雷电冲击数字测量系统的设计

1、雷电冲击数字测量系统简介

1.1)数字冲击测量系统的应用范围

　　雷电冲击数字测量系统测量雷电冲击全波、操作冲击全波、雷电冲击截波、冲击电流方波等波形。该系统主要功能有：可设置测量参数(额定电压、分压比、衰减比) 、根据波形设置记录時间、波形的起始位置) ；根据国标要求对数据迸行处理和计祘；输出处理后的波形和波形峰值及時间参数值；最后，对波形和测量结果进行保存。

1.2)技术特点

　　雷电冲击数字测量系统基于虚拟仪器的设计思想及功能模块化的设计方法；通过PCI接口将高速数字化仪与IPC(工业控制用计算机)结合起来作为硬件系统；以Lab VIEW8.6为应用程序开发平台，设计雷电冲击数字测量系统,实现对高速数字化仪进行控制采样、平滑处理波形、计算冲击波形各种参数等功能。

1.3)技术参数

输出电压幅值  ±0-1600V

波形参数      T1=1.2μs±30%，T2=50μs±20%

负载          600-20000 PF

工作电源      AC220V    50HZ

2 雷电冲击数字测量系统的整体架构

　　雷电冲击数字测量系统是以软件为中心进行系统的设计，其系统的整体架构見图1。

图1 雷电冲击数字测量系统的整体架构

　　雷电冲击数字测量系统基本配置：高速数字化(NI PCI-5122) 、100倍的衰减器和IPC(工业控制用计算机) ；雷电冲击数字测量系统基本功能：雷电冲击采集、试验数据处理、波形分析处理和报告生成；Lab VIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench) 是一种用图标替代文本创建应用程序的图形化编程语言；Lab VIEW采用数据流编程方式，程序前面板和程序框图二个介面。高速数字化(NI PCI-5122) 的基本参数如下：

3雷电冲击数字测量系统的功能

3.1)雷电冲击采集

　　雷电冲击数字测量系统的双通道采集界面如图2。在调试中可进行相应功能和信号调节。

图2 雷电冲击数字测量系统的双通道采集界面

图3雷电冲击数字测量系统的双通道采集程序框图

由图可知，双通道采集的采集程序框图有标记；并配有简单说明。 

3.2) 雷电冲击波形处理

GBT 16927.1-2011标准对雷电冲击波的定义如图4。

图4 GBT 16927.1-2011标准对雷电冲击波定义的波形

雷电冲击数字测量系统的标准波形，采用最小二乘法拟合来实现；其原理如图5所示。

图5 最小二乘法拟合原理图

冲击电压波形处理波形拟合前面板如图6，图中红线为实侧波形而蓝线为标准定义波形。

图6 冲击波形处理波形拟合前面板

3.3) 雷电冲击十次测量程序

　　根据GBT 16927.1-2011标准要求，相应于校准冲击的输出应至少取10次冲击进行估算，输出峰值与其平均值的最大偏差应在平均值的士1%以内。冲击刻度因数是输入峰值和输出峰值平均值之比。时间参数也应至少用10次冲击来估算，各次输出的时间参数与其输入的偏差应在±2%以内。传递过电压十次测量前面板如图7。

图7 传递过电压十次测量前面板

3.4)、雷电冲击试验操作面板

雷电冲击试验操作面板功能如图8：

图8 雷电冲击试验操作面板

3.5) 雷电冲击数字测量系统试验现场

对10kV电压互感器进行雷电冲击试验现场的照片如图9，

 图9 10kV电压互感器进行雷电冲击试验现场照片

图为试验现场布置，下图为控制室的雷电冲击数字测量系统

现场试验分别进行了单次试验和十次重复试验，波形如图10和图11。

图10 10kV电压互感器进行雷电冲击单次试验结果

图11 10kV电压互感器进行雷电冲击十次重复试验结果

从图10中可以看出单次测量的雷电冲击波，无论波形特征，波前时间，波尾时间均符合GBT 16927.1-2011要求；而图11中是相同条件下十次测量得的电压值，可以看出十次产生的雷电冲击波幅值在75.2-75.9kV之间，波前时间在.98到11.0μs（T1）之间，波尾时间49.2-50.5μs（T2）。十次重复测量的标准不确定度小于2%。

作者简介

　　王彦金，高级工程师，长期从事电力设备质检工作和试验仪的研制，现任gongkong认证专家，从事《智能制造论坛》服务平台工作。