用PXI与LabVIEW测试高压浪涌保护装置

2004年8月A版

　　挑战：检定高架配电系统和铁路电力系统中高压浪涌保护装置中金属氧化物变阻器的性能。

　　解决方案：开发一种基于PXI的高精度测量系统，使用14位100MS/s数字化仪PXI-5122进行高精度的幅值测量，用于电气隔离的MIX-3光纤连接。

变阻器—测试上的挑战

　　为满足全球能源工业日益增长的对可靠性的要求，ABB高压产品公司的浪涌保护装置部开发和生产了空气与SF6气体绝缘浪涌保护装置，能有效地保护中、高压网络不受闪电或闭合断路器所产生的过高压损害。这些浪涌保护装置可以承受高达528KV的连续操作电压，以及波形变换高达4/10ms、电流强度高达100KA的冲击电流。在这些极端的操作条件下，对这些浪涌保护装置及其内部金属氧化物变阻器的测试是一个特殊的挑战。

　　ABB公司生产各种金属氧化物变阻器，直径从38mm到108mm，电压级别从100V到6KV最大连续操作电压。为制造中压或高压浪涌保护装置，ABB将若干个变阻器进行串联并将其装入绝缘材料制成的箱子里。ABB不测试整个装配好的变阻器，而是分别测试每个变阻器，从而将电压要求降低到可操作的水平。 使用脉冲电流发生器，可向变阻器注入高达200KA的双指数电流脉冲。该测试系统可产生模拟闪电打击或断路器闭合条件的波形脉冲电流，并测量金属氧化物变阻器两端的剩余电压以及通过该变阻器的电流。剩余电压表示在电流脉冲期间两端出现的电压峰值。该系统还计算输入金属氧化物变阻器的瞬间功率和能量。

适用于更高测量精度的高分辨率

　　为将电压和电流降到一个可以直接测试的水平，ABB使用一个含有电容器和大阻值电阻的分压器，和一个用于快速瞬间脉冲的特别极低阻值脉冲电流分路器。将两个PXI-5122 14位100MS/s 数字化仪与分压器进行连接，分路测量测试过程中产生的瞬间电压和电流。然后再使用LabVIEW 内置的分析能力来测定峰值、上升时间与半峰时间(time-to-half)值。此外，ABB还使用电压和电流数据来计算瞬间输入功率、瞬间电阻以及完全转换的能量。

MXI-3光纤连接提供高数据吞吐量与隔离

　　通过使用基于PXI的系统，如今ABB可以在基于GPIB的老式系统仅能传输数千字节的时间内，传输数以兆计字节的数据。由于能以更快的速度收集数据，ABB能够通过以PCI-DIO-24数字I/O板卡和继电器模块替换功率断路器而快速对测试系统进行重新配置。通过提高数据处理速度，可以在IEC 60099-4标准规定的浪涌保护装置测试时间内对变阻器进行强电流动作负载测试，效果比以前提高很多。

　　上升时间为4ms的100KA电流冲击会形成极强的电磁场，有可能损坏电脑主机并伤害操作人员。为提高系统的安全性并将设备的风险降到最低，ABB在两个PXI-1002四槽机箱内各安装了一个PXI-5122 数字化仪。将机箱以“菊花链”方式链接，然后使用MXI-3远程光纤将其与电脑主机进行连接。以此在两个数字化仪与电脑主机之间提供光耦合，从而排除了电脑与脉冲发生器之间的电路连接。由于测量电压和电流的数字化仪分别处于相互绝缘的机箱内，因此可以避免由电路产生大的感应涡流。如果在强磁场环境中形成此种涡流，就会产生大的感应电压干扰测量结果。