)自被測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)直接接入數(shù)據(jù)采集卡，因?yàn)閿?shù)據(jù)采集卡可能會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，從而影響系統(tǒng)操作 。 22 4 硬件設(shè)計(jì) 油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置硬件組成 在本設(shè)計(jì)中，采用國(guó)家儀器公司的 BNC2120 數(shù)據(jù)采集通道和 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，對(duì) MQ 系列復(fù)合分布式氣體傳感器所采的信號(hào)進(jìn)行采樣與傳輸。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖。利用它可以方便地建立起自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都變的生動(dòng)有趣。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP, ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。 LabVIEW 作為一個(gè)具有良好開(kāi)放性的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為虛擬儀器的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的支持，目前是應(yīng)用比較廣泛的虛擬儀器開(kāi) 發(fā)語(yǔ)言。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專用測(cè)量?jī)x器一樣。計(jì)算機(jī)的顯示器類(lèi)似傳統(tǒng) 儀器的指示面板，輸入設(shè)備 (如鼠標(biāo)，鍵盤(pán) )相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的各種功能按鈕 ； 輸出設(shè)備具有很多形式，打印機(jī)、磁盤(pán)機(jī)，及光存儲(chǔ)設(shè)備，這些是傳統(tǒng)儀器所沒(méi)有的。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的現(xiàn)實(shí)功能來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式的表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果 ； 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理 ?；诖?，本方案決定采用虛擬儀器技術(shù)作為 軟件編程平臺(tái)。 虛擬儀器 (Virtual Instrument， 簡(jiǎn)稱 VI)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 (CAT)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。 軟件模塊設(shè)計(jì) 對(duì)由傳感器采集來(lái)的信號(hào)通過(guò)硬件電路的傳輸之后進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)，在通過(guò)控制計(jì)算機(jī)中的軟件程序?qū)Ρ徊杉窟M(jìn)行比較和判定，最后得出故障的類(lèi)型和狀態(tài)。為此，本文決定采用國(guó)家儀器公司的 BNC2120 數(shù)據(jù)采集通道和 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，對(duì) MQ 系列復(fù)合分布式氣體傳感器所采的信號(hào)進(jìn)行采樣與傳輸。本方案所采用的重慶大學(xué) 高電壓研究所研制的 MQ 系列分布復(fù)合式氣體濃度傳感器即是一種典型的半導(dǎo)體氣體傳感器，用于檢測(cè)變壓器油中溶解的六種關(guān)鍵氣體的濃度，分別是氫氣 、 甲烷 、 乙烷 、 乙烯 、 乙炔 和 一氧化碳。傳感器具有與被測(cè)物質(zhì)接觸并產(chǎn)生物性變化的敏感部分，當(dāng)加以外部能量時(shí)，就可以檢測(cè)出其變化，并可作為傳感器信號(hào)取出。 M Q 復(fù) 合分 布 式氣 體 傳感 器P C I 6 2 2 1 數(shù) 據(jù) 采集 卡變 壓 器數(shù) 據(jù) 編 碼 程 序 判 斷 故 障 判 斷 運(yùn) 行 人 員控 制 計(jì) 算 機(jī)硬 件 模 塊軟 件 模 塊B N C 2 12 0 數(shù) 據(jù)采 集 通道傳 感 器 模 塊圖 總體設(shè)計(jì)方案框圖 下面對(duì)各子模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。其中，硬件模塊由 BNC2120 數(shù)據(jù)采集通道、 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡和控制計(jì)算機(jī)組成，軟件模塊主要是使用基于虛擬儀器平臺(tái)上 LabVIEW 程序。 19 3 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案的實(shí)現(xiàn)方式 總體設(shè)計(jì)方案原理圖如圖 所示。通過(guò)對(duì)運(yùn)行中的電力變壓器定期分析溶解于油中氣體的組分、含量、產(chǎn)氣速率和關(guān)鍵氣體的組份比，就能夠及早發(fā)現(xiàn)電力變壓器內(nèi)部存在的故障，判斷危及變壓器的安全運(yùn)行的各種狀態(tài)。 因此，本文決定采用加入 CO 和 CO2含量 的 改良型 三比值法 。 ⑥ 由于故障分類(lèi)存在模糊性，一種故障狀態(tài)可能引起多種故障特征，而一種故障特征也可在不同程度上反映多種故障狀態(tài)，因此三比值法不能全面反映故障狀況。 ⑤ 當(dāng)故障涉及固體絕緣的正常老化過(guò)程與劣化分解時(shí)，將引起 CO 和 CO2含量地明顯增長(zhǎng)，表中無(wú)此編碼組合。同時(shí)，在三比值編碼邊界模糊的比值區(qū)間內(nèi)的故障，往往容易誤判。如果不論電力變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能對(duì)正常的電力變壓器造成錯(cuò)誤的判斷。 ② 只有油中氣體各組分含量足夠高或超過(guò)注意值，并且經(jīng)綜合分析確定電力變壓器內(nèi)部存在故障后，才能用 三比值法判斷其故障性質(zhì)。因此在使用比值法判斷設(shè)備故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)注意各種有可能降低精度的因素。對(duì)氣體濃度大于 10Ul/L 的氣體，兩次測(cè)試誤差不應(yīng)大于平均值的 10%，而計(jì)算氣體比值時(shí)，誤差提高的 20%。 （ 3）由于溶解氣體分析本身存在實(shí)驗(yàn)誤差，導(dǎo)致氣體比值也存在某些不確定性。為了僅僅得到相應(yīng)于新故障的氣體比值，要從最后一次的分析結(jié)果中減去上一次的分析數(shù)據(jù)，并且重新計(jì)算比值（尤其是要在 CO 和 CO2含量較大的情況下）。對(duì)氣體含量正常，且無(wú)增長(zhǎng)趨勢(shì)的設(shè)備，比值沒(méi)有意義。 三比值法的編碼規(guī)則 與 故障類(lèi)型判斷方法 如表 和 所示。這種方法消除了油的體積效應(yīng)影響，是判斷充油電氣設(shè)備故障類(lèi)型的主要方法，并可以得出故障狀態(tài)較為可靠的診斷。隨后，在人們大量應(yīng)用三比值法的基礎(chǔ)上， IEC 對(duì)與編碼相應(yīng)的 比值范圍、編碼組合及故障類(lèi)別進(jìn)行了改良，得到了目前推薦的改良的三比值法（以下簡(jiǎn)稱三比值法）。基于上述觀點(diǎn)，產(chǎn)生了以CH4/H C2H6/CH C2H4/C2H C2H2/ C2H4的四比值法。我國(guó)現(xiàn)行的 DL/T7222021《 導(dǎo)則 》 推薦的也是改良的三比值法。 三比值法的基本原理及其方法 大量的實(shí)踐證明，采用特征氣體法結(jié)合可燃?xì)怏w含量法，可做出對(duì)故障性質(zhì)的判斷，但必須找出故障產(chǎn)氣體組分含量的相對(duì)比值與故障點(diǎn)溫度或電場(chǎng)力的依賴關(guān)系及其變化規(guī)律。 (3)受潮 當(dāng)電力變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，能引起局部放電而產(chǎn)生 H2，水分在電場(chǎng)作用下電解，以及水與鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也可產(chǎn)生大量 H2。 ③ 局部放電 油中的氣體含量隨著放電能量密度的不同而不同，一般總烴含量不高，特征氣體主要是 H2，其次是 CH4，通常 H2占?xì)錈N總量的 90%以上， CH4占總烴的 90%以上。產(chǎn)生的特征氣體以C2H2和 H2為主。引線局部接觸不良或鐵芯接地片接觸不良而引起放電 。一般 C2H2占總 烴 2070% ， H2占?xì)錈N總量的 3090%，絕大多數(shù)情況下 C2H2的含量高于 CH4 。其特點(diǎn)是產(chǎn)氣急劇，而且量大，尤其是匝、層間絕緣故障，因無(wú)先兆現(xiàn)象，一般難以預(yù)測(cè)。 (2)放電性故障 放電性故障是在高壓電場(chǎng)作用下造成絕緣劣化所引起的電力變壓器內(nèi)部的主要 14 故障，通常按能量密度將放電性故障分為電弧放電 (高能放電 )、火花放電 (低能放電 )和局部放電三種故障類(lèi)型。 紙、紙板、布帶和木材等固體絕緣材料受熱分解時(shí)，其特征是烴類(lèi)氣體含量不高，所產(chǎn)生的氣體主要是 CO 和 CO2。當(dāng)過(guò)熱涉及固體材料時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的 CO 和CO2 。當(dāng)電力變壓器發(fā)生低溫過(guò)熱時(shí)，有一部分電力變壓器油中 H2占?xì)錈N (H2+C1+C2)總量之比高于 27%而中高溫過(guò)熱故障時(shí)， H2占?xì)錈N總量的27%以下 。由于 C2H6不穩(wěn)定，在一定的溫度下極易分解成 C2H4和 H2，因此，通常油中 C2H6的含量小于CH4，并且 C2H4和 H2是相伴而生。 （ 1)熱性故障 熱