电抗器数据采集论文范文

1硬件设计

硬件设计包括温度与磁场探头、供电电源、多通道数据采集仪器、PC上位机的选型以及机柜设计。

1．1温度检测温度探头类型为热电阻，热电阻测温原理是给热电阻通小电流，测量电阻上的电压，得出热敏电阻的阻值，对照热敏电阻的参数曲线得出温度。温度探头需要恒流源提供稳定的电流才可以保证读取电压的准确性，选择lakeshore公司生产的121系列恒流源可满足精度要求。该恒流源既提供固定档位电源供电也可以通过编程实现连续可调电流输出。由于超导线圈采用过冷液氮浸泡冷却［2］，根据液氮温区(70K～77K)对探头型号进行选择。对于需要在30K～800K之间对温度测量的场合，可选择PT100系列铂电阻温度计［3］，其额定电流为1mA。在这个温度范围内，铂电阻温度计具有很好的重复性和较高灵敏度，同时满足在电抗器的磁场环境下使用的要求。70K以上铂电阻温度计具有通用的标准曲线，如图2所示。相比较于其他种类温度探头具有更好的通用性，而且具有互换性。另外，在温度测量中，探头需要贴近超导带材，薄膜型的铂电阻温度计满足设计要求。探头的接线方式有二线制和四线制。采用二线制接线方法，会引入线路电阻，造成测量误差。因此在35kV电抗器的数据采集系统中，均采用四线制接线方法。

1．2磁场检测测量磁场强度的原理是霍尔效应，在半导体薄片两端通以控制电流，并在薄片的垂直方向施加匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生霍尔电压，根据产生的电压就可以知道磁场的大小［4］。在实际测量中需要在两个方向(轴向场与垂直场)对磁场进行测量。在35kV电抗器设计中，根据电磁设计仿真得到磁场的最大值约为2000高斯，并且该磁场探头的工作环境为液氮温区。Lakeshore公司生产的HGCA3020的轴向磁场探头与HGCT3020的径向磁场探头，可满足使用要求，其额定电流为100mA。

1．3数据采集系统数据采集系统还需要对探头电压进行记录以及处理显示等一系列后续工作［5］。实验过程中实验对象需要监测的信号比较多，采用数据采集仪器对各个数据进行采集记录，节约人力成本而且可以减少由于人工录入所导致的错误。在该套数据采集系统中，采集的信号有54路，温度采集精度为1K，电压精度为10mV。吉时利公司生产的3706数字开关万用表作为数据采集仪器满足使用要求。数据采集仪器采集数据以后，把数据传输到主机中通过程序对其进行处理，然后显示在显示器上供人员监测电抗器的工作情况。在电抗器实际运行过程中，主机工作环境可能较为恶劣，对工控机的稳定性和数据的安全性有一定要求，需要对主机进行加固、防潮、防辐射、防尘等特殊设计。研祥工控机IPC－810E满足使用要求。

1．4硬件布局及搭建(1)温度探头布点方案35kV超导可控电抗器超导线圈分为内外两圈，各由32个双饼组成。工作在交流工况下，超导线圈存在交流损耗，根据仿真结果显示端部线圈交流损耗功率最大，需要对线圈端部重点监控。单个超导线圈上布点25个，总计50个铂电阻。铂电阻在安装时需要对其进行加固，防止被快速流动的液氮损坏。(2)磁场探头布点方案电抗器中，带材受垂直磁场影响较大，端部的带材最易受到磁场的干扰，磁场探头安装在电抗器的端部。由于磁场探头受到液氮的冲刷，磁场探头需要通过夹子进行固定。通过对端部磁场两个垂直方向数据的读取，得到磁场强度的实时数据，为监测电抗器运行状态提供数据支持。各个设备的集成布局以及安装需要以机柜的形式实现。机柜的设计原则是整套装置的实用性和外在的美观性。机柜上主要安装的设备和仪器有:吉时利3706数据采集仪、工控机(包括工控机主机、液晶显示屏、键盘和鼠标)、探头供电电源，同时在机柜下部预留一部分空间用于放置实验过程中常用的一些工具和仪表等，如纳伏表、波形记录仪、锁放和功率分析仪等，设计方案如图4所示。

2软件开发

软件开发即控制界面开发，通过界面控制各种数据采集仪器的工作，并将采集到的数据传输到电脑上进行处理、显示和保存等［6］。图5所示的为软件搭建流程示意图，首先调试设备，完成工控机与3706数据采集仪器之间的通信，使数据能够进入主机进行处理，然后对数据进行分类处理，实现多通道数据处理以及数据的分类显示。基于LabVIEW开发的程序主要包含后台程序以及操作界面。后台程序(1)数据采集系统主程序数据采集系统主程序实现对数据采集仪器中的电压数据读取的功能［7］。通过在主程序中对数据进行通道选择可以实现不同的处理功能，包括3706仪器的通讯设置和数据初始化。(2)数据传输程序数据传输是指将数据从数据采集仪器上传输到工控机上。LabVIEW中提供了多种通讯协议，如串口、并口和以太网传输协议，此处选择以太网作为传输方式，数据采集仪器发送数据，工控机接收发送过来的数据，进行处理。(3)数据记录程序LabVIEW中可以将数据保存为多种格式，其中就包括常见的Excel表格，“写入电子表格．vi”可以将数据保存为Excel格式，并且该VI不需要启动Excel，写入速度较快、使用较为简单，所以使用该VI进行数据保存。由于EXCEL是目前比较通用的数据处理软件，所以保存数据的格式选为EXCEL表格，方便处理数据。程序中可以设定将EXCEL文件保存在某个文件夹下，分别将磁体温度、磁场强度保存在两个文件夹下，并且为方便查找数据，每个文件的文件名以日期和时间命名，这样方便日后查找数据。对于不同类型数据也可以直接分开存储，方便以后查询使用。在以上程序的实现中，主要以子VI形式完成。子VI是指将特定的程序封装，完成特定的功能的模块。通过对程序的封装既可以实现原有功能，并且使得主程序更加简洁，便于查找错误，又增加了程序的可移植性，提高了程序的整体质量。操作界面该系统的操作界面首先确保了所有数据的显示以及后台记录，另外对电抗器内部环境参数(杜瓦内部压强)以及外部辅助设备的工作状态(液氮制冷机流量)也进行了监控。针对温度监控，单独设置了更加直观的波形显示，更利于观察超导体的温度变化，如图6所示。在35kV电抗器数据采集及监控系统的设计方案中，界面中没有需要用户设置的参数，在前面板中分列铂电阻显示控件来显示数据。开始运行后，3706开始采集数据，并且将这些数据储存到表格当中。在前面板中，同一个波形图中可以显示多个通道的数据，每个通道的数据有颜色不同，这样就可以比较实验磁体不同部分的温度或不同超导双饼的电压等。

3总结

通过分析超导可控电抗的工作环境确定了数据采集基本方案，完成对探头的选型、配件的选择以及上位机程序的开发，可以实现对超导可控电抗器工作状态的实时监控，包括杜瓦内部环境压强、液氮制冷流量以及超导磁体的温度磁场。该系统操作简单，不需要进行复杂的设置，具有良好的人机界面、自动化程度较高，可移植性好，具有广阔的应用前景。

作者：宋萌于兵胡南南曹昆南任丽陈路单位：云南电力试验研究院有限公司电力研究院华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室