朱珂弘

摘 要：高壓電器試驗門類較多，試驗設(shè)備較為復(fù)雜。選用用于測量冷備用設(shè)備狀態(tài)的頻率響應(yīng)的測量設(shè)備進行技術(shù)改進，通過基于全志A20的雙核ARM7架構(gòu)SCM的外圍硬件選型設(shè)計和內(nèi)部軟件算法，對這次技術(shù)改進的具體細節(jié)進行分析。經(jīng)過此次技術(shù)改進的設(shè)備，可以大幅度縮短測量時間，排除人工操作對測量結(jié)果的影響，實現(xiàn)高精度快速頻響曲線的測定。

關(guān)鍵詞：高壓電氣；試驗；設(shè)備；技術(shù)改進

中圖分類號：TM83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0027-02

高壓電氣設(shè)備試驗分為兩部分：一部分是安裝前的功能試驗，測試設(shè)備的絕緣和其他性能是否適應(yīng)工程設(shè)計和安裝的要求；另一部分是檢修期間的狀態(tài)試驗，通過一定的激勵方法，得到設(shè)備的接地絕緣、相間絕緣和頻率響應(yīng)等參數(shù)。本文將重點討論基于SCM頻率響應(yīng)曲線的測定方法。

1 需求分析

高壓設(shè)備頻率響應(yīng)曲線的X軸為頻率單位，表示輸入的激勵信號的頻率；Y軸也是頻率單位，表示系統(tǒng)返回的響應(yīng)信號的頻率。一般情況下，我們使用頻率發(fā)生器對系統(tǒng)置入固定量激勵頻率，然后記錄頻率計測量的系統(tǒng)響應(yīng)頻率。這個過程由于需要人工讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，所以往往為了獲得較精確的頻響曲線，需要多次測量和多次讀數(shù)，才可以進行計算機輔助繪制。而采用諧振頻率計進行測量的過程較長，且測量精度并不理想。

本文希望開發(fā)一個外掛系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過與頻率發(fā)生器控制端連接，控制頻率發(fā)生的狀態(tài)，同時采用數(shù)字化方法，使用兩級電壓比較算法得出相應(yīng)曲線的頻率。該方法測量較為迅速，往往可以在數(shù)秒時間內(nèi)完成一個設(shè)備較為密集的頻響曲線的繪制。

2 硬件設(shè)計

首先，DG5102頻率發(fā)生器是以往常用的頻率發(fā)生器，該發(fā)生器可以發(fā)生任意波形、任意頻率的脈沖信號，而且支持外部控制線路輸入。本系統(tǒng)仍然采用該設(shè)備作為頻率發(fā)生設(shè)備。

其次，在頻率接收端不再使用全手動測量的UT621諧振式頻率測試儀或功能較為過剩的AT5005頻譜分析儀，而是采用嵌入式設(shè)備迅速測定頻率響應(yīng)曲線。嵌入式設(shè)備主要包括信號捕捉電路部分和頻響信號計算部分。本文系統(tǒng)需要的不是固定頻率上的相應(yīng)頻譜，而是要獲得不同激勵頻率下的等效響應(yīng)頻率，而等效響應(yīng)頻率應(yīng)該在相同的測量方式和等效算法下得出，這樣才具有參考價值。

所以，我們設(shè)置了兩個獨立的電壓比較回路，回路使用電壓失調(diào)僅2 mV的LM339芯片，形成4個電壓比較等級，通過此比較方式形成一個4位數(shù)據(jù)，該4位數(shù)據(jù)經(jīng)過SN74HC573NSR鎖存后，供中央處理器調(diào)用分析。同時，當(dāng)高位電壓比較H1出現(xiàn)響應(yīng)時，觸動一個控制事件，以確保CPU有中斷時間讀取該信號。而為了數(shù)據(jù)測量精度需要，本系統(tǒng)采用運行在800 MHz前端總線上的全志A20雙核ARM7核心板進行測量，該核心板除安卓基本程序外，不安裝其他軟件，所有數(shù)據(jù)采用AQLite進行管理。

內(nèi)置1 GBROM、512 MBRAM、4 GBTFCardDRIVER都是通用開發(fā)板實現(xiàn)的，系統(tǒng)不再部署其他設(shè)備，3.4英寸的觸摸顯示屏及其控制器也使用通用開發(fā)板配套設(shè)備實現(xiàn)。

3 數(shù)據(jù)采集算法（DG）

采用簡化小波分析法，可以得到波峰和波谷的位置。因為采樣頻率達到800 MHz，而實際頻響測定曲線測定范圍為10 kHz～35 MHz，所以，如果將前一次信號在寄存器中寄存，在新信號進入后進行比較，往往會出現(xiàn)三種變化狀態(tài)：①接收信號=寄存信號（變化狀態(tài)E）；②接收信號>寄存信號（變化信號U）；③接收信號<寄存信號（變化信號D）。

當(dāng)信號不為E時，使用標(biāo)志變量在通用寄存器中存入狀態(tài)變化信號的預(yù)存狀態(tài)來找到拐點。存在四種拐點狀態(tài)：①持續(xù)上升信號（拐點狀態(tài)LU）；②持續(xù)下降信號（拐點狀態(tài)LD）；③上升信號起點（拐點狀態(tài)GU）；④下降信號起點（拐點狀態(tài)GD）。

基于硬件的小波判定算法如下：①規(guī)劃EDX和寄存器作為三段使用，因為EDX寄存器有32位的寬度，而本系統(tǒng)只需要一個4位的拐點狀態(tài)判定數(shù)據(jù)、一個4位的變化狀態(tài)狀態(tài)和一個8位的電壓信號寄存狀態(tài)。使用第一個字節(jié)（HEHDX）作為變化狀態(tài)寄存，第二個字節(jié)（HELDX）作為拐點狀態(tài)寄存，將8位數(shù)據(jù)作為整型數(shù)據(jù)直接寫入LEDX。②受到脈沖信號觸發(fā)，CPU讀取鎖存器信號后，將寄存器信號進行分割，再得到3個變量值。③對狀態(tài)信號進行一次判斷，對拐點信號進行一次判斷，刷新之前存儲的脈沖電平值。④讀出狀態(tài)信號變化時的時間戳，使用C語言中的ADO控件調(diào)用SQLite進行存儲。

4 數(shù)據(jù)分析算法（DD）

數(shù)據(jù)庫的記錄集結(jié)構(gòu)為：時間戳作為索引變量，二進制的拐點變量使用8位二進制變量存儲。數(shù)據(jù)庫中僅寫入拐點變量為上升信號起點（拐點狀態(tài)GU）和下降信號起點（拐點狀態(tài)GD）的時間戳數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析算法如下：①構(gòu)建判斷數(shù)列[L（i）]。②對數(shù)據(jù)庫中使用Step1每一個臨近的GU數(shù)據(jù)進行時間戳相減，得到時間間隔。對時間間隔求方差，存入L（1）。③對數(shù)據(jù)庫中使用Step2每一個臨近的GU數(shù)據(jù)進行時間戳相減，得到時間間隔。對時間間隔求方差，存入L（2）。④依照②—③循環(huán)，假設(shè)共測量M個時間周期，那么可以建立M/3個循環(huán)，測試L（i），i∈[0，M/3]個方差數(shù)據(jù)。⑤使用冒泡算法得到L（i），i∈[0，M/3]中的最小值；使用點兵算法得到該數(shù)據(jù)在L（i），i∈[0，M/3]中的映射指針Q.⑥根據(jù)映射指針Q做一個數(shù)列，數(shù)列內(nèi)容為使用StepQ每一個臨近的GU數(shù)據(jù)進行時間戳相減，得到時間間隔，記為Q（i），i∈[0，M/Q]。對Q（i），i∈[0，M/Q]求算數(shù)平均值A(chǔ)VR[Q（i）]，i∈[0，M/Q]，該平均值即為該頻率激勵模式下的返回結(jié)果。

在以上算法中，也可以針對GD的時間戳進行同樣的運算，其計算結(jié)果應(yīng)該是一致的，誤差率在0.3‰以下。之所以需要花費較多的CPU周期得到L（i），i∈[0，M/3]中的映射指針Q，是因為大部分頻響曲線都不是標(biāo)準的正弦曲線，且曲線中帶有較多的雜波干擾，通過以上方式可以得到最穩(wěn)定的波形周期。

5 其他算法

DG算法和DD算法是本系統(tǒng)的核心算法，但本系統(tǒng)還應(yīng)該擁有其他的內(nèi)容：①在完成一個特定頻率的測量后，應(yīng)自動向頻率發(fā)生器索取下一個跳頻點的頻率支持；②本系統(tǒng)的4 GBTFCardDRIVER管理的使用開發(fā)板自帶的控件進行管理，管理主動權(quán)主要來自于SQLite對4 GBTFCardDRIVER的控制權(quán)；③本系統(tǒng)的顯示較為簡單，僅涉及一個進度條和一個軟件類型指示，便可完成整個測量階段的顯示。而結(jié)果采用位圖方式直接在屏幕上顯示，且在4 GBTFCardDRIVER的控件支持下在TF卡中存儲。參數(shù)設(shè)置采用兩種方式，快速設(shè)置方式在啟動菜單中體現(xiàn)，而用戶設(shè)置可通過腳本文件的方式實現(xiàn)。

6 結(jié)束語

本系統(tǒng)可以加快高壓設(shè)備電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線試驗的進程，使大部分設(shè)備的高密度、高精度頻率響應(yīng)曲線的測量放棄了手工測量的方式，直接使用高密集、高精度的系統(tǒng)對頻響曲線進行測繪。通過本系統(tǒng)，基本可以在15～20 s內(nèi)完成超過50個測量點的高精度高壓電力設(shè)備頻率響應(yīng)曲線的測繪。

參考文獻

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[2]趙東野.高壓電氣試驗設(shè)備與技術(shù)問題研究[J].科技致富向?qū)В?014（12）.

〔編輯：李玨〕

Abstract： The high-voltage electrical test categories are more complicated test equipment. Selection of cold standby equipment used to measure the frequency response of the state of measuring equipment for technical improvements， selection of peripheral hardware-based design and internal software algorithms Gazetteer A20 dual core ARM7 architecture of SCM， on the details of the technical improvements were analyzed. After the technical improvement of equipment， can greatly shorten the measurement time， excluding the impact of manual operation on the measurement results， to achieve high accuracy and fast response measurement curve.

Key words： high voltage electrical； test； equipment； technical improvements