基于LabVIEW的絕緣介質預防性實驗軟件設計

李江，李濤

（國網河北省電力公司井陘縣供電分公司 河北 井陘 050300）

對于國內外的眾多工科院校來說，實驗教學是專業課課程教學的重要組成部分，能全面配合理論教學。然而近幾年來國內各高校的擴招力度不斷加大，在校學生的數量逐年增加，這必然使得各高校實驗室的實驗設備難以滿足需求。隨著計算機技術和儀器技術的快速發展，將虛擬儀器引入到高校實驗教學成為一種趨勢，虛擬儀器的使用滿足了每一位學生獨立操作儀器設備的需求，同時讓每一位學生擁有充分的時間去熟悉儀器的使用，加深對實驗原理的認識和理解，必然會提高學校的實驗教學質量[1]。

本文介紹基于LabVIEW組態軟件平臺開發的絕緣介質預防性實驗軟件，在本文中對電氣設備故障診斷技術實驗中重要的直流泄露電流與直流耐壓試驗和介質損耗指數試驗兩項實驗軟件設計進行介紹。

1 總體結構設計

圖1是該電氣設備故障診斷技術實驗軟件的總體結構設計圖，文中涉及的兩個實驗軟件均是由數據采集部分、實時數據顯示部分、參數設置部分、數據處理部分、結果顯示部分和實驗結果分析部分組成。數據采集部分采用了讀取測量文件的方法，將試驗獲取的試驗原始數據以LVM格式存儲下來[2]。然后在各實驗軟件的程序框圖中設置讀取測量文件這個輸入函數來將試驗原始數據導入軟件之中。這種采集方法的特點是快速性好，但需提前將數據格式進行轉換。實時數據顯示部分包含儀表顯示和數字顯示兩種形式，可實時顯示電壓、電流等數據。參數設置部分主要是設置試驗電壓、大氣壓力、溫度等參數，并通過實時數據顯示部分將參數顯示出來，另一方面，將參數送至數據處理部分進行處理，數據處理部分因不同試驗內容而異。數據處理部分將根據各自的實驗原理和試驗要求分別進行編寫，處理后的實驗結果通過結果顯示部分顯示出來。結果顯示部分包含試驗數據記錄和示波器顯示兩種方式，示波器顯示可直觀地反映試驗原理和特征曲線；試驗數據記錄可以將試驗數據記錄在表格中，方便拷貝和進一步分析[3]。最后是實驗結果分析，這部分是根據不同試驗的實驗結果，對電氣設備存在的故障類型進行敘述。以上就是本文中的實驗軟件的總體結構，下面對各個軟件進行說明。

圖1 總體結構設計圖Fig.1 Structure diagram of the system

2 軟件設計

2.1 直流泄露電流與直流耐壓試驗軟件設計

直流泄露電流與直流耐壓試驗軟件是電氣設備預防性試驗中的一項試驗，用來對直流泄露電流與直流耐壓水平進行測定[4]。

本軟件可以測量介質直流泄露電流，并可做出泄露電流與外加電壓的關系曲線。本實驗軟件前面板左上角設有電源開關，下面有調壓器，可調節介質的外加電壓。前面板左側的單選按鈕可以選擇外加電壓檔位，點擊右側的記錄按鈕可以將試驗數據記錄在中間的Express表格中。

前面板左下角可顯示試品溫度、環境溫度和空氣濕度。前面板中部設有3個儀表，分別顯示電源電壓、試驗電壓和泄露電流。前面板右下角的Express XY圖可顯示良好、油耐壓不合格和進水受潮三種情況下的泄露電流與外加電壓的關系曲線，Express XY圖上方的菜單下拉列表可以選擇介質的不同缺陷類型。前面板中間的字符串顯示控件可以顯示非線性系數K和故障類型，如圖2所示。

圖2 直流泄露電流與直流耐壓試驗前面板Fig.2 The front panel of DCleakage current and DCvoltage test

此程序中的電源開關按鈕對整個實驗軟件的電源控制，即只有當電源開關按鈕處于閉合狀態下方可進行各種操作。通過三重條件結構函數嵌套可實現根據不同故障情況繪制泄露電流與外加電壓的關系曲線，根據該曲線可以了解不同故障下的介質電氣特征。為了使使用者能夠更深入地理解實驗原理，在前面板的第二個選項卡中特別放置了直流泄露電流與直流耐壓試驗的實驗原理圖，在實驗軟件運行時，使用者可在這兩個選項卡中自由切換并查看。

直流泄露電流與直流耐壓試驗程序框圖如圖3所示，LabVIEW的一大特點是支持并行運行，因此使得軟件的不同程序部分可以獨立編程而不須另外設置調用指令，只需注意參數的引用和計時器的使用即可。該軟件中包含即時獨立運行的直流泄露電流測量記錄程序，該程序的作用是將在不同直流電壓等級下的介質的直流泄露電流記錄在表格中，并實現自動換行。在這一部分的程序中首先初始化了一個二維數組，其次設置了外加電壓檔位和直流調壓器兩個數值輸入模塊，當設置了直流電壓后點擊確定按鈕，則將設置的直流電壓值錄入到表格中，為防止多次點擊的發生，特地在結果輸出程序中加入了一秒的延時。設置了直流電壓值后會首先將該電壓值存儲到中間值控件中，隨后在數組行數加一的情況下對中間值進行判斷，如果大于0，則將中間值存入數組，為了使軟件界面更簡明，這里把中間值數組顯示控件的可見性屬性設置為false。這樣便將直流泄露電流的值錄入表格并執行換行操作。

圖3 直流泄露電流與直流耐壓試驗程序流程圖Fig.3 The program flow chart of DCleakage current and DCvoltage test

2.2 介質損耗指數試驗軟件設計

介質損耗指數試驗軟件是電氣設備預防性試驗中的一項試驗，用來對介質損失因數tanδ和電容量Cx進行測量[5]。本實驗軟件是根據西林電橋的原理設計的，前面板右側給出了西林電橋的原理圖。前面板設置有兩組旋鈕，可分別調節R3和C4，通過調節這兩組旋鈕使得檢流計數值為零，即電橋平衡[6]。

電橋平衡時前面板左側的平衡指示燈點亮，面板下方的兩個數值顯示控件將分別顯示介質損失因數tanδ和電容量Cx這兩個測量結果。前面板右上角設置有修改參數的功能，當在允許修改參數按鈕按下時可以在兩個數值輸入控件對Cn和R4的數值進行設定，如圖4所示。

圖4 介質損耗指數試驗前面板Fig.4 The front panel of dielectric dissipation factor test

圖5 介質損耗指數試驗程序流程圖Fig.5 The program flow chart of dielectric dissipation factor test

圖5 所示的是介質損耗指數試驗程序流程圖。在西林電橋平衡算法的程序中，由兩組旋鈕輸入R3和C4，參與運算后將Ua和Ub兩個結果分別傳輸到兩個數值顯示控件。平衡判斷部分將對Ua和Ub進行比較，若兩者相等則滿足平衡條件，同時將平衡指示燈布爾值設置為真，將運算得出的介質損失因數tanδ和電容量Cx數值傳送至相應數值顯示控件。

3 實驗軟件的生成

本實驗軟件需要NI環境的支持，但LabVIEW的安裝包過于龐大，以LabVIEW 8.5為例，安裝包占用磁盤空間有1.14 GB之多，安裝至計算機上將更大。而本實驗軟件采用了集成LabVIEW運行引擎的安裝方式，使得占用磁盤空間大大減少，只有93.6 MB，僅為LabVIEW安裝包的不到十二分之一。本節將對實驗軟件的生成過程進行說明。

首先要在LabVIEW啟動界面中新建一個項目，然后將在項目瀏覽器的“我的電腦”處添加之前編輯好的VI和其它相關文件。其次要生成兩個實驗軟件，具體做法是在程序生成規范上右擊選擇新建應用程序EXE，在之后的應用程序屬性對話框中對程序信息、源文件、目標、圖標、高級、附加排除項、版本信息、運行時語言等進行設定，點擊生成按鈕即可生成對應的EXE程序。這里值得說明的是，在源文件一欄中要把主程序VI移動至啟動VI一欄中，并且把程序需要的其它文件移動至始終包括一欄，這樣才能保證將這些文件拷貝到程序中的data文件夾中。

然而僅生成這些應用程序還無法使之在未安裝LabVIEW的計算機上運行，還需將這些應用程序和LabVIEW運行引擎8.5打包成為安裝程序后方可在任意一臺計算機上安裝使用。

具體做法是在程序生成規范上右擊選擇新建安裝程序，在之后的安裝程序屬性對話框中對產品信息、源文件、快捷方式、附加安裝程序、對話框信息、注冊表、硬件配置等進行設定，點擊生成按鈕即可生成對應的安裝程序。有必要說明的是，在源文件一欄中，要把需要添加至安裝包中的程序選擇并移動到目標框圖中的對應路徑下。

4 結束語

文中研究的主要內容是基于LabVIEW組態軟件的絕緣介質預防性實驗軟件設計與開發。該課題是在工科高校電氣設備故障診斷技術實驗教學中出現教學效果不好的情況下提出的，基于對本課題的認識進行了實驗軟件方面的研發設計工作。借助本軟件可以將直流泄露電流與直流耐壓試驗和介質損耗指數試驗這兩個實驗在計算機上完成，提高了實驗的安全性和可靠性，同時使實驗效果和數據處理更加直觀。

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