基于LabVIEW的氣體繼電器檢測系統的研制
2014-07-24 15:40:39張宗媛
新媒體研究 2014年8期
摘 要 本文講述基于LabVIEW軟件平臺的氣體繼電器檢測系統的解決方案。將被測氣體繼電器安裝在校驗臺上，采用渦輪流量傳感器檢測流速沖擊葉片產生的脈沖信號，通過USB2821采集卡采集到計算機，應用LabVIEW軟件測試系統的固有頻率，并依此計算待測氣體繼電器的流速，最后應用實驗的方法驗證系統的可行性。
關鍵詞 氣體繼電器；labVIEW軟件；渦輪流量傳感器
中圖分類號：P634.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0036-02
油浸式電力變壓器在電力行業中應用非常廣泛，在油浸式電力變壓器的內部故障保護中，氣體繼電器保護是一種最重要的非電量保護裝置。一般當變壓器內部發生故障時，變壓器內部壓力會突然增大。在通往儲油柜的管路中產生1.2 m/s的油流速時，重瓦斯信號被接通，并作用于跳閘。本文介紹一種多用氣體繼電器校驗臺，包括潛油泵、集氣器、校驗臺架、濾油器、油箱，控制柜及計算機控制系統。本實用新型的有益效果是：結構合理，體積小，計量準確性高，工作可靠，一臺檢驗臺可對國內三種管徑Φ25 mm、Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器的流速進行校驗，也可對其它型號的氣體繼電器進行校驗。
1 流速校驗的數學模型
校驗臺選用LWGY50、LWGY80型渦輪流量傳感器作為氣體繼電器流速校驗的一次儀表。LWGY50型渦輪流量傳感器用來校驗Φ25 mm規格氣體繼電器。LWGY80型渦輪流量傳感器用來校驗Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器。渦輪流量傳感器是由永久磁鋼和線圈組成信號檢測磁場。被測液壓油流經傳感器時，傳感器內葉輪借助液體的動能沖擊而旋轉。此時葉輪葉片使檢出裝置中的磁路磁阻發生周期性變化，因而在檢出線圈兩端感應出與流量成正比的電脈沖信號，經前置放大器放大后送至顯示儀表。
在測量范圍內，傳感器的流量脈沖頻率與流速成正比：
Q=f/K （1）
式中，f為流量信號頻率（Hz）；Q為體積流量（m3/h或L/h）；K為渦輪流量傳感器的儀表系數（脈沖/L）。
此瞬時流量值除以氣體繼電器的管口橫截面積即為通過氣體繼電器的瞬時流速v（m/s），再經流量單位換算可以得到，流速與渦輪的頻率之間的函數關系：
v=0.004f/πD2K （2）
式中，D為氣體繼電器管口直徑（m）。
2 測試系統的結構組成
測試裝置模擬油浸式電力變壓器發生故障時的工作環境，利用先進的計算機測控技術，實現氣體繼電器動作流速值和氣體繼電器密閉性能試驗；計算機全中文菜單式顯示、鍵盤操作、自動檢測、打印測試結果。具有自動化程度高，操作界面直觀、簡單，操作靈活方便的特點。
氣體繼電器檢測裝置主要包括油箱、90°蝶閥、電磁閥、渦輪流量傳感器、回油箱及計算機電器檢測系統。如圖1所示。
3 測試系統的工作原理
校驗臺主要模擬變壓器發生故障時，氣體繼電器所處的工作環境進行實驗。將氣體繼電器安裝在實驗臺上，按下實驗臺啟動按鈕，郵泵將液壓油抽到油箱中，當油位達到指定位置時，油泵自動停止加油。旋轉加壓氣體閥，將氣體打入油箱，觀察壓力表，當達到指定壓力20 MPa后關閉加壓閥。然后按下校驗臺上的測試按鈕，電磁閥打開，油箱內的液壓油在高氣壓作用下沖擊氣體繼電器的內部開關使其接通后控制測試停止，USB2821采集卡采集渦輪流量傳感器的產生的流量信號，送入計算機計算后得出沖擊流速，將結果顯示在計算機上，并自動打印測試報告。
1—油箱；2—90°蝶閥；3—被測氣體繼電器；4—渦輪流量傳感器；5—電磁閥；6—回油箱；7—計算機電器檢測系統
圖1 氣體繼電器檢測裝置
4 電器控制系統組成
氣體繼電器校驗臺電器控制系統硬件主要為：計算機一臺、USB2821采集卡、接觸器、聲光報警器、開關按鈕和打印機等。軟件部分選擇了LabVIEW圖形化編程軟件。
本裝置核心主要是通過采集卡對渦輪流量傳感器受油流沖擊后產生的脈沖信號進行采集，經過計算機計算得到精確的頻率值，最后通過計算公式得到的流速值顯示在屏幕上，并打印測試結果。
計算機選用普通液晶顯示器，CPU為奔騰4處理器，512內存，80G硬盤，集成顯卡。
信號采集系統選擇了USB2821采集卡，該采集卡是一種基于USB總線的數據采集卡，可直接插在計算機的USB接口上，構成質量檢測的數據采集、波形分析和處理。采集卡分為模擬量和數字量采集。本設計中選用：
AD模擬量輸入量程：0—10 V。
轉換精度：12位。
采樣速度：100 kHz。
物理通道數：單端32通道，雙端16通道。
DI數字量輸入：8通道。
DO數字量輸出：8通道。
接觸器主要是對液壓泵和電磁閥的控制。
軟件平臺選擇了LabVIEW圖形化編程軟件，此軟件是一種程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編程語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。而且此設計平臺的核心也是開發測量和控制系統的理想選擇。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲等。在本設計中就調用了數據采集、串口控制、數據分析、數據顯示及存儲等函數。軟件設計中增加了延時功能，這樣使測量數據更加的準確。
設計中增加了聲光報警功能，當測試出現過壓、過流現象，可實現報警并且自動斷電。從視覺和聽覺上保護了試驗者的人身安全。
5 校驗結果
分別對Φ50 mm、Φ80 mm兩種規格氣體繼電器的流速分別進行校驗，經過數百組數據的反復試驗對比，通過計算得到誤差在允許范圍內。取兩組典型校驗后的結果如表1所示。
6 結束語
本設計將虛擬儀器引入到生產實踐中，通過虛擬按鈕進行實驗檢測，計算機對數據進行處理，檢測結果精確到萬分位，使得每個產品出廠都達到合格。本校驗裝置的優點為：可檢測多種口徑氣體繼電器，檢測安裝簡單，更換時間短。
參考文獻
[1]雷振山.LabVIEW 7 Express S使用技術教程[M].北京：中國鐵道出版社，2005.
[2]孔志禮、冷興聚.機械設計[M].沈陽：東北大學出版社，2000.
[3]陳白寧、段志敏、劉文波.機電傳動控制[M].沈陽：東北大學出版社，2002.
[4]李序葆.電力電子器件及其應用[M].北京：機械工業出版社，1996.
作者簡介
張宗媛（1982-），女，漢族，科員，機械工程師，碩士研究生，研究方向：從事螺旋樁機設計工作。endprint
摘 要 本文講述基于LabVIEW軟件平臺的氣體繼電器檢測系統的解決方案。將被測氣體繼電器安裝在校驗臺上，采用渦輪流量傳感器檢測流速沖擊葉片產生的脈沖信號，通過USB2821采集卡采集到計算機，應用LabVIEW軟件測試系統的固有頻率，并依此計算待測氣體繼電器的流速，最后應用實驗的方法驗證系統的可行性。
關鍵詞 氣體繼電器；labVIEW軟件；渦輪流量傳感器
中圖分類號：P634.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0036-02
油浸式電力變壓器在電力行業中應用非常廣泛，在油浸式電力變壓器的內部故障保護中，氣體繼電器保護是一種最重要的非電量保護裝置。一般當變壓器內部發生故障時，變壓器內部壓力會突然增大。在通往儲油柜的管路中產生1.2 m/s的油流速時，重瓦斯信號被接通，并作用于跳閘。本文介紹一種多用氣體繼電器校驗臺，包括潛油泵、集氣器、校驗臺架、濾油器、油箱，控制柜及計算機控制系統。本實用新型的有益效果是：結構合理，體積小，計量準確性高，工作可靠，一臺檢驗臺可對國內三種管徑Φ25 mm、Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器的流速進行校驗，也可對其它型號的氣體繼電器進行校驗。
1 流速校驗的數學模型
校驗臺選用LWGY50、LWGY80型渦輪流量傳感器作為氣體繼電器流速校驗的一次儀表。LWGY50型渦輪流量傳感器用來校驗Φ25 mm規格氣體繼電器。LWGY80型渦輪流量傳感器用來校驗Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器。渦輪流量傳感器是由永久磁鋼和線圈組成信號檢測磁場。被測液壓油流經傳感器時，傳感器內葉輪借助液體的動能沖擊而旋轉。此時葉輪葉片使檢出裝置中的磁路磁阻發生周期性變化，因而在檢出線圈兩端感應出與流量成正比的電脈沖信號，經前置放大器放大后送至顯示儀表。
在測量范圍內，傳感器的流量脈沖頻率與流速成正比：
Q=f/K （1）
式中，f為流量信號頻率（Hz）；Q為體積流量（m3/h或L/h）；K為渦輪流量傳感器的儀表系數（脈沖/L）。
此瞬時流量值除以氣體繼電器的管口橫截面積即為通過氣體繼電器的瞬時流速v（m/s），再經流量單位換算可以得到，流速與渦輪的頻率之間的函數關系：
v=0.004f/πD2K （2）
式中，D為氣體繼電器管口直徑（m）。
2 測試系統的結構組成
測試裝置模擬油浸式電力變壓器發生故障時的工作環境，利用先進的計算機測控技術，實現氣體繼電器動作流速值和氣體繼電器密閉性能試驗；計算機全中文菜單式顯示、鍵盤操作、自動檢測、打印測試結果。具有自動化程度高，操作界面直觀、簡單，操作靈活方便的特點。
氣體繼電器檢測裝置主要包括油箱、90°蝶閥、電磁閥、渦輪流量傳感器、回油箱及計算機電器檢測系統。如圖1所示。
3 測試系統的工作原理
校驗臺主要模擬變壓器發生故障時，氣體繼電器所處的工作環境進行實驗。將氣體繼電器安裝在實驗臺上，按下實驗臺啟動按鈕，郵泵將液壓油抽到油箱中，當油位達到指定位置時，油泵自動停止加油。旋轉加壓氣體閥，將氣體打入油箱，觀察壓力表，當達到指定壓力20 MPa后關閉加壓閥。然后按下校驗臺上的測試按鈕，電磁閥打開，油箱內的液壓油在高氣壓作用下沖擊氣體繼電器的內部開關使其接通后控制測試停止，USB2821采集卡采集渦輪流量傳感器的產生的流量信號，送入計算機計算后得出沖擊流速，將結果顯示在計算機上，并自動打印測試報告。
1—油箱；2—90°蝶閥；3—被測氣體繼電器；4—渦輪流量傳感器；5—電磁閥；6—回油箱；7—計算機電器檢測系統
圖1 氣體繼電器檢測裝置
4 電器控制系統組成
氣體繼電器校驗臺電器控制系統硬件主要為：計算機一臺、USB2821采集卡、接觸器、聲光報警器、開關按鈕和打印機等。軟件部分選擇了LabVIEW圖形化編程軟件。
本裝置核心主要是通過采集卡對渦輪流量傳感器受油流沖擊后產生的脈沖信號進行采集，經過計算機計算得到精確的頻率值，最后通過計算公式得到的流速值顯示在屏幕上，并打印測試結果。
計算機選用普通液晶顯示器，CPU為奔騰4處理器，512內存，80G硬盤，集成顯卡。
信號采集系統選擇了USB2821采集卡，該采集卡是一種基于USB總線的數據采集卡，可直接插在計算機的USB接口上，構成質量檢測的數據采集、波形分析和處理。采集卡分為模擬量和數字量采集。本設計中選用：
AD模擬量輸入量程：0—10 V。
轉換精度：12位。
采樣速度：100 kHz。
物理通道數：單端32通道，雙端16通道。
DI數字量輸入：8通道。
DO數字量輸出：8通道。
接觸器主要是對液壓泵和電磁閥的控制。
軟件平臺選擇了LabVIEW圖形化編程軟件，此軟件是一種程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編程語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。而且此設計平臺的核心也是開發測量和控制系統的理想選擇。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲等。在本設計中就調用了數據采集、串口控制、數據分析、數據顯示及存儲等函數。軟件設計中增加了延時功能，這樣使測量數據更加的準確。
設計中增加了聲光報警功能，當測試出現過壓、過流現象，可實現報警并且自動斷電。從視覺和聽覺上保護了試驗者的人身安全。
5 校驗結果
分別對Φ50 mm、Φ80 mm兩種規格氣體繼電器的流速分別進行校驗，經過數百組數據的反復試驗對比，通過計算得到誤差在允許范圍內。取兩組典型校驗后的結果如表1所示。
6 結束語
本設計將虛擬儀器引入到生產實踐中，通過虛擬按鈕進行實驗檢測，計算機對數據進行處理，檢測結果精確到萬分位，使得每個產品出廠都達到合格。本校驗裝置的優點為：可檢測多種口徑氣體繼電器，檢測安裝簡單，更換時間短。
參考文獻
[1]雷振山.LabVIEW 7 Express S使用技術教程[M].北京：中國鐵道出版社，2005.
[2]孔志禮、冷興聚.機械設計[M].沈陽：東北大學出版社，2000.
[3]陳白寧、段志敏、劉文波.機電傳動控制[M].沈陽：東北大學出版社，2002.
[4]李序葆.電力電子器件及其應用[M].北京：機械工業出版社，1996.
作者簡介
張宗媛（1982-），女，漢族，科員，機械工程師，碩士研究生，研究方向：從事螺旋樁機設計工作。endprint
摘 要 本文講述基于LabVIEW軟件平臺的氣體繼電器檢測系統的解決方案。將被測氣體繼電器安裝在校驗臺上，采用渦輪流量傳感器檢測流速沖擊葉片產生的脈沖信號，通過USB2821采集卡采集到計算機，應用LabVIEW軟件測試系統的固有頻率，并依此計算待測氣體繼電器的流速，最后應用實驗的方法驗證系統的可行性。
關鍵詞 氣體繼電器；labVIEW軟件；渦輪流量傳感器
中圖分類號：P634.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0036-02
油浸式電力變壓器在電力行業中應用非常廣泛，在油浸式電力變壓器的內部故障保護中，氣體繼電器保護是一種最重要的非電量保護裝置。一般當變壓器內部發生故障時，變壓器內部壓力會突然增大。在通往儲油柜的管路中產生1.2 m/s的油流速時，重瓦斯信號被接通，并作用于跳閘。本文介紹一種多用氣體繼電器校驗臺，包括潛油泵、集氣器、校驗臺架、濾油器、油箱，控制柜及計算機控制系統。本實用新型的有益效果是：結構合理，體積小，計量準確性高，工作可靠，一臺檢驗臺可對國內三種管徑Φ25 mm、Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器的流速進行校驗，也可對其它型號的氣體繼電器進行校驗。
1 流速校驗的數學模型
校驗臺選用LWGY50、LWGY80型渦輪流量傳感器作為氣體繼電器流速校驗的一次儀表。LWGY50型渦輪流量傳感器用來校驗Φ25 mm規格氣體繼電器。LWGY80型渦輪流量傳感器用來校驗Φ50 mm、Φ80 mm規格氣體繼電器。渦輪流量傳感器是由永久磁鋼和線圈組成信號檢測磁場。被測液壓油流經傳感器時，傳感器內葉輪借助液體的動能沖擊而旋轉。此時葉輪葉片使檢出裝置中的磁路磁阻發生周期性變化，因而在檢出線圈兩端感應出與流量成正比的電脈沖信號，經前置放大器放大后送至顯示儀表。
在測量范圍內，傳感器的流量脈沖頻率與流速成正比：
Q=f/K （1）
式中，f為流量信號頻率（Hz）；Q為體積流量（m3/h或L/h）；K為渦輪流量傳感器的儀表系數（脈沖/L）。
此瞬時流量值除以氣體繼電器的管口橫截面積即為通過氣體繼電器的瞬時流速v（m/s），再經流量單位換算可以得到，流速與渦輪的頻率之間的函數關系：
v=0.004f/πD2K （2）
式中，D為氣體繼電器管口直徑（m）。
2 測試系統的結構組成
測試裝置模擬油浸式電力變壓器發生故障時的工作環境，利用先進的計算機測控技術，實現氣體繼電器動作流速值和氣體繼電器密閉性能試驗；計算機全中文菜單式顯示、鍵盤操作、自動檢測、打印測試結果。具有自動化程度高，操作界面直觀、簡單，操作靈活方便的特點。
氣體繼電器檢測裝置主要包括油箱、90°蝶閥、電磁閥、渦輪流量傳感器、回油箱及計算機電器檢測系統。如圖1所示。
3 測試系統的工作原理
校驗臺主要模擬變壓器發生故障時，氣體繼電器所處的工作環境進行實驗。將氣體繼電器安裝在實驗臺上，按下實驗臺啟動按鈕，郵泵將液壓油抽到油箱中，當油位達到指定位置時，油泵自動停止加油。旋轉加壓氣體閥，將氣體打入油箱，觀察壓力表，當達到指定壓力20 MPa后關閉加壓閥。然后按下校驗臺上的測試按鈕，電磁閥打開，油箱內的液壓油在高氣壓作用下沖擊氣體繼電器的內部開關使其接通后控制測試停止，USB2821采集卡采集渦輪流量傳感器的產生的流量信號，送入計算機計算后得出沖擊流速，將結果顯示在計算機上，并自動打印測試報告。
1—油箱；2—90°蝶閥；3—被測氣體繼電器；4—渦輪流量傳感器；5—電磁閥；6—回油箱；7—計算機電器檢測系統
圖1 氣體繼電器檢測裝置
4 電器控制系統組成
氣體繼電器校驗臺電器控制系統硬件主要為：計算機一臺、USB2821采集卡、接觸器、聲光報警器、開關按鈕和打印機等。軟件部分選擇了LabVIEW圖形化編程軟件。
本裝置核心主要是通過采集卡對渦輪流量傳感器受油流沖擊后產生的脈沖信號進行采集，經過計算機計算得到精確的頻率值，最后通過計算公式得到的流速值顯示在屏幕上，并打印測試結果。
計算機選用普通液晶顯示器，CPU為奔騰4處理器，512內存，80G硬盤，集成顯卡。
信號采集系統選擇了USB2821采集卡，該采集卡是一種基于USB總線的數據采集卡，可直接插在計算機的USB接口上，構成質量檢測的數據采集、波形分析和處理。采集卡分為模擬量和數字量采集。本設計中選用：
AD模擬量輸入量程：0—10 V。
轉換精度：12位。
采樣速度：100 kHz。
物理通道數：單端32通道，雙端16通道。
DI數字量輸入：8通道。
DO數字量輸出：8通道。
接觸器主要是對液壓泵和電磁閥的控制。
軟件平臺選擇了LabVIEW圖形化編程軟件，此軟件是一種程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編程語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。而且此設計平臺的核心也是開發測量和控制系統的理想選擇。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲等。在本設計中就調用了數據采集、串口控制、數據分析、數據顯示及存儲等函數。軟件設計中增加了延時功能，這樣使測量數據更加的準確。
設計中增加了聲光報警功能，當測試出現過壓、過流現象，可實現報警并且自動斷電。從視覺和聽覺上保護了試驗者的人身安全。
5 校驗結果
分別對Φ50 mm、Φ80 mm兩種規格氣體繼電器的流速分別進行校驗，經過數百組數據的反復試驗對比，通過計算得到誤差在允許范圍內。取兩組典型校驗后的結果如表1所示。
6 結束語
本設計將虛擬儀器引入到生產實踐中，通過虛擬按鈕進行實驗檢測，計算機對數據進行處理，檢測結果精確到萬分位，使得每個產品出廠都達到合格。本校驗裝置的優點為：可檢測多種口徑氣體繼電器，檢測安裝簡單，更換時間短。
參考文獻
[1]雷振山.LabVIEW 7 Express S使用技術教程[M].北京：中國鐵道出版社，2005.
[2]孔志禮、冷興聚.機械設計[M].沈陽：東北大學出版社，2000.
[3]陳白寧、段志敏、劉文波.機電傳動控制[M].沈陽：東北大學出版社，2002.
[4]李序葆.電力電子器件及其應用[M].北京：機械工業出版社，1996.
作者簡介
張宗媛（1982-），女，漢族，科員，機械工程師，碩士研究生，研究方向：從事螺旋樁機設計工作。endprint
