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國網(wǎng)湖北省電力公司技術(shù)培訓(xùn)中心 鄒靜

全自動互感器校驗儀整檢裝置的設(shè)計

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目前使用的互感器校驗儀采用手動方式對互感器校驗儀進行檢定，存在設(shè)備笨重、工作效率低等弱點。本文設(shè)計了一種無需統(tǒng)一互感器校驗儀通訊協(xié)議，采用電子式設(shè)計，具備圖像識別能力的互感器校驗儀整體檢定裝置，實現(xiàn)了對所有互感器校驗儀的全自動檢定。

互感器校驗儀；電子式；全自動檢定

0 引言

根根據(jù)JJG169校驗儀校準(zhǔn)規(guī)程及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，校驗儀在出廠試驗、型式試驗或后續(xù)檢定時要求都非常嚴(yán)格。一臺普通的校驗儀通常具有電流和電壓互感器測量功能，而電流有5A和1A檔，電壓則有220V、150V、100V、100/V、100/3V檔，根據(jù)檢測要求，最嚴(yán)格的檢定范圍為10-2檔（1%～10%十個點）、10-3檔（0.1%～1%十個點）、10-4檔（0.01%～0.1%十個點），按照上述檔位算出一共有210個測試點，再加上同相分量、正交分量分別測試，則一共有420個測試點。如果按照現(xiàn)在傳統(tǒng)的電工式校驗儀整檢裝置手動測試、手動記錄數(shù)據(jù)、手動錄入報表，則一臺校驗儀檢驗下來需兩天方能檢完。為大幅度提升檢定效率，避免手動記錄帶來的誤差，所以設(shè)計一種采用數(shù)字化全自動控制原理的電子式互感器校驗儀整檢裝置十分必要。

1 設(shè)計思路概述

擬設(shè)計的電子式互感器校驗儀整檢裝置的工作思路如下：

a、裝置采用線性穩(wěn)定電源，保證源頭穩(wěn)定，減少誤差測量帶來的干擾。具體由DA給出基準(zhǔn)信號送到功率放大器，功率放大器輸出至輸出變壓器給出對應(yīng)的I和U。

b、通過上位機軟件設(shè)置任意倍率的測試點，自動輸出任意測試點的誤差標(biāo)準(zhǔn)量值。

c、校驗儀測量的數(shù)據(jù)可通過自動錄入上位機記錄表為主和手動錄入測試值為輔的兩種模式進行數(shù)據(jù)上傳，并且自動計算出校驗儀的測量誤差，然后輸出報表。

2 數(shù)字電路設(shè)計

2.1 數(shù)字電路設(shè)計思路

裝置的數(shù)字電路的設(shè)計用先進的16位單片機TMS28335為核心，通過AD和DA進行數(shù)據(jù)交換，形成上位機和下位機的神經(jīng)中樞，由計算機發(fā)來的測試控制命令，控制繼電器進行分類控制，同時將設(shè)備的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸給計算機。如圖1，它能夠進行數(shù)據(jù)測量、分析、功率驅(qū)動等事務(wù)的執(zhí)行；還能作為人機對話、數(shù)據(jù)庫、打印機以及溫濕度、時實時鐘等事務(wù)的管理。

圖1 數(shù)字電路方框圖

圖2 電流互感器測量接線原理圖

2.2 TMS28335的功能利用

利用TMS28335先進的改進型哈佛結(jié)構(gòu)，其程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器具有各自的

總線結(jié)構(gòu)。跟AD和DA交換數(shù)據(jù)使單片機的處理能力得到最大利用。

利用TMS28335中CPU含有32bit的中央算術(shù)邏輯單元（CALU）、32bit的累加器、比例移位器、16bit×16bit乘法器、輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU）和16位雙精度浮點庫運算單元，進行數(shù)據(jù)的運算和處理。利用TMS28335可尋址的存儲器空間共512K字，片上256 Kxl6的Flash存儲器，34 Kxl6的SARAM存儲器．將所有程序及控制儲存在其中。

2.3 串口通訊的功能利用

2.3.1 同步串口通訊

用TMS28335具有的3個同步串口（SSP），串行外設(shè)置為2通道CAN模塊、3通道SCI模塊、2個McBSP(多通道緩沖串行接口)模塊、1個SPI模塊、1個I2C主從兼容的串行總線接口模塊；提供與編譯碼器、串行AD轉(zhuǎn)換器等串行器件的直接通信。采用同步串口使得單片機與外設(shè)非常方便的進行數(shù)據(jù)交換，實時監(jiān)測上位機是否有新的執(zhí)行命令，采取相應(yīng)的操作。

2.3.2 異步通訊模式

計算機與測試儀之間的通訊方式為異步通訊模式(RS232)，將儀器中保存的測試數(shù)據(jù)傳送給計算機，由計算機進一步數(shù)據(jù)處理?；蛘哕浖壈姹究梢酝ㄟ^異步通訊口將測試儀器進行升級。在儀器設(shè)計中，使用計算機軟件開發(fā)平臺可以將人機對話、數(shù)據(jù)庫以及打印機功能進行編譯，通過異步串口將生成的程序下載到DSP2中運行，此方法的使用可以大量減少開發(fā)時間以及開發(fā)的難度，同時增強了公司儀器人機對話的一致性，提高了軟件設(shè)計水平。

3 模擬電路設(shè)計

3.1 模擬電路設(shè)計思路

模擬電路在可調(diào)線性電源給出的IP和UP處采樣出對應(yīng)的I和U,然后經(jīng)由AD采樣，最后經(jīng)過多級放大、濾波，給出百分表對應(yīng)ΔI和ΔU。其中為保證微差信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對放大電路中采用放大電阻采用低溫漂高精度模壓電阻。

3.2 模擬電路的誤差理論

整檢裝置校驗互感器校驗儀時，是模擬互感器的實際誤差而給出的標(biāo)準(zhǔn)量值，其中分成兩個正弦量，即同相分量和正交分量。以下以電流互感器校驗為例，根據(jù)校驗儀的測量原理（如圖2）。

當(dāng)流過標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的電流與流過被檢互感器的電流相等時，即，流過互感器校驗儀K端的差流為零，此時互感器誤差為零，當(dāng)時，則互感器校驗儀K端有差流流過，其誤差可用圖3的矢量圖表示。

由于實際測量中δ是一個很小值，因此可近視認(rèn)為：

故得到電流互感器誤差，其中，

圖3 誤差矢量圖

根據(jù)以上誤差測量原理，反推互感器校驗儀整檢裝置輸出的同相分量量值I（同）=I0×f%，正交分量量值I(正)= I0×δ×34.38（分）。

3.3 模擬電路工作原理

如圖4，功率源輸出電流信號T0/Tx或電壓信號a/x給被測校驗儀，同時將此信號放大濾波后作為百分表信號給單片機計算，另一路信號經(jīng)過處理后分別給同相DA控制和正交DA控制作為控制基準(zhǔn)。當(dāng)同相和正交給出量值控制信號時，功率輸出將輸出與百分表成比例的電流或電壓信號，當(dāng)同相DA和正交DA控制信號不變時，百分表變大，KD將成比例變大，反之百分表變小時，KD也將成比例變小。

4 上位機軟件設(shè)計

按國家計量檢定規(guī)程JJG169-2010《互感器校驗儀檢定規(guī)程》的內(nèi)容進行的功能設(shè)計，按內(nèi)容人性化設(shè)計，滿足計量檢定部門的使用內(nèi)容要求可按使用者的需求方便添加其它模塊及功能。設(shè)有自動測試、手動測試。按要求算出各給出點的允許誤差，當(dāng)軟件測出校驗儀示值時對應(yīng)算出誤差大小。

4.1 軟件需要具有的功能

1）對互感器校驗儀的檢定按照國家計量檢定規(guī)程設(shè)定，具有廣泛的適用性；

2）測試方法豐富有自動測試、識別測試、手動測試；

3）能根據(jù)使用者的要求一鍵導(dǎo)出原始記錄、檢定證書、結(jié)果通知書；

4）具有強大的數(shù)據(jù)保存和查詢能力，歷年各送檢單位數(shù)據(jù)都可按照設(shè)備樹儲存，可隨時方便查看且可比較同設(shè)備歷年送檢情況自動進行穩(wěn)定性判斷。

4.2 全自動功能的設(shè)計

圖4 整檢裝置工作原理框圖

圖5 上位機功能示意圖

現(xiàn)互感器校驗儀生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的校驗儀樣式種類各異，通訊協(xié)議未統(tǒng)一，無法實現(xiàn)對所有的互感器校驗儀實現(xiàn)控制。故采用圖像識別模塊。利用高清攝像機拍攝互感器校驗儀顯示示值，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給上位機軟件，最終在軟件上顯示。這樣就可以繞開互感器校驗儀通訊協(xié)議不統(tǒng)一的問題，從而可以對所有廠家生產(chǎn)的互感器校驗儀實現(xiàn)全自動校準(zhǔn)上傳的流程。

5 結(jié)語

互感器校驗儀全自動檢定裝置的研制成功，可以大大減輕檢定人員的工作量，提高了工作效率。并且保證了數(shù)據(jù)的正確性。解決了互感器校驗儀通訊不統(tǒng)一無法實現(xiàn)所有的互感器校驗儀全自動測量這一難題?；ジ衅餍ｒ瀮x的全自動檢定推動計量水平的發(fā)展，為后續(xù)計量檢定工作帶來了方便。其自動原理及方法也會帶動其它計量產(chǎn)品加快走向自動化檢定。

[1]JJG169-2010《互感器校驗儀檢定規(guī)程》．

[2]Q/GDW 1897《互感器校驗儀通信協(xié)議》．

[3]王文華，基于《互感器校驗儀通信協(xié)議》的全自動整檢裝置，《自動化與儀器儀表》2015年2期（總第184期）．

[4]宋健康，基于互感器校驗儀全自動整體檢定的研究，《質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究》2010年第3期（總第9期）．

[5]包玉樹，全自動互感器校驗儀整體檢定系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用，《電測與儀表》，2012,49(7)：41-44．

[6]賴渝，全自動互感器校驗儀整體檢定系統(tǒng)應(yīng)用，《科研》,2015(3)：249-250．