专利名称：晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统及电力电子系统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系统。
背景技术：
过电流试验(Overcurrent Test)是考核电力系统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。试验装置的测量系统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，在一次系统发生各种故障时均要保证二次测量系统正常工作。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，因而要求测量系统具有极高的可靠性。
试验装置的测量系统必须符合国家及电力行业高压测量标准规定。因此，测量系统必须具备较高的测量精度。
此外，为防止系统资源的集中消耗，造成系统崩溃甚至死机，资源的合理分配也成为提高测量系统性能的重要因素。
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，其装置的测量系统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系统可靠、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系统。
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系统，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系统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系统，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；而且本系统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系统，按照GB/T 17626.4-1998、GB/T17626.10-1998标准，经EMC(电磁兼容)试验，系统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系统具有较高的可靠性。
本实用新型经过测量校核，系统测量高电压、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系统具有较高的采样精度。
另外，本实用新型的数据采集系统的软件资源分配合理，LabVIEW软件资源分配合理，避免了系统资源的争夺与浪费，使得系统可以长时间有效工作。
图1是本实用新型的晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统的框图。
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
以下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。
提高测量系统可靠性的技术实现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系统的影响。
B.测量系统采用UPS供电，克服了由电源质量问题对测量系统造成的影响。
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，系统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。
提高测量系统精度的技术实现
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。
权利要求1.一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统，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系统，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系统，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系统，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系统的影响；数据采集系统采用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系统，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。
专利摘要一种晶闸管阀过电流试验装置数据采集系统，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系统是基于虚拟仪器的测量系统，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。
文档编号G08C19/02GK2881820SQ20062000799
公开日2007年3月21日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者王轩, 邱宇峰, 朱家骝, 邓占锋, 雷晰 申请人:中国电力科学研究院