用PXI與LabVIEW測試高壓浪涌保護裝置

2004年8月A版

　　挑戰(zhàn)：檢定高架配電系統(tǒng)和鐵路電力系統(tǒng)中高壓浪涌保護裝置中金屬氧化物變阻器的性能。

　　解決方案：開發(fā)一種基于PXI的高精度測量系統(tǒng)，使用14位100MS/s數(shù)字化儀PXI-5122進行高精度的幅值測量，用于電氣隔離的MIX-3光纖連接。

變阻器—測試上的挑戰(zhàn)

　　為滿足全球能源工業(yè)日益增長的對可靠性的要求，ABB高壓產(chǎn)品公司的浪涌保護裝置部開發(fā)和生產(chǎn)了空氣與SF6氣體絕緣浪涌保護裝置，能有效地保護中、高壓網(wǎng)絡(luò)不受閃電或閉合斷路器所產(chǎn)生的過高壓損害。這些浪涌保護裝置可以承受高達528KV的連續(xù)操作電壓，以及波形變換高達4/10ms、電流強度高達100KA的沖擊電流。在這些極端的操作條件下，對這些浪涌保護裝置及其內(nèi)部金屬氧化物變阻器的測試是一個特殊的挑戰(zhàn)。

　　ABB公司生產(chǎn)各種金屬氧化物變阻器，直徑從38mm到108mm，電壓級別從100V到6KV最大連續(xù)操作電壓。為制造中壓或高壓浪涌保護裝置，ABB將若干個變阻器進行串聯(lián)并將其裝入絕緣材料制成的箱子里。ABB不測試整個裝配好的變阻器，而是分別測試每個變阻器，從而將電壓要求降低到可操作的水平。 使用脈沖電流發(fā)生器，可向變阻器注入高達200KA的雙指數(shù)電流脈沖。該測試系統(tǒng)可產(chǎn)生模擬閃電打擊或斷路器閉合條件的波形脈沖電流，并測量金屬氧化物變阻器兩端的剩余電壓以及通過該變阻器的電流。剩余電壓表示在電流脈沖期間兩端出現(xiàn)的電壓峰值。該系統(tǒng)還計算輸入金屬氧化物變阻器的瞬間功率和能量。

適用于更高測量精度的高分辨率

　　為將電壓和電流降到一個可以直接測試的水平，ABB使用一個含有電容器和大阻值電阻的分壓器，和一個用于快速瞬間脈沖的特別極低阻值脈沖電流分路器。將兩個PXI-5122 14位100MS/s 數(shù)字化儀與分壓器進行連接，分路測量測試過程中產(chǎn)生的瞬間電壓和電流。然后再使用LabVIEW 內(nèi)置的分析能力來測定峰值、上升時間與半峰時間(time-to-half)值。此外，ABB還使用電壓和電流數(shù)據(jù)來計算瞬間輸入功率、瞬間電阻以及完全轉(zhuǎn)換的能量。

MXI-3光纖連接提供高數(shù)據(jù)吞吐量與隔離

　　通過使用基于PXI的系統(tǒng)，如今ABB可以在基于GPIB的老式系統(tǒng)僅能傳輸數(shù)千字節(jié)的時間內(nèi)，傳輸數(shù)以兆計字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于能以更快的速度收集數(shù)據(jù)，ABB能夠通過以PCI-DIO-24數(shù)字I/O板卡和繼電器模塊替換功率斷路器而快速對測試系統(tǒng)進行重新配置。通過提高數(shù)據(jù)處理速度，可以在IEC 60099-4標準規(guī)定的浪涌保護裝置測試時間內(nèi)對變阻器進行強電流動作負載測試，效果比以前提高很多。

　　上升時間為4ms的100KA電流沖擊會形成極強的電磁場，有可能損壞電腦主機并傷害操作人員。為提高系統(tǒng)的安全性并將設(shè)備的風險降到最低，ABB在兩個PXI-1002四槽機箱內(nèi)各安裝了一個PXI-5122 數(shù)字化儀。將機箱以“菊花鏈”方式鏈接，然后使用MXI-3遠程光纖將其與電腦主機進行連接。以此在兩個數(shù)字化儀與電腦主機之間提供光耦合，從而排除了電腦與脈沖發(fā)生器之間的電路連接。由于測量電壓和電流的數(shù)字化儀分別處于相互絕緣的機箱內(nèi)，因此可以避免由電路產(chǎn)生大的感應渦流。如果在強磁場環(huán)境中形成此種渦流，就會產(chǎn)生大的感應電壓干擾測量結(jié)果。