摘 要：通過對變壓器試驗中的測試信號性質(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試系統(tǒng)的組成原理及基于LabWindows/CVI的測量驅(qū)動軟件的設(shè)計思想。
　　關(guān)鍵詞：變壓器試驗；PXI總線；LabWindows/CVI；數(shù)據(jù)采集；信號調(diào)理

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)已成為測量革命的核心所在，測量核心技術(shù)所取得的進(jìn)步從根本上改善了傳感器、數(shù)字化儀、信號處理和分布式測量的方式，使松散耦合且經(jīng)常不匹配的獨立儀器傳統(tǒng)測量方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃苫?、高性能的網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)和自動化解決方案。
　　傳統(tǒng)變壓器產(chǎn)品的測試，主要根據(jù)IEC和國家標(biāo)準(zhǔn)GB1094-85《電力變壓器》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測試項目隨變壓器類型不同而不同，可分為例行試驗、型式試驗、特殊試驗。測試時逐項測試，不僅需要多種多樣的測試儀器，造成硬件資源上的浪費(fèi)，而且由于測試工作采用手工控制方式，勞動強(qiáng)度大測試速度慢，數(shù)據(jù)處理也需試驗人員來完成。針對傳統(tǒng)變壓器測試的以上特點，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)用美國國家儀器公司(NI公司)研制的功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺LabWindows/CVI和該公司提供的一套基于計算機(jī)的高性能的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，設(shè)計一個通用變壓器自動測試系統(tǒng)來完成變壓器產(chǎn)品的自動測試。

1變壓器產(chǎn)品測試項目及測試信號分析

　　變壓器試驗種類一般可分為半成品試驗、出廠試驗、型式試驗、特殊試驗、驗收試驗和修理后試驗。每臺變壓器在出廠前都必須進(jìn)行例行的出廠試驗，其試驗項目主要有電壓比的測量，繞組聯(lián)結(jié)組的測定；絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗的測量；工頻耐壓試驗；感應(yīng)耐壓試驗；空載試驗；負(fù)載試驗。而對某種指定結(jié)構(gòu)的變壓器產(chǎn)品，還需要進(jìn)行鑒定性試驗即型式試驗，包括沖擊電壓試驗；溫升試驗；局部放電試驗等試驗項目。綜觀以上各試驗項目的測量原理和測量方法，不難發(fā)現(xiàn)：在所有的這些測量中，主要的測量工作還是對電壓、電流、電荷的測量。因此根據(jù)這些測試信號的性質(zhì)，利用NI數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品和NI測試軟件開發(fā)平臺來構(gòu)成一套通用變壓器自動測試系統(tǒng)是完全可以實現(xiàn)的。該測試系統(tǒng)不僅可以自動完成對變壓器所有例行試驗項目和型式試驗項目的測試，而且可以完成對試驗數(shù)據(jù)和試驗波形的處理、顯示、打印，從而達(dá)到提高測試質(zhì)量，加快測試速度，降低測試勞動強(qiáng)度，減少測試硬件資源浪費(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)備和自動測試控制盒用來實現(xiàn)對被試變壓器的加電控制以及在測試不同測試項目時實現(xiàn)對測試線路連接方式的改變，電壓、電流、電荷信號采集(DAQ)與高速數(shù)字化儀用來實現(xiàn)對各種信號的數(shù)據(jù)采集及試驗數(shù)據(jù)、試驗波形的處理、顯示和存儲，而PC機(jī)是整個自動測試系統(tǒng)的控制中心，它通過執(zhí)行相應(yīng)的測量驅(qū)動軟件來實現(xiàn)對測試項目的選擇、各設(shè)備的初始化、產(chǎn)品的加電、測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測試系統(tǒng)的硬件組成
　　整個測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，系統(tǒng)主要由一臺PC機(jī)，一個NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備組合機(jī)箱，前置信號調(diào)理裝置，自動測試控制盒、測試信號形成電路和試驗所需要的電源系統(tǒng)組成。試驗電源系統(tǒng)中包括例行試驗和型式試驗過程中的各種電源。測試信號形成電路用來形成各測試項目中所需的測試信號，這些信號雖然都以電壓或電流或電荷的形式出現(xiàn)，但它們在性質(zhì)上的差別卻很大，大部分是工頻信號，小部分卻是瞬變信號，因此該電路應(yīng)具備多種形式以滿足不同項目的測試要求并且應(yīng)具有良好的性能。自動測試控制盒主要完成兩個方面的功能：第一從電源系統(tǒng)中選擇適當(dāng)?shù)碾娫醇拥奖辉囎儔浩鳎诙鶕?jù)來自DIO設(shè)備的控制信號改變測試線路連接方式及選取測試信號的采樣點以便完成相應(yīng)項目的測試。前置信號調(diào)理裝置(SCXI)的使用一方面方便多種信號類型的多通道數(shù)據(jù)采集，通過信號隔離增強(qiáng)對系統(tǒng)的保護(hù)，另一方面通過對信號的放大、濾波和同步采樣改善測量系統(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，它主要完成對經(jīng)過調(diào)理的各種信號進(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)品的性能特點簡單介紹
　　為了縮短開發(fā)周期，統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，降低開發(fā)費(fèi)用，NI公司在構(gòu)建基于計算機(jī)的自動測試方案方面提供了一整套性能卓越的數(shù)據(jù)采集DAQ和信號調(diào)理SCXI產(chǎn)品，結(jié)合先進(jìn)的測試軟件就可以很方便地構(gòu)建一個高度集成化、高性能的自動測量系統(tǒng)。具有如下幾方面的顯著特點：
　　(1) 在基于PC的測試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的采樣速率和分辨率是決定測量應(yīng)用系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。NI公司的DAQ測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，還通過獨特的設(shè)計、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)用中只需通過一個軟件命令即可進(jìn)行校準(zhǔn)，減少運(yùn)行中因時間和溫度漂移引起的誤差對測量結(jié)果的影響。
　　(3) 在一個系統(tǒng)中同時使用多種測量板卡和在一個開發(fā)平臺下集成大量技術(shù)的前提是在測量系統(tǒng)中進(jìn)行前端信號調(diào)理。NI的信號調(diào)理產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，具有對多種類信號進(jìn)行調(diào)理的功能；通道增益、濾波和激勵電平的配置均可編程；擁有高速總線，模擬信號的采樣速率可達(dá)333ks/s；同時提供系統(tǒng)保護(hù)功能。
　　(4) 不管是DAQ產(chǎn)品還是信號調(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)自動轉(zhuǎn)換成具有工程含義的單位。