用PXI與LabVIEW測試高壓浪涌保護裝置

2004年8月A版

　　挑戰：檢定高架配電系統和鐵路電力系統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：開發一種基于PXI的高精度測量系統，使用14位100MS/s數字化儀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

　　為滿足全球能源工業日益增長的對可靠性的要求，ABB高壓產品公司的浪涌保護裝置部開發和生產了空氣與SF6氣體絕緣浪涌保護裝置，能有效地保護中、高壓網絡不受閃電或閉合斷路器所產生的過高壓損害。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部金屬氧化物變阻器的測試是一個特殊的挑戰。

　　ABB公司生產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。 使用脈沖電流發生器，可向變阻器注入高達200KA的雙指數電流脈沖。該測試系統可產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的電壓峰值。該系統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 數字化儀與分壓器進行連接，分路測量測試過程中產生的瞬間電壓和電流。然后再使用LabVIEW 內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據來計算瞬間輸入功率、瞬間電阻以及完全轉換的能量。

MXI-3光纖連接提供高數據吞吐量與隔離

　　通過使用基于PXI的系統，如今ABB可以在基于GPIB的老式系統僅能傳輸數千字節的時間內，傳輸數以兆計字節的數據。由于能以更快的速度收集數據，ABB能夠通過以PCI-DIO-24數字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進行重新配置。通過提高數據處理速度，可以在IEC 60099-4標準規定的浪涌保護裝置測試時間內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。為提高系統的安全性并將設備的風險降到最低，ABB在兩個PXI-1002四槽機箱內各安裝了一個PXI-5122 數字化儀。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生器之間的電路連接。由于測量電壓和電流的數字化儀分別處于相互絕緣的機箱內，因此可以避免由電路產生大的感應渦流。如果在強磁場環境中形成此種渦流，就會產生大的感應電壓干擾測量結果。