专利名称：一种电力系统电气量采集测试分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以完成电力系统内多种电气试验的暂态测量的仪器，特别 涉及一种多通道、不共地、高隔离、同步高速采集、可调记录时间、可调采样频率的，适用于 电力系统各个电压等级的电气试验测试分析仪及方法。
背景技术：
传统方法在对电气试验中各种电气量暂态部分的测量中，往往采用光线示波器、 磁带机、故障录波器，以及一些测量手段先进的精密测量仪器，它们或多或少存在以下几个 主要问题不能自动启动记录、采集速度低、同步记录通道少、各通道共地、对测得的电气参 数软件分析功能少或无等。本发明涉及的电力系统电气量采集测试分析仪和方法很好的解 决了上述诸问题，做到了对暂态电气量进行多种工况下的测量，并能对数据进行分析处理， 满足了电力系统生产实际和科研的需要。本实用新型涉及的电力系统电气量采集测试分析仪和方法可以完成电力系统内 各种电气试验的暂态测量，例如过电压试验、开关投切、电抗器投切、变压器投切、高压线 路投切、大扰动试验和黑启动试验以及非电气量测量等，做到了对稳态和暂态电气量进行 多种工况下的测量，并能对数据进行分析处理。可以多路、同步、高速采集电气试验中各个 电压和电流需要记录的暂态部分，可以适应现场各种过电压、过电流、强电磁干扰等复杂情 况。解决了原有试验方法中其它测量仪器在电力系统电气试验中测量暂态量存在的多种问 题，以及难以测量的参数，并可以发现电气设备在试验中存在的问题。本实用新型涉及的电力系统电气量采集测试分析仪和方法进行电气试验的暂态 测量，可以对试验记录进行各种事后详细分析，可以得到过电压倍数、电流涌流倍数、投切 时刻电压和电流振荡频率、谐波等分析计算结果。同时在电气试验中可以方便地设置电压 和电流的自动启动，可以记录大量的数据，记录次数不受限制。软件开发采用了标准的开发 方法，同时采用了通用的TCP/IP通讯协议。
发明内容本实用新型的目的在于针对现有电力系统电气试验暂态测量技术的不足，解决了 电气试验的暂态波形记录的关键技术，提供了一种可以在各个电压等级进行电气试验暂态 波形记录的方法。采用16路高速同步多通道采集、自动启动、手动启动、计算、统计和存储 电气试验中需要测试设备的暂态波形，采集频率从2kHz 100kHz可调，记录时间从400毫 秒到30分钟可调，充分适应电力系统各种电气试验需要的记录手段，所有通道的不共地消 除了各个电气量彼此的干扰，隔离的仪器供电电源设计使电气试验中的地电位压差产生的 强干扰得以克服，因此在对某些切合电气设备的电气试验不至于因为暂态电压的冲击而导 致仪器的击穿。装置的软件采用嵌入式操作系统，采用标准TCP/IP通讯协议，可以实现远 方控制和传输。本实用新型电力系统电气量采集测试分析仪解决了过去电力系统无法进行的暂态电气量波形记录的电气试验，例如变压器投切、电抗器和电容器投切的过电压测量等。本实用新型采用的技术方案是装置由以下部分组成笔记本电脑、标准6U高仪 器箱、电压信号处理板、电流信号处理板、公共信号背板、嵌入式工控机、4块4通道同步高 速采集卡、6寸液晶显示器、交流电源隔离部分和输入端子等。本实用新型装置可以同步采集16路电气量，同步采集频率可达100kHz。每一路电 压模拟通道接入电压，可以从电压互感器二次侧接入，也可以由分压器低压臂接入。每一路 电流模拟通道接入电流，可以从电流互感器二次侧串联接入，采用穿心式互感器保证不开路。电压信号处理板设计成可以处理电压的暂态信号特点，解决了快速的电压暂态变 化引起的过电压对信号采集卡的危害，同时解决了电力系统的强电磁干扰，准确测量了高 频的过电压的电压信号。电气模拟量都采用双端输入，所有通道信号隔离不共地，克服了通 道间的共地干扰。嵌入式工控机和同步高速采集卡对处理后的信号进行采集、计算和存储，提供采 集软件、控制软件、分析软件和通讯软件环境。高速同步数据采集卡可以提供16路的电气 量测量。采集卡是PCI型，工控机主板采用Intel P4 2.0G CPU，内存1G，硬盘160G容量， 采用标准TCP/IP通讯协议。采集软件、控制软件、分析软件和通讯软件等程序采用标准C 语言开发。仪器整体是黑模式方式，使用RJ45网络接口通过笔记本电脑与仪器进行通讯， 可以实现远程控制和数据传输。自动启动信号采用电压和电流的突变量方式启动。降压隔离的220V交流供电系统，使装置的电源和外部供电电源电磁隔离，在避免 电力系统现场供电电压偏高的同时，避免了电源的杂波干扰。本实用新型装置开发上位机分析软件是在windows操作系统下用C++语言开发 的，可以实现离线的数据分析和波形的显示及打印功能。对数据进行分析显示主要是编制 灵活的数据曲线放大计算功能和统计报表功能，可以进行各种计算，包括过电压倍数和频 率，涌流倍数和频率，暂态谐波波形和谐波畸变率等。提供的打印功能，可以方便的提供各 种曲线和计算结果的打印，同时提供各种统计数据的图表打印功能。本实用新型的有益效果是1)本实用新型装置是在电气试验中记录暂态电压和电流波形，采集频率可达16 通道同步采集频率100kHz，暂态波形记录时间可达30分钟。采集频率从2kHz 100kHz可 调，记录时间从400毫秒到30分钟可调。可以实现对于电力系统电气试验暂态波形达到全 过程记录。同时，可以记录超过额定电压5倍和额定电流4倍的波形。2)本实用新型装置可以对自动记录的过电压和涌流的暂态波形进行过电压和涌 流的倍数和频率的计算，同时可以计算波形中任意一个周波的谐波，给出谐波总畸变率， 2-100次的谐波值和谐波含量。3)本实用新型装置具备存储记录数据达到1000次循环记录，可以长时间进行在 线测量。4)仪器测量采用电压和电流突变量的启动方式。本发明装置可以任意值设定任意 通道的电压和电流启动值，一个工频周波即可判断是否达到启动条件，窗口式的判断方式 可以扑捉到电压和电流的骤升和骤降。提供手动记录的功能，用于测量当前时刻的电压和 电流波形。[0018]5)本实用新型装置采用嵌入式操作系统，具备计算机联网功能，可以实现远程控 制、数据传输和数据分析，提供离线的数据分析软件，提供各种暂态波形分析的统计报表功 能。
图1为本实用新型整体结构图。图2为电力系统电气量采集测试分析仪方法流程图。
具体实施方式
一种电力系统电气量采集测试分析仪及方法，利用本实用新型仪器，通过程序进 行各种电气试验的暂态录波测量，其具体的方法步骤如下(1)初始化根据需要进行的电气试验，选择测量的电压和电流通道，设定不同的采集通道的 电压和电流的启动值、选择采集频率、数据记录长度、用户名称和安装地点等。通过笔记本 电脑中的上位机程序设置参数到仪器内，仪器内的嵌入式程序根据设定的参数启动，运行 采集程序。(2)数据采集在第(1)步完成后，通过由电压互感器和电流互感器接入本装置的测量通道进行 实时在线循环采集监测，通过高速同步数据采集卡测量16个通道的电气信号，实时采集信 号，每五个工频周波进行一次数据分析判断，同时进行数据通讯的判断，判断是否上位机发 出了指令。在得到的各个通道滤波后的峰值，与之前各个通道设定的初始值进行比较，如果 任意通道比较的差值都没有超过对应通道的启动值，则当前的峰值被设定为新的初始值， 继续循环采集数据，来进行循环的比较；如果某一通道比较的差值超过了启动值，则开始记 录所有的16个通道的数据，连续记录设定的时间长度，同时将当前启动时刻前5个周波做 为记录的开始，这样得到的暂态波形则包括故障前和故障后的完整波形。(3)暂态波形的数据存储在第(2)步中，在记录完成一次规定时间长度的数据后，将记录的数据进行滤波 等数据处理，将最终数据存储到硬盘中，写入各种参数设置信息到数据文件中。存储完毕后 返回到第(2)步，继续进行数据采集过程。(4)数据存储、远程控制和数据传输标准的TCP/IP协议，使仪器具备了 IP地址，笔记本电脑或者是计算机网络中的任 意安装有上位机软件的计算机都可以与仪器进行通讯，这样可以实现仪器的远程分析和控 制，同时可以进行数据文件的远程传输。上位机软件可以进行离线的各种数据分析功能和 图表打印功能。本实用新型装置具备通过计算机网络进行远方控制和传输功能，采用嵌入式操作 系统，采用标准TCP/IP通讯协议，装置可以设置成任意的IP地址，通过计算机网络上的任 何安装有上位机软件的计算机即可实现实时控制装置进行控制、分析、显示和传输等功能。 在变电站运行的装置只要通过标准计算机网线联上计算机网络，同时配置相应的IP地址， 就可以实现在计算机网络上无论在当地还是在异地进行控制和数据传输。[0031] 仪器的电压信号可以从电压互感器二次侧，或分压器低压臂接入本发明装置，电流信号可以从电流互感器二次侧串联接入。经过电压信号处理板和电流信号处理板，再经 过转换开关的选择，将处理后的小电压信号高速同步数据采集卡中，采集软件将根据具体 的参数循环采集处理信号，在达到设定的启动条件后或接到控制命令后进行电压和电流波 形的记录，对得到的数据进行计算和存储。
权利要求一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于包括笔记本电脑、标准6U高仪器箱、电压信号处理板、电流信号处理板、公共信号背板、嵌入式工控机、4块4通道同步高速采集卡、6寸液晶显示器和交流电源隔离部分和输入端子。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于电压模 拟量16路，电流模拟量16路，16路手动转换开关，16通道同时采集频率可以达到100kHz。 每一路电压模拟通道接入电压，可以从电压互感器二次侧接入，也可以由分压器低压臂接 入；每一路电流模拟通道接入电流，可以从电流互感器二次侧串联接入，采用穿心式互感器 保证不开路。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于针对电 力系统的电气各种试验需要采集的数据暂态波形特点而设计的；在电路设计上着重考虑了 过电压测量的暂态信号的处理，带通频率达到500kHz ；电压和电流信号都采用双端输入， 各路信号彼此隔离不共地，同时，对一次侧和二次侧进行光电隔离，保证设备采集卡的安全 和测量精度。
4.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于电力系 统的电压和电流经过电压互感器和电流互感器变换后接入仪器内部的电压和电流信号处 理板；在信号板内经过隔离、滤波、降幅、降噪等电路变换成成士5V以内的低电压信号，经 过16路手动转换开关进行通道选择后输入到同步采集卡内；采用隔离的电源供电系统，将 整个采集装置与外部隔离，避免交流220V电源的干扰。
5.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于嵌入式 工控机利16路同步高速采集卡负责将信号进行采集、计算和存储，同时提供控制软件和通 讯部分软件运行环境；16路电压或电流信号通过接线端子板接入仪器箱内的电路板中，最 后连接到16通道，100kHz/s同步高速采集卡中。
6.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于本发明 装置可以设定采集频率从2kHz IOOkHz可调，记录时间从400毫秒到30分钟可调；同时， 可以通过手动转换开关和软件配合设定任意通道采集电压还是电流，即可以同时采集16 路电压，或者同时采集16路电流，或者总数为16路的电压和电流组合。
7.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于本发明 装置可以对任意通道进行任意设定波形记录启动值，同时提供手动记录实时波形的功能； 自动启动信号采用电压和电流的突变量窗口方式启动。
8.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于本装置 可以进行过电压和涌流的监测，提供记录的过电压和涌流暂态波形，可以进行过电压和涌 流的波形分析，计算过电压和涌流倍数、频率和时间长度等；同时，可以进行暂态谐波的记 录和分析，提供各次谐波值和总谐波畸变率等谐波信息。
9.根据权利要求1所述的一种电力系统电气量采集测试分析仪，其特征在于装置具 备远程控制和传输功能，采用TCP/IP通讯协议，设置装置的IP地址，通过计算机网络中的 其它计算机中的浏览器，可以实时控制装置，设定参数，进行数据分析和数据的传输等功 能。
专利摘要一种电力系统电气量采集测试分析仪，涉及一种多通道、不共地、高隔离、同步高速采集、可调记录时间、可调采样频率的，适用于电力系统各个电压等级的电气试验测试分析仪及方法。采用高速采集、自动记录、存储、显示暂态电气量的采集测试分析仪。该仪器可同时同步进行暂态波形记录，可以自动或手动记录电气量的暂态波形，进行各种暂态波形的过电压、涌流、谐波等计算。采集频率和记录时间可调。装置采用嵌入式操作系统，TCP/IP标准通讯协议，可以实现远程控制和同台仪器同步控制，适合电力系统复杂的试验环境。做到了对稳态和暂态电气量进行多种工况下的测量，并能对数据进行分析处理，在电力系统中调试、运行和科研中有广泛的用途。
文档编号G01R31/00GK201569707SQ20092024427
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者孟大伟, 张凯, 杨艳秋, 温祥龙, 赵海, 陈岳, 韩冰 申请人:黑龙江省电力科学研究院