摘 要：通過對(duì)變壓器試驗(yàn)中的測(cè)試信號(hào)性質(zhì)的分析，介紹了利用NI-DAQ和NI-SCXI產(chǎn)品構(gòu)建的基于PXI總線的通用變壓器測(cè)試系統(tǒng)的組成原理及基于LabWindows/CVI的測(cè)量驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)思想。
　　關(guān)鍵詞：變壓器試驗(yàn)；PXI總線；LabWindows/CVI；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)調(diào)理

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)已成為測(cè)量革命的核心所在，測(cè)量核心技術(shù)所取得的進(jìn)步從根本上改善了傳感器、數(shù)字化儀、信號(hào)處理和分布式測(cè)量的方式，使松散耦合且經(jīng)常不匹配的獨(dú)立儀器傳統(tǒng)測(cè)量方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃苫?、高性能的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)和自動(dòng)化解決方案。
　　傳統(tǒng)變壓器產(chǎn)品的測(cè)試，主要根據(jù)IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1094-85《電力變壓器》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試項(xiàng)目隨變壓器類型不同而不同，可分為例行試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)。測(cè)試時(shí)逐項(xiàng)測(cè)試，不僅需要多種多樣的測(cè)試儀器，造成硬件資源上的浪費(fèi)，而且由于測(cè)試工作采用手工控制方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大測(cè)試速度慢，數(shù)據(jù)處理也需試驗(yàn)人員來完成。針對(duì)傳統(tǒng)變壓器測(cè)試的以上特點(diǎn)，我們利用目前已經(jīng)成熟的先進(jìn)虛擬儀器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，應(yīng)用美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI公司)研制的功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)LabWindows/CVI和該公司提供的一套基于計(jì)算機(jī)的高性能的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一個(gè)通用變壓器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來完成變壓器產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。

1變壓器產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試信號(hào)分析

　　變壓器試驗(yàn)種類一般可分為半成品試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)、特殊試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)和修理后試驗(yàn)。每臺(tái)變壓器在出廠前都必須進(jìn)行例行的出廠試驗(yàn)，其試驗(yàn)項(xiàng)目主要有電壓比的測(cè)量，繞組聯(lián)結(jié)組的測(cè)定；絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗的測(cè)量；工頻耐壓試驗(yàn)；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)；空載試驗(yàn)；負(fù)載試驗(yàn)。而對(duì)某種指定結(jié)構(gòu)的變壓器產(chǎn)品，還需要進(jìn)行鑒定性試驗(yàn)即型式試驗(yàn)，包括沖擊電壓試驗(yàn)；溫升試驗(yàn)；局部放電試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目。綜觀以上各試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)量原理和測(cè)量方法，不難發(fā)現(xiàn)：在所有的這些測(cè)量中，主要的測(cè)量工作還是對(duì)電壓、電流、電荷的測(cè)量。因此根據(jù)這些測(cè)試信號(hào)的性質(zhì)，利用NI數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品和NI測(cè)試軟件開發(fā)平臺(tái)來構(gòu)成一套通用變壓器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。該測(cè)試系統(tǒng)不僅可以自動(dòng)完成對(duì)變壓器所有例行試驗(yàn)項(xiàng)目和型式試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試，而且可以完成對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)波形的處理、顯示、打印，從而達(dá)到提高測(cè)試質(zhì)量，加快測(cè)試速度，降低測(cè)試勞動(dòng)強(qiáng)度，減少測(cè)試硬件資源浪費(fèi)的目的。

2系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

2.1工作原理及功能
　　測(cè)試系統(tǒng)主要由PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備(DAQ)、高速數(shù)字化儀和數(shù)字I/O設(shè)備(DIO)組成，PC機(jī)通過PCI總線和DAQ設(shè)備、高速數(shù)字化儀、DIO設(shè)備相聯(lián)。DIO設(shè)備和自動(dòng)測(cè)試控制盒用來實(shí)現(xiàn)對(duì)被試變壓器的加電控制以及在測(cè)試不同測(cè)試項(xiàng)目時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試線路連接方式的改變，電壓、電流、電荷信號(hào)采集(DAQ)與高速數(shù)字化儀用來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)的數(shù)據(jù)采集及試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)波形的處理、顯示和存儲(chǔ)，而PC機(jī)是整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制中心，它通過執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)量驅(qū)動(dòng)軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的選擇、各設(shè)備的初始化、產(chǎn)品的加電、測(cè)試線路接線方式的改變、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、隨機(jī)查詢、顯示數(shù)據(jù)圖表以及波形的顯示等一系列功能。
2.2測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成
　　整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由一臺(tái)PC機(jī)，一個(gè)NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備組合機(jī)箱，前置信號(hào)調(diào)理裝置，自動(dòng)測(cè)試控制盒、測(cè)試信號(hào)形成電路和試驗(yàn)所需要的電源系統(tǒng)組成。試驗(yàn)電源系統(tǒng)中包括例行試驗(yàn)和型式試驗(yàn)過程中的各種電源。測(cè)試信號(hào)形成電路用來形成各測(cè)試項(xiàng)目中所需的測(cè)試信號(hào)，這些信號(hào)雖然都以電壓或電流或電荷的形式出現(xiàn)，但它們?cè)谛再|(zhì)上的差別卻很大，大部分是工頻信號(hào)，小部分卻是瞬變信號(hào)，因此該電路應(yīng)具備多種形式以滿足不同項(xiàng)目的測(cè)試要求并且應(yīng)具有良好的性能。自動(dòng)測(cè)試控制盒主要完成兩個(gè)方面的功能：第一從電源系統(tǒng)中選擇適當(dāng)?shù)碾娫醇拥奖辉囎儔浩?，第二根?jù)來自DIO設(shè)備的控制信號(hào)改變測(cè)試線路連接方式及選取測(cè)試信號(hào)的采樣點(diǎn)以便完成相應(yīng)項(xiàng)目的測(cè)試。前置信號(hào)調(diào)理裝置(SCXI)的使用一方面方便多種信號(hào)類型的多通道數(shù)據(jù)采集，通過信號(hào)隔離增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)，另一方面通過對(duì)信號(hào)的放大、濾波和同步采樣改善測(cè)量系統(tǒng)的性能。NI組合機(jī)箱中包括各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備和高速數(shù)字化儀，它主要完成對(duì)經(jīng)過調(diào)理的各種信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、波形處理等工作。

2.3NI-DAQ與SCXI產(chǎn)品的性能特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹
　　為了縮短開發(fā)周期，統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，降低開發(fā)費(fèi)用，NI公司在構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)測(cè)試方案方面提供了一整套性能卓越的數(shù)據(jù)采集DAQ和信號(hào)調(diào)理SCXI產(chǎn)品，結(jié)合先進(jìn)的測(cè)試軟件就可以很方便地構(gòu)建一個(gè)高度集成化、高性能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。具有如下幾方面的顯著特點(diǎn)：
　　(1) 在基于PC的測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的采樣速率和分辨率是決定測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。NI公司的DAQ測(cè)量板卡通過配備可編程放大器PGIA使之不僅具有1GΩ以上的輸入電阻，而且通道在采集過程中的穩(wěn)定時(shí)間不受通道增益與采樣率的影響，甚至在高增益高采樣率的情況下仍可充分提供12bit以上的精度。除此之外，還通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)、正確的屏蔽、周密的接地來確保系統(tǒng)的噪聲最小化，并且殘留噪聲按高斯方式進(jìn)行均勻分布處理。
　　(2) NI-DAQ測(cè)量板卡由于采用高質(zhì)量元器件、補(bǔ)償元件而使因溫度變化所引起的測(cè)量誤差縮小到6ppm/℃以下；板卡帶有校準(zhǔn)電路，應(yīng)用中只需通過一個(gè)軟件命令即可進(jìn)行校準(zhǔn)，減少運(yùn)行中因時(shí)間和溫度漂移引起的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
　　(3) 在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)使用多種測(cè)量板卡和在一個(gè)開發(fā)平臺(tái)下集成大量技術(shù)的前提是在測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行前端信號(hào)調(diào)理。NI的信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計(jì)，具有對(duì)多種類信號(hào)進(jìn)行調(diào)理的功能；通道增益、濾波和激勵(lì)電平的配置均可編程；擁有高速總線，模擬信號(hào)的采樣速率可達(dá)333ks/s；同時(shí)提供系統(tǒng)保護(hù)功能。
　　(4) 不管是DAQ產(chǎn)品還是信號(hào)調(diào)理裝置，它們均具有最佳的軟件集成功能。這些設(shè)備的配置軟件不僅可以快速診斷板卡本身或連接上的問題，而且設(shè)置的虛擬通道可以將采集所得數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成具有工程含義的單位。