虚拟仪器在低压电器温升测试系统中的应用

672010年第1期·件、传感器部件、信号调理及信号采集部件和通用计算机。

系统软件部分通常用专用的虚拟仪器开发语言（如LabVIEW ）编写而成。

图1给出了通用虚拟仪器系统实现方案框图。

2 低压电器产品温升测试原理温升极限验证试验是电器产品诸多性能试验中非常重要的一项，这是一项较为麻烦的试验，耗时较长，涉及设备多，有些产品测试完成后还要绘制温升曲线图(如减压起动箱和变压器类产品)。

2.1 低压成套设备温升极限测试原理低压成套设备温升极限验证试验是在一定环境温度下，对符合GB 7251.1中要求的低压成套设备进行验证。

一个元件或部件的温升是指按照标准中相应要求测得的该元件或部件的温度与成套设备外部环境空气温度的差值。

低压成套设备温升极限验证过程中的计算并不复杂，但是耗时较长，操作较为烦琐。

试验时要求检验人员每隔一段时间记录测试点的温升数据。

为保证记录数据的准确性和及时性，通常温升试验必须要两人配合操作和记录；如果试验设备功率较大，操作设备和记录数据必须两人以上。

目前，低压成套温度是电器产品检测过程中的一种常见参数。

通常的测试方法有以下几种。

①使用玻璃管温度计来测量，既简单又直观，而且成本比较低；但缺点是不但测量范围小，而且只能通过人工操作来完成，无法实现自动化测试。

②通过传感器配合专用的显示仪器来完成。

这种方法是最常用的方法，虽然简单但是仪器稳定性会制约测试结果，并且仪器使用寿命和可靠性对结果影响很大。

同时仪器功能较为单一，操作灵活性较差，与计算机接口能力较差，较难实现自动化测试。

③使用传感器、采集卡和计算机技术结合形成测试系统，再编写相应软件处理被采数据。

本文就使用NI 的采集卡采集热电偶的信号，然后使用LabVIEW 编写程序处理采集到的数据并输出到Word ，完成温度数据智能化处理。

1 虚拟仪器技术虚拟仪器(Virtual Instrument)是由计算机、仪用辅助电路及相应的软件组成，是计算机技术与仪器技术相结合的产物。

在仪器设计中，通常利用专用虚拟仪器开发平台，组建图形化虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据的采集、数据分析和显示功能。

在虚拟仪器中，仪器硬件仅起着信号的调理、输入和输出功能，软件才是整个仪器的核心。

虚拟仪器是计算机技术在仪器仪表领域的应用所形成的一种全新的仪器设计概念，它与传统仪器比较显示出众多的优点：①“测试集成”和虚拟仪器库。

②用户有更高的参与性。

③可充分利用计算机技术的成果。

虚拟仪器的上述优点可以使建立测试实验室的难度和成本大大降低，还能加快系统开发速度。

因为虚拟仪器有丰富的外部接口，可以充分利用优秀的计算机软件成果组建功能强大的测试系统，而且还可把专家设计思想融于设计中，使没有经验的仪器设计师也能在很短的时间内完成复杂测试系统的设计。

通常虚拟仪器的测试系统硬件组成包括被测部虚拟仪器在低压电器温升测试系统中的应用■ 张辽生 郭亮/新疆产品质量监督检验研究院 何山/新疆大学电气工程学院图1 常用虚拟仪器系统框图68· 2010年第1期通过对两类电器产品温升测试传统方法的分析，可以得出结论：传统测试方法存在耗时长，操作复杂，人员效率低，测试费用较高，设备故障率高和操作灵活性差等致命缺点，这就使我们对温升传统测试方法的有效性、可靠性和经济性产生疑问。

针对这些疑问，我们通过对虚拟仪器技术的学习，并把它与传统测试技术进行比较后发现：①相对于传统测试方法，虚拟仪器的测试方法有很大的灵活性，同一个测试过程可以选择不同的传感器、采集卡和程序进行组合来完成测试任务。

②虚拟仪器的测试方法有较高的效率，通过计算机及其软件的介入，实现了测试过程的高效率和自动化。

③相对于传统测试仪器，虚拟仪器有极高的复用性，同一种测试设备可以通过改变程序来完成不同的测试任务。

④虚拟仪器所需设备维护工作量和工作强度都大大降低了。

⑤虚拟仪器设备的经济性比传统仪器设备也有了明显得提高。

因为仅付出传感器计量费用就能完成了整台设备的计量；同时，因为虚拟仪器的传感器都是通用传感器，所以计量了一只传感器，当它与不同采集卡、程序配合时产生了多台设备，就相当于计量了多台设备。

3 使用虚拟仪器技术完成温升测试使用虚拟仪器进行测试主要要做两个方面的工作：硬件系统构建和软件程序的编写。

硬件系统的构建可以查询和阅读相关产品的说明书，美国仪器公司NI 有多种架构和多种采集卡可以完成信号的采集任务，只需根据信号特点选择合适的传感器配合相应的采集卡即可完成信号采集；软件编写是一个工程，不同的测试需要编写不同的测试程序，有些程序轻而易举，有些就需要根据原理来一步步实现功能，完成测试任务。

3.1 温升测试系统的硬件选择根据测量对象涉及的温度范围，选择T 型热电偶6只来构成测温元件传感器部分，选择NI USB —6210板卡作为数据采集设备，能够同时接入16路温度信号。

连接好传感器和USB —6210板卡，并与计算机相连，安装好驱动程序后，即可编写初步的数据采集程序，并先测试环境温度并与玻璃管温度计进行比对已确认测量的准确性。

硬件基本结构示意图如图2所示。

3.2 软件实现软件包括两部分：低压成套电器产品温升极限验设备温升测试常用的温度测试仪器通常具有多通道的特点（如多点温度巡测仪），需要多根热电阻来配合采集数据，测试前需要计量多个热电阻；同时，该类设备还有故障率高的特点。

2.2 变压器温升测试原理变压器温升试验要求准确测定电源切断瞬间的绕组平均温度，在国家和行业标准中对此方法描述为：在切断电源和打开短路接线后，立即将要测的绕组接入直流测量电路，由于绕组的电气时间常数（L /R ）较大，因而只有经过一段时延后，才能测得准确的电阻值。

因绕组在切断电源后开始冷却，绕组电阻随冷却过程中的温度变化而变化，故应有足够的测量时间，以便允许使用外推法推算电源切断瞬间的绕组平均温度。

绕组平均温度是通过绕组电阻确定的。

三相变压器中，最好在中柱进行测量。

温度θ1下的电阻R 1与θ2下的电阻R 2之间的比值见下式R 2＝235＋θ2（对于铜）R 1 235＋θ1R 2＝225＋θ2（对于铝）R 1 225＋θ1变压器应在稳定的环境温度下进行绕组电阻（R 1，θ1）的测量。

在另一温度θ2时测出的电阻为R 2，则可得到温度θ2的值，见下式θ2＝R 2（235＋θ1）－235（对于铜） R 1θ2＝R 2（225＋θ1）－225（对于铝） R 1当切断电源时，外部冷却介质的温度为θ1，则绕组温升值见公式ΔθW ＝θ２－θ1由此可看出，确定温升的关键是计算断电瞬间的热态绕组电阻值R 2。

绕组电阻是在切断电源并去掉短路接线后进行测量得到的，电源切断瞬间的电阻R 2按外推法来确定。

在该过程中推算热态零点绕组电阻是通过绘制温升曲线来推算的，通常人工计算只能粗略推算出零点热态电阻。

虽然外推法的计算精度基本可以满足要求，但是人工计算受到人为因素影响较大。

此外，变压器类产品的温升测试同样也存在测试耗时长，操作复杂，人员效率低，测试费用较高以及设备故障率高等等诸多不利因素。

692010年第1期·证试验程序和油浸式电力变压器类产品的温升试验程序。

低压成套设备的温升极限验证较为简单，只需处理好数据接入后，每隔0.5 h 采集一次数据，采集到的数据存储成文本文件，在存储时记录采集点的时间，并按照格式排列整齐。

然后，单独存储最后一点的环境温度三点平均后作为减数与各个点最后一点的温度相减即可得到各个点的温升数据。

变压器类产品的温升测试较为复杂一些，分成两部分：温升数据采集和温升曲线的绘制。

首先处理好传感器和采集卡的通信后先可以存储两个点油面温度的值和三点环境温度值，每隔0.5 h 记录一次各个点的温度值，其次对环境温度和油面温度分别存储，设定程序分别从相应文本文件中依次取出数据进行算术运算后即可得到油面温升数据，并显示在屏幕上。

温升曲线绘制必须在直流电阻测试仪测试出热态电阻后才能进行，可以采用手动输入直流电阻的方式来输入电阻值，根据GB 1094.2和JB/T 501中所述的方法来对数据进行处理，然后从输入位置取出数据然后经过程序处理绘制出温升曲线，这个过程中需要LabVIEW 和Word 进行通信，可以使用Report Generation Toolkit For Microsoft Office 组件完成这个过程。

最后，把图形输出到Word 。

4 结束语虚拟仪器技术是一项正在蓬勃发展的新兴技术。

目前，虚拟仪器技术已经取得非凡的成绩，在许多高端测试领域都占有重要地位并处于不断迅速发展的过程中。

把虚拟仪器技术引进传统产品的测试过程还存在不少问题，但是从低压电器温升测试过程中的成功应用不难看出，虚拟仪器技术具有广阔的应用前景。

EM（收稿日期：2009.08.14）图2 硬件基本结构示意图3）为使上下级熔断器能有选择性切断故障电流，上下级熔断器的熔断体额定电流的过电流选择比为1.6∶1 的要求，即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6倍。

3 注意要点根据GB 14048.1《低压开关设备和控制设备 总则》规定，断路器的极数一般有2、3、4极，而4极的形式有A 、B 、C 、D 四种形式。

A ：四极不带过电流脱扣器，且不与其他3极一起通断。

B ：四极不带过电流脱扣器，且与其他3极一起通断。

C ：四极带过电流脱扣器，且不与其他3极一起通断。

D ：四极带过电流脱扣器，且与其他3极一起通断。

因而需根据设计采用的接地型式，合理选用不同种类的断路器。

4 电气设备引用的国家及国际标准4.1 中华人民共和国国家标准GB 50054—1995《低压配电设计规范》，GB50055—1993《通用用电设备配电设计规范》，GB 50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范，GB 14048.2《低压断路器》，JB 4012—1985《低压空气式隔离器开关、隔离开关及熔断器组合电器》，GB 13539.1—1992《低压熔断器基本要求》，JB 2455—1985《低压接触器》，GB 4942.2—1985《低压电器外壳防护等级》。

4.2 国际标准IEC 269《低压熔断器》，IEC 439《低压开关设备和控制设备成套装置》，IEC 364《建筑物的电气设施》，IEC 529《外壳防护等级》，IEC 664《低压系统内部的绝缘匹配》（包括设备的电气间隔和爬电距离），IEC 947《低压开关设备和控制设备》，IEC 73《用颜色和辅助手段标记指示设备和调节器》，IEC 204《工业机械电气设备》，IE C439《低压开关设备和控制设备成套装置》，IEC 801《工业过程测量和控制设备的电磁兼容性》。

EM（收稿日期：2009.12.11）（上接第59页）。