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• 關鍵詞： Lab VIEW 雷電沖擊 數字測量系統
• 摘要：為了測量雷電沖擊電壓的波形和參數，本文利用基于虛擬儀器的設計思想及功能 模塊化的設計方法,通過PCI接口將高速數字化儀與IPC(工業控制用計算機)結合起來作為硬件系統；以Lab VIEW8.6為應用程序開發平臺，設計雷電沖擊數字測量系統,實現對高速數字化儀進行控制采樣、平滑處理波形、計算沖擊波形各種參數等功能。該系統具有人機界面友好、功能全面、操作簡便的特點；經測試表明,系統運轉正常,達到國家標準。

1、雷電沖擊數字測量系統簡介

1.1)數字沖擊測量系統的應用范圍

　　雷電沖擊數字測量系統測量雷電沖擊全波、操作沖擊全波、雷電沖擊截波、沖擊電流方波等波形。該系統主要功能有：可設置測量參數(額定電壓、分壓比、衰減比) 、根據波形設置記錄時間、波形的起始位置) ；根據國標要求對數據迸行處理和計祘；輸出處理后的波形和波形峰值及時間參數值；最后，對波形和測量結果進行保存。

1.2)技術特點

　　雷電沖擊數字測量系統基于虛擬儀器的設計思想及功能模塊化的設計方法；通過PCI接口將高速數字化儀與IPC(工業控制用計算機)結合起來作為硬件系統；以Lab VIEW8.6為應用程序開發平臺，設計雷電沖擊數字測量系統,實現對高速數字化儀進行控制采樣、平滑處理波形、計算沖擊波形各種參數等功能。

1.3)技術參數

輸出電壓幅值  ±0-1600V

波形參數      T1=1.2μs±30%，T2=50μs±20%

負載          600-20000 PF

工作電源      AC220V    50HZ

2 雷電沖擊數字測量系統的整體架構

　　雷電沖擊數字測量系統是以軟件為中心進行系統的設計，其系統的整體架構見圖1。

圖1 雷電沖擊數字測量系統的整體架構

　　雷電沖擊數字測量系統基本配置：高速數字化(NI PCI-5122) 、100倍的衰減器和IPC(工業控制用計算機) ；雷電沖擊數字測量系統基本功能：雷電沖擊采集、試驗數據處理、波形分析處理和報告生成；Lab VIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench) 是一種用圖標替代文本創建應用程序的圖形化編程語言；Lab VIEW采用數據流編程方式，程序前面板和程序框圖二個介面。高速數字化(NI PCI-5122) 的基本參數如下：

3雷電沖擊數字測量系統的功能

3.1)雷電沖擊采集

　　雷電沖擊數字測量系統的雙通道采集界面如圖2。在調試中可進行相應功能和信號調節。

圖2 雷電沖擊數字測量系統的雙通道采集界面

圖3雷電沖擊數字測量系統的雙通道采集程序框圖

由圖可知，雙通道采集的采集程序框圖有標記；并配有簡單說明。 

3.2) 雷電沖擊波形處理

GBT 16927.1-2011標準對雷電沖擊波的定義如圖4。

圖4 GBT 16927.1-2011標準對雷電沖擊波定義的波形

雷電沖擊數字測量系統的標準波形，采用最小二乘法擬合來實現；其原理如圖5所示。

圖5 最小二乘法擬合原理圖

沖擊電壓波形處理波形擬合前面板如圖6，圖中紅線為實側波形而藍線為標準定義波形。

圖6 沖擊波形處理波形擬合前面板

3.3) 雷電沖擊十次測量程序

　　根據GBT 16927.1-2011標準要求，相應于校準沖擊的輸出應至少取10次沖擊進行估算，輸出峰值與其平均值的最大偏差應在平均值的士1%以內。沖擊刻度因數是輸入峰值和輸出峰值平均值之比。時間參數也應至少用10次沖擊來估算，各次輸出的時間參數與其輸入的偏差應在±2%以內。傳遞過電壓十次測量前面板如圖7。

圖7 傳遞過電壓十次測量前面板

3.4)、雷電沖擊試驗操作面板

雷電沖擊試驗操作面板功能如圖8：

圖8 雷電沖擊試驗操作面板

3.5) 雷電沖擊數字測量系統試驗現場

對10kV電壓互感器進行雷電沖擊試驗現場的照片如圖9，

 圖9 10kV電壓互感器進行雷電沖擊試驗現場照片

圖為試驗現場布置，下圖為控制室的雷電沖擊數字測量系統

現場試驗分別進行了單次試驗和十次重復試驗，波形如圖10和圖11。

圖10 10kV電壓互感器進行雷電沖擊單次試驗結果

圖11 10kV電壓互感器進行雷電沖擊十次重復試驗結果

從圖10中可以看出單次測量的雷電沖擊波，無論波形特征，波前時間，波尾時間均符合GBT 16927.1-2011要求；而圖11中是相同條件下十次測量得的電壓值，可以看出十次產生的雷電沖擊波幅值在75.2-75.9kV之間，波前時間在.98到11.0μs（T1）之間，波尾時間49.2-50.5μs（T2）。十次重復測量的標準不確定度小于2%。

作者簡介

　　王彥金，高級工程師，長期從事電力設備質檢工作和試驗儀的研制，現任gongkong認證專家，從事《智能制造論壇》服務平臺工作。