局部放电测量装置的界面设计

1局部放电测量装置的界面设计漆健宗指导教师：程汉湘（广东工业大学自动化学院，广州，510090）摘要：本论文针对局部放电的测量装置的软件界面进行设计，主要功能包括有信号的滤波，频谱分析，频响分析，波形显示及截取，波形的延时，数据读入和保存记录，本设计利用强大的LabVIEW平台的虚拟仪器技术实现了集这些功能为一体的虚拟仪器，传统仪器与虚拟仪器无法相比。本虚拟仪器在对电力电缆的局部放电的测量分析中起到一定的作用，方便了工程及研究人员对局部放电情况的判断和分析。关键词：局部放电，虚拟仪器，测量，LabVIEW评阅人评语：本论文1引言1.1背景随着电力系统中电力设备电压等级越来越高，电能质量的要求越来越高，局部放电检测作为一项非破坏性试验亦日益重要，局部放电的测量影响着电能质量的进一步提高，现今对局部放电进行测量的要求日益严格，传统仪器已不能胜任，本文通过计算机软件实现虚拟仪器进行局部放电的测量分析系统的设计，为工程应用提供一个更方便快捷和有效的测量分析结果。本课题为“局部放电测量仪”研究课题的一部分，它是基于LabVIEW的虚拟仪器技术所形成的局部放电测量图形显示装置。1.2开发平台简介LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW采用图形化编程语言——G语言。LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85％以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，体现出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原漆健宗（1983－），男，电气工程及其自动化（电力方向）专业2006届毕业生，工学学士。2有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。表1虚拟仪器与传统仪器比较虚拟仪器传统仪器开放性、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭性、仪器间相互配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可。关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务。价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能可以与网络及周边设备方便连接功能单一，只能连接有限的独立设备开发与维护费用降至最低开发与维护开销高开放灵活与计算机同步固定可重复用和重配置固定自动、智能化、远距离传输功能单一，操作不便便携，有计算机（手提电脑，工业PAD，智能电话等）及数据采集器即可体积较大，难以携带技术更新周期短（0.5--2年）技术更新周期长（5--10年）2软件的模块组成整个软件设计分为四大部分：信号输入，滤波环节，分析环节，界面显示。3各模块的设计及介绍3.1信号输入因没有通过外部数据采集卡所得数据与信号，故采用计算机仿真一添加随机白噪声的工频信号为系统分析对象；而当有通过数据采集卡采集得到数据存档为特定的数据在通过本设计软件的文本读入功能读取数据。当然，若具备有数据采集卡再在该设计中加入DAQ模块则可以直接进行实时的现场的分析。3.2滤波环节本环节为滤波环节，局部放电电量信号为高频信号，故设置默认滤波器为高频滤波器，考虑到用户的不同需求，本环节的滤波器也可以关闭，同时，也可选择不同的滤波器，分别为FIR有限冲击滤波器和IIR无限冲击滤波器，而IIR无限冲击滤波器更包括多种滤波方法供用户选择，分别为巴特沃兹，切比雪夫，贝塞尔，椭圆，逆切比雪夫五种滤波方法。在滤波器的选择中，为更加切合各种不同需求，可实现滤波器的参数设置：滤波方法选择，滤波器类型选择（低通，高通，带通，带阻），滤波器类型的参数设置（截至频率，通过频率，各种增益设置），滤波器阶数设置。3.3分析环节根据参考文献对国内外发展状况及第二章XLPE绝缘试样的放电特性研究所做的试验结果可知，局部放电的判断可以通过高频段对电量的频谱分析和频率响应进行局部放电3的判断和分析，故本文中使用滤波器，再进行其高频电量的频谱分析和频率响应，然后根据与正常波形的比较进行局部放电的判断与分析。随着老化时间的延长，放电幅值增大，单个放电波形持续时间缩短。频域波形表明：XLPE绝缘试样的放电频域分布范围较宽，并随着老化时间的延长，在频域上逐渐呈现高频放电特征峰。老化前，放电能量主要集中在低频段，随着老化的进行，放电能量逐渐向高频方向移动。这说明XLPE绝缘试样的老化状态可以用超宽频带(UWH)局部放电脉冲的时频谱图进行评估，放电脉冲的能量分布越接近低频段，绝缘性能越好;越接近高频段，绝缘老化程度越严重。（1）傅立叶分析经过滤波环节或不经过滤波环节后可进行波形分析，傅立叶分析包括Magnitude（peak）计算信号的频谱，其幅度是信号峰值点的幅度，这是通常意义上的频谱，也是最为常用；Magnitude（RMS）计算信号的频谱，但其幅度是以信号的均方值来计量；Powerspectrum计算的是信号的功率谱，Powerspectrumdensity计算的是信号的功率谱密度。前两者同属频谱分析，只是输出幅频特性数据的意义不同；而后两者同属功率分析，两者输出幅度谱图的度量单位也有所不同。同样，该环节也可以由用户自由设计参数，包括：加窗类型，平均模式，权重模式，平均次数，视图选择。（2）频率响应分析频率响应模块是一个相当重要的信号分析模块，根据不同的滤波器，设置不同的滤波参数和频率响应参数，得出频率响应的各种图形，包括Magnitude图，Phase图及Coherence图。该环节的参数设置与傅立叶分析的参数设置相同。3.4界面显示在LabVIEW中，通过对前面板的排版和后面板程序的控制进行界面优化设计，并将相关波形显示面板进行设计。图一界面显示3.5其他功能（1）分析延时通过增加一程序的延时显示，可以通过手动调节程序运行的快慢而进行对信号的仔细分析。4（2）数据存储在能够通过读取数据文件进行信号分析的模块中，相应也增加一数据存储模块，可以对读入数据进行存取，由于任务时间有限，故只在原始信号中设计该模块，在分析结果中没有增加该模块，但增加该模块也不会有困难。（3）示波功能在示波功能中添加一些细化设置，用户可以随心所欲地拖放波形，放大缩小显示，通过显示波形面板中单击右键属性还可以对当前的波形图进行截取等等，在此不一一赘述。4生成文件在完成所有设计后再对该软件进行可执行文件的生成，使该软件能够单独在其他非开发终端的计算机中运行。图二程序完成图参考文献1刘海峰．基于虚拟仪器技术的数字式局部放电检测仪的研究[D]．保定：华北电力大学，2005.2陈小林．交联聚乙烯电缆宽频带局部放电检测系统的初步研究[D]．西安：西安交通大学，2003.ThesoftwareinterfacedesignofpartialdischargedetectorQiJian-zongAbstract:Thepaperfocusesonthesoftwareinterfacedesignofpartialdischargedetector.It'smainfunctioncontainssignalwavefiltration,frequency-spectrumanalysis,frequency-responseanalysis,waveoutcomeandinterception,wavedelay,datereadinandsavingrecord.ThedesignusesthevirtualelementsofpowerfulLabviewplatformtorealizeavirtualequipmentwhichisunmatchablebyconverntionalequipmentorvirtualones.Thisvirtualequipmentiseffectiveinpowercable'spartialdischargemeasurementanalysis,andit'sveryconvenientfortheengineersandresearcherstojudgeandanalysepartialdischargesituation..Keywords:partialdischarge，VirtualInstrument，measure，LabVIEW