智能測控技術(shù)及在互感器測試平臺中的應(yīng)用

侯勇

摘要：在電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程當中，電力互感設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高壓輸電線路到低壓的測控與繼電保護系統(tǒng)之間的電力轉(zhuǎn)換，對于電力系統(tǒng)的安全運行有著非常重要的意義。而對電力互感器的測試則是維護電力系統(tǒng)安全運行的必要過程，因此本文圍繞著智能測控技術(shù)及在互感器測試平臺中的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：互感器;智能測控;測試平臺

在電力互感設(shè)備的測試過程中，傳統(tǒng)的測試方法不僅有著相對較高的成本要求，且在進行測量的過程當中需要進行非常復(fù)雜的工序，對互感器測試的過程帶來了極大的不便。隨著人類生產(chǎn)活動的進步，工業(yè)電力測試對于繁瑣的傳統(tǒng)測試方法的容忍度越來越低，而伴隨著計算機電子信息技術(shù)誕生的智能測控技術(shù)則為互感器的測試提供了全新的道路。

一、虛擬儀器及軟測量技術(shù)在電力檢測中的應(yīng)用

（一）虛擬儀器的組成原理

虛擬儀器是一種借助計算機技術(shù)、儀器技術(shù)與通訊技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的全新概念，不僅具備普通儀器擁有的全部功能，更具有一般儀器無法具備的特殊功能。由于虛擬儀器性能好，價格低廉，因此在推出之后收到了市場范圍內(nèi)的廣泛歡迎。一般來說，虛擬儀器由硬件與軟件兩部分組成，其中硬件包含計算機與外圍設(shè)備，計算機可以是臺式計算機、筆記本電腦或?qū)Ｓ霉ぷ饔嬎銠C，需要具備高性能的CPU與大容量的RAM和硬板，才能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬儀器的數(shù)據(jù)高速傳輸與分析;外圍設(shè)備則以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、PXI系統(tǒng)等系統(tǒng)當中的一個或兩個以上組成，以此對需要使用虛擬儀器進行測量的數(shù)據(jù)進行采集。而虛擬儀器的軟件則包含有儀器的驅(qū)動器、應(yīng)用軟件與電腦操作系統(tǒng)等組成，包含有各種類型的控件與數(shù)據(jù)處理算法，從而使虛擬儀器擁有超越傳統(tǒng)儀器的性能。

（二）虛擬儀器的分類及特點

當前市場上的虛擬儀器的類型非常多，但是根據(jù)硬件設(shè)施的不同，可以大致將虛擬儀器分為兩類，即插卡式虛擬儀器與接口式虛擬儀器兩種。其中，插卡式虛擬儀器是直接借用個人計算機的插槽讀取數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)，隨后將改數(shù)據(jù)通過個人計算機總線進行上傳，以此進行數(shù)據(jù)測試;而接口式虛擬儀器則需要將信號采集部件連接至個人計算機上，隨后通過信號采集部件對相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集。雖然信號的采集方式不同，但虛擬儀器相比傳統(tǒng)儀器的特點則是相同的，即以軟件為儀器核心，有著非常高的性價比、靈活性與擴展性，且因為虛擬儀器需要依托計算機網(wǎng)絡(luò)運行，因此有著非常好的數(shù)據(jù)及時連通功能與更加直觀的數(shù)據(jù)顯示界面。

（三）虛擬儀器驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)

在虛擬儀器的發(fā)展過程當中，由于過多的測量模塊與儀器系統(tǒng)的加入，使得編程人員在對儀器功能的程序測控的過程中遇到了一定的影響。為了對虛擬儀器的編程模式加以規(guī)范，提升虛擬儀器代碼的可重復(fù)利用性，以許多編程人員牽頭開發(fā)了儀器驅(qū)動器的技術(shù)，并以此技術(shù)為基準提出了虛擬儀器驅(qū)動器的兩個結(jié)構(gòu)模型，分別為外部接口模型與內(nèi)部設(shè)計模型，對虛擬儀器驅(qū)動的外部連接功能與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。其中。外部接口模型以儀器驅(qū)動的功能模塊為核心，通過各類接口實現(xiàn)與其他部件的鏈接;而內(nèi)部設(shè)計模型則是對驅(qū)動器功能模塊的內(nèi)部組成的定義，用戶可以根據(jù)內(nèi)部設(shè)計模型結(jié)構(gòu)來設(shè)計開發(fā)各類應(yīng)用程序。

（四）開發(fā)平臺及軟件設(shè)計

軟件作為虛擬儀器運行的核心，需要依托相應(yīng)的平臺進行開發(fā)，而目前市場上可以用于虛擬儀器軟件開發(fā)的平臺共分為兩大類，即通用可視化編程平臺與虛擬儀器專用軟件開發(fā)編程平臺。在這些虛擬儀器的開發(fā)平臺內(nèi)部，不僅存在高效的程序編譯器，而且具備非常靈魂的程序調(diào)試手段，能夠?qū)Χ喾N類型的儀器設(shè)備進行支持，從而對軟件的開發(fā)有著非常大的幫助。在這兩類開發(fā)平臺當中，屬于虛擬儀器專用軟件開發(fā)編程平臺的LabVIEW平臺相較于其他平臺的性能更為優(yōu)越，因此在市場范圍內(nèi)使用最為廣泛。在虛擬儀器的軟件設(shè)置過程中，需要設(shè)計者根據(jù)軟件工程學(xué)的設(shè)計原則，自頂向下進行軟件的設(shè)計與調(diào)試，以此保證虛擬儀器的軟件具備較高的可靠性，符合相關(guān)規(guī)定與相應(yīng)測量分析工程的需求[1]。

（五）軟測量技術(shù)的明顯提出

在工業(yè)測量的過程當中，由于一些重要變量的測量受到工藝、技術(shù)或經(jīng)濟等方面的影響無法使用儀表檢測，因此，為了解決這些問題，人們提出了軟測量技術(shù)。軟測量技術(shù)又被稱為軟儀表技術(shù)，是在工業(yè)測量的過程當中，通過可以直接準確測量的變量與相關(guān)的參數(shù)，建立相關(guān)的軟測量模型，對一些難以測量的重要變量進行估計的方法。在實際生產(chǎn)過程當中，這種方法也被認為是解決重要變量無法使用虛擬儀器進行測量的方法，因此在工業(yè)生產(chǎn)當中的應(yīng)用范圍非常廣泛。

（六）電力檢測中的綜合應(yīng)用

在進行電力檢測的過程當中，虛擬儀器技術(shù)與軟測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)儀表難以檢測的參數(shù)，并且能夠?qū)o法測量的參數(shù)進行預(yù)估，對綜合測量數(shù)據(jù)進行在線分析，因此受到了非常廣泛的應(yīng)用。將虛擬儀器與軟測量技術(shù)相結(jié)合，可以解決電力測試領(lǐng)域當中存在的許多測量問題，比如對電流互感器勵磁特性的測試過程當中就可以使用虛擬儀器與軟測量技術(shù)之間配合進行測量建模，從而測得相對準確的數(shù)值。

二、電力互感器勵磁特性測量方法

（一）勵磁特性測量方法介紹

電流互感器是電力行業(yè)當中最為重要的設(shè)備之一，能夠按照一定的比例將輸電線路上巨大的電流值進行降低，直至可以使用儀表進行測量，而這對電力的測量工作而言十分重要。除了能夠?qū)﹄娏y量提供幫助之外，電流互感器還能夠作為各類繼電保護的電源使用。對于電流互感器而言，勵磁特性是直接決定互感器性能的重要因素，因此對電流互感器勵磁特性的測量數(shù)據(jù)就成為了衡量電流互感器性能的方法。目前市場上的電流互感器主要分為TPS級、TPX級與TPY級，其中TPX級與TPS級的電流互感器的勵磁性能測試需要對其鐵心進行退磁，而TPY級則無需退磁。在實際測量當中，對電流互感器的勵磁特性主要有三種，分別為低頻交流法、直流法與電容放電法。

（二）各種測試方法的分析比較

在對電流互感器進行測試的過程中，低頻交流法、直流法與電流放電法分別有著不同的特點，而其測試方式也有著一定程度的差異，能夠在不同的測量場合發(fā)揮相應(yīng)的作用。其中，低頻交流法需要對被測繞組使用低頻的交流電源進行激勵，使其在低壓可測的條件下達到飽和，進而獲取測試效果，這種測試方法能夠?qū)﹄娏骰ジ衅鞯碾姼信c剩磁等參數(shù)進行比較精準的測量，但對其勵磁特性的測量則無法完全實現(xiàn)，且需要相對昂貴的大容量電源裝置，使得測量成本過高，測量系統(tǒng)復(fù)雜;使用直流法對電流互感器進行測試的過程當中，由于其二次繞組的電流變化無法在短時間內(nèi)歸零，容易導(dǎo)致剩磁系數(shù)的測量失準，且繞組放電過程中的電壓突變現(xiàn)象會對電壓傳感器造成一定影響，因此需要用于實驗的電壓傳感器擁有更高的耐壓值與更寬的頻率，而這也在一定程度上增加了測試的成本;使用電容放電法對電流互感器的勵磁特性進行測量的過程中，需要使用大容量的電容進行配合，因此導(dǎo)致測試裝置的體積難以下降。此外，使用電容放電法對TPS級或TPX級的電流互感器進行測量的過程中，需要進行一道額外的消磁工序，使測試過程更加的繁瑣。除此之外，以上三種測試方法對于電流互感器的繞組內(nèi)阻的測量有著一定的困難，需要使用附加實驗進行，這也導(dǎo)致了實驗的難度上升。

（三）平臺系統(tǒng)測量方法的選用

傳統(tǒng)測量方法存在著一定的缺陷，對于電流互感器的勵磁特性測試難以做到盡善盡美，但使用全新的虛擬儀器與軟測量技術(shù)，就可以對電流互感器的勵磁特性進行相對精準的測量，同時還可以避免危險的高壓測試，彌補了傳統(tǒng)測試方法所需設(shè)備笨重、測試工藝復(fù)雜的缺點。使用平臺系統(tǒng)進行電流互感器的勵磁特性的測量，需要在直流法的基礎(chǔ)上加以改進，借助工業(yè)計算機對測試過程進行控制，從而取得智能化測試的效果。

三、新型電力互感器測試平臺系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

（一）平臺系統(tǒng)功能介紹

電流互感器對于電力行業(yè)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，而對于電流互感器的勵磁特性的測量則是衡量互感器性能的關(guān)鍵所在。以往的測量方法不僅需要較高的測量成本，且在一些關(guān)鍵測量數(shù)據(jù)的部分難以一次測量清楚，對測量工作帶來了很大的不變。因此，使用虛擬儀器與軟測量技術(shù)搭建的電流互感器測試平臺則成為了測試電流互感器勵磁特性的全新方案。在測試過程中，測試平臺系統(tǒng)有著三大測試功能，分別是對TPY互感器二次繞組的勵磁特性的測量，對電流互感器小線圈的測試與對電流互感器的鐵磁諧振波形的自動分析，相較傳統(tǒng)的測量方式而言，有著更加全面的測試效果。

（二）互感器自動分檔測量含義

在對電流互感器的勵磁特性測試的過程當中，部分測試時間常數(shù)較大的互感器進行二次繞組時，往往會出現(xiàn)磁通的測量值出現(xiàn)相對明顯的偏差，而磁通——電流的波形也會出現(xiàn)明顯的變化，而這種情況出現(xiàn)的原因則是由于平臺測試預(yù)設(shè)定的時間內(nèi)的充電不飽和、放電不完全所導(dǎo)致的。為了解決以上誤差，需要對電流互感器的時間常數(shù)進行分檔，然后選擇不同的檔位進行測量。使用分檔測量，可以在測試時間保持不變的情況下提高測量的精度，對于互感器勵磁特性的測試準確度的提升十分有效。

（三）互感器諧波測試原理

在電力系統(tǒng)進行切換的過程當中，其電力互感器有時會產(chǎn)生電磁諧振現(xiàn)象，對電網(wǎng)形成嚴重的電磁干擾，甚至造成電網(wǎng)當中并聯(lián)電容器的損壞。因此，對電力互感器的電磁諧振波進行檢測對于維護電網(wǎng)運行安全非常重要。在對電力互感器的諧波進行測試的過程中，需要對互感器的一次電壓、二次電壓與二次電流信號進行測量，通過一個短路電壓信號使二次電壓短路，對二次電壓的波形在短路后復(fù)原過程當中出現(xiàn)的畸變情況進行檢測，從而得出電力互感器的諧波次數(shù)，以此衡量互感器的性能。

（四）平臺系統(tǒng)硬件架構(gòu)

為了實現(xiàn)平臺系統(tǒng)的三大功能，需要在進行平臺系統(tǒng)的架構(gòu)過程當中對虛擬儀器系統(tǒng)所需的高性能數(shù)據(jù)采集卡進行配置，以此滿足虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)字輸出的功能。除了高性能的數(shù)據(jù)采集卡之外，為了實現(xiàn)對電力互感器的勵磁特性測試、小線圈測試與諧波測試等功能，需要配合相應(yīng)的電源模塊與電路選擇模塊，在不同的測量工序當中選擇相應(yīng)的模塊，從而實現(xiàn)相應(yīng)的功能測試。

（五）平臺系統(tǒng)軟件設(shè)計

對于測試平臺系統(tǒng)而言，軟件系統(tǒng)需要負責(zé)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)判斷、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)曲線顯示、測量歷史記錄查詢等多個功能，可以說是整個平臺系統(tǒng)當中最為重要的部分。為了實現(xiàn)相應(yīng)的功能，需要平臺軟件具備數(shù)據(jù)采集處理模塊、數(shù)據(jù)圖形模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊等相應(yīng)構(gòu)成部件。

四、自動測試系統(tǒng)精度分析及改善方案

（一）測試系統(tǒng)精度分析

誤差這一影響測量結(jié)果準確度的因素存在于任何的測量過程當中，其中也包括使用平臺系統(tǒng)對電力互感器進行的測試。在測試過程當中，誤差這一因素可以細分為系統(tǒng)誤差與隨機誤差，這兩類誤差的出現(xiàn)是無法避免的，但卻可以通過對測試系統(tǒng)進行提高精確度的調(diào)整來降低誤差的影響。其中，隨機誤差實際上是一種函數(shù)準確度參數(shù)的因素，而系統(tǒng)誤差則是函數(shù)計算過程當中出現(xiàn)的誤差問題。為了解決測試過程當中存在的誤差，除了進行多次反復(fù)測量去平均值的方法之外，還可以對測試系統(tǒng)的精度進行分析，尋找可能引發(fā)誤差的部分，對其進行更加精細的調(diào)整[2]。

（二）互感器勵磁特性系統(tǒng)

雖然測試平臺這一方案對電力互感器的測試精準度與全面度遠超傳統(tǒng)測試方式，但在測試過程當中依舊存在一定的問題，其中就包含電感與時間常數(shù)的測試誤差，二次時間常數(shù)的跳變、修正過的測試數(shù)據(jù)無法正常保存等問題，需要在平臺開發(fā)者與使用者加強對平臺的維護。

（三）新勵磁特性測試方法

測試平臺對電力互感器的測試結(jié)果的準確度相對常規(guī)測試更高，但測試平臺也有著相應(yīng)的缺點，就是不適合工業(yè)應(yīng)用過程當中的快速檢測。除此之外，測試平臺還難以實現(xiàn)對剩磁通點與飽和磁通點刺桐店的快速測量。對此，可以利用電力互感器的剩磁數(shù)據(jù)在放點完成后數(shù)分鐘內(nèi)幾乎保持不變的特性開發(fā)全新的勵磁特性測試方法，以此規(guī)避殘留的磁通對測試結(jié)果的影響。此種測試方法需要在對互感器的繞組進行充放電之后將電源反向進行數(shù)據(jù)采集，以此計算二次繞組內(nèi)阻、剩磁通值與飽和磁通值。相比現(xiàn)有的技術(shù)，這種測試方法無需對互感器進行復(fù)雜的退磁操作，且通過正反勵磁交替的方法實現(xiàn)了測量消磁一體化，提高了測量精度。

（四）測試方法原理及分析

在對電力互感器的小線圈進行剩磁測試的過程當中，由于直流法與電容放電法需要相對昂貴的設(shè)備，且電壓電流變化過快，因此需要使用低頻交流法進行測試。這種測試可以通過對電力互感器二次繞組的電壓波形進行采集，以此判斷飽和磁通與剩磁通的及分段，并且根據(jù)結(jié)果實現(xiàn)剩磁系數(shù)的測試。這種測試方法充分利用了單向與雙向勵磁測試的不同特點來進行小線圈的剩磁測試，不僅操作簡單，而且有著相對更高的計算精度與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

五、相關(guān)系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)

互感器測試平臺系統(tǒng)使用了以工業(yè)計算機為主的虛擬儀器技術(shù)與軟測量建模技術(shù)，通過新的勵磁特性的測試方法與互感器分檔測量的方法成功將多種測試功能集于一體，不僅提升了檢測的效率，同時大幅降低了檢測的成本，具有非常大的推廣價值。

結(jié)束語：

隨著計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，儀器這一概念也將逐漸開放，通過電腦、軟件與工作站為核心的虛擬儀器將在各種測量領(lǐng)域中獲得更加廣泛的應(yīng)用，從而提升工業(yè)生產(chǎn)的效率，降低因儀器誤差帶來的損耗，對工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展有著非常大的推動作用。不僅如此，虛擬儀器測試平臺的出現(xiàn)還能夠促進信息資源的共享，對于工業(yè)自動化智能化的發(fā)展有著非常重要的意義。

參考文獻

[1]武心貽，姬波.智能測控儀表技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（23）：50.

[2]張?zhí)禊i，于江濤，王虎森.電力監(jiān)控系統(tǒng)智能測控儀表的研究與設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界，2014，21（08）：40-42+32.