南方電網(wǎng)曲靖供電局 王莆 楊子力 尹定座 張崔金 周繼宏

0 引言

現(xiàn)階段實(shí)踐操作中針對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀的檢定基本停留在手工階段，檢定人員的工作量大，但檢定效率低、易出錯(cuò)，因此迫切需要一種能夠完成對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行準(zhǔn)確檢定的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比、輸出檢定報(bào)告的自動(dòng)化，提高檢定效率和精確率。

1 便攜式電壓監(jiān)測(cè)儀智能檢測(cè)裝置特點(diǎn)

一是檢測(cè)功能全面：能實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀的精度、功耗、監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、通信、維護(hù)等27項(xiàng)全部功能性檢測(cè)。

二是檢測(cè)結(jié)果智能自動(dòng)判定研究：采用表源一體化檢測(cè)方式，通過(guò)軟件控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出，按照業(yè)務(wù)規(guī)則計(jì)算測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的超限率、超限時(shí)間，與電壓監(jiān)測(cè)儀上送的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)測(cè)儀整定誤差及統(tǒng)計(jì)誤差的自動(dòng)判斷。

三是定制化一鍵自動(dòng)測(cè)試研發(fā)：通過(guò)導(dǎo)入靈活定制的用例化校驗(yàn)規(guī)則，對(duì)電壓監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行通信協(xié)議檢測(cè)和時(shí)間統(tǒng)計(jì)值檢測(cè)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果給出通信協(xié)議及時(shí)間統(tǒng)計(jì)值的正確性和完整性評(píng)價(jià)報(bào)告，充分體現(xiàn)電壓監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)。

四是在線(xiàn)式檢測(cè)管理：具備自動(dòng)從電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取電壓監(jiān)測(cè)儀檔案生成及下裝定檢任務(wù)功能，自動(dòng)匯總檢測(cè)結(jié)果。

2 便攜式電壓監(jiān)測(cè)儀智能檢測(cè)裝置工作原理

針對(duì)目前電壓監(jiān)測(cè)儀無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)問(wèn)題，研制了0.05級(jí)單相便攜式電壓檢測(cè)儀智能檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置由程控電壓信號(hào)源（主要包括帶諧波的程控信號(hào)發(fā)生器、OCL互補(bǔ)推挽功率放大器）、單相標(biāo)準(zhǔn)電壓表、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間測(cè)量電路、以及單片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。檢測(cè)軟件控制電壓信號(hào)源同時(shí)輸出電壓至裝置內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電壓表和被檢測(cè)的電壓監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)串行口實(shí)時(shí)采集電壓監(jiān)測(cè)儀電壓數(shù)據(jù)送給上位機(jī)，上位機(jī)的應(yīng)用軟件自動(dòng)完成采集電壓與內(nèi)置電壓表電壓值數(shù)據(jù)比對(duì)分析，實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)測(cè)儀的自動(dòng)化一鍵檢測(cè)。

2.1 硬件工作原理

硬件電路由主控ARM+FPGA處理器、交流信號(hào)波形生成、功率放大、輸入輸出采樣電路、顯示屏、電源模塊組成，電路組成框圖如圖1：

圖1

2.1.1 主控ARM+FPGA處理器

本裝置控制系統(tǒng)采用了強(qiáng)大的MPU+FPGA雙核結(jié)構(gòu)，因而可靈活配置和增強(qiáng)即時(shí)處理功能和擴(kuò)展功能，MPU單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)鍵盤(pán)或RS232接收命令，通過(guò)編碼后，發(fā)送給FPGA，由FPGA譯碼后生成進(jìn)行波形合成電壓信號(hào)，同時(shí)從輸出的電壓信號(hào)上取樣電壓和負(fù)載電流信號(hào)返回給機(jī)內(nèi)信號(hào)采樣電路產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)， MPU+FPGA對(duì)此數(shù)字信號(hào)進(jìn)行綜合計(jì)算后，得出標(biāo)準(zhǔn)輸出的電壓、電流和負(fù)載功率的精確值。若輸出和設(shè)置有一點(diǎn)的偏差，則通過(guò)PID方式進(jìn)行電壓的跟蹤調(diào)節(jié)，控制輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)輸出值。

2.1.2 交流信號(hào)波形生成

交流信號(hào)波形生成電路采用了數(shù)字式信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率、幅度、波形可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)交流信號(hào)波形，電路組成框圖如圖所示。

圖2 交流信號(hào)波形生成框圖

系統(tǒng)由ARM+FPGA處理模塊、并口的D/A轉(zhuǎn)換芯片AD7837、串口D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX541、電壓基準(zhǔn)MC1203、運(yùn)算放大器INA128和OP07組成。MC1203產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，ARM+FPGA處理模塊的I/O口模擬輸出16位串行數(shù)字信號(hào)，控制MAX541產(chǎn)生可調(diào)輸出0～+2V的直流信號(hào)給AD7837，將交流信號(hào)波形數(shù)據(jù)存貯在ARM+FPGA處理模塊中，由ARM+FPGA連續(xù)輸出一個(gè)交流波形的12位數(shù)字信號(hào)，控制AD7837交流信號(hào)，再由運(yùn)算放大器OP07及INA128放大到0～5V的交流信號(hào)，此交流信號(hào)提供給功率放大器。

2.1.3 功率放大電路

功率放大電路采用了輸入級(jí)，大功率場(chǎng)效應(yīng)管放大電路，輸出電路、取樣反饋電路和保護(hù)電路，組成框圖如圖3所示。

圖3

輸入級(jí)和反饋電路由運(yùn)算放大器OP07組成，有零漂移控制電路和濾波電路，從輸出電路中取樣0～5V交流信號(hào)與輸入的0～5V交流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)比較，控制功率放大電路保證輸出信號(hào)失真小、高穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

大功率放大電路是甲乙類(lèi)放大，采用場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，具有輸入阻抗高，噪聲小，受外界溫度及輻射影響小，存在零溫度系數(shù)工作點(diǎn)。保護(hù)電路采用過(guò)流保護(hù)，當(dāng)采樣到工作電流過(guò)保護(hù)點(diǎn)時(shí)，切斷功率放大電路的工作電源。

2.1.4 輸入輸出采樣電路

電壓電流采樣電路由ARM+FPGA處理模塊、并口的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD976、精密電壓基準(zhǔn)MAX6225、運(yùn)算放大器PGA205AP組成。MAX6225產(chǎn)生2.5V基準(zhǔn)，從輸出電壓、電流取樣0～5V交流波形信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器PGA205AP提供給AD976模擬信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器AD976將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，ARM+FPGA處理模塊采樣到此數(shù)字信號(hào)，經(jīng)FPGA和MPU進(jìn)行綜合計(jì)算后，得出標(biāo)準(zhǔn)輸出的電壓、電流、負(fù)載功率的精確值。

秒脈沖檢測(cè)電路采樣被測(cè)表秒脈沖，由ARM+FPGA處理模塊計(jì)算被測(cè)表秒脈沖和標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖的誤差，從而計(jì)算被測(cè)表秒脈沖誤差。

2.2 軟件工作原理

軟件基本工作流程圖如下：

3 維護(hù)使用注意事項(xiàng)

電壓監(jiān)測(cè)儀，顧名思義就是用來(lái)監(jiān)測(cè)電壓數(shù)據(jù)的裝置，可查看瞬時(shí)電壓值，每日、每月的電壓合格率及合格時(shí)間，超上（下）限時(shí)間，最大（?。┲导俺霈F(xiàn)時(shí)間，平均電壓及運(yùn)行總時(shí)間等數(shù)據(jù)，具有自動(dòng)對(duì)電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、存儲(chǔ)、上報(bào)、召測(cè)等功能。為保證其正常工作，在使用與維護(hù)中應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

一是電壓監(jiān)測(cè)儀安裝位置選擇要合適。除滿(mǎn)足產(chǎn)品規(guī)定的工作條件外，還應(yīng)安裝在干燥少塵且便于讀取數(shù)據(jù)處。

二是大多數(shù)電壓監(jiān)測(cè)儀使用范圍都很廣，可適用于監(jiān)測(cè)多種電壓等級(jí)的電壓值。監(jiān)測(cè)電壓等級(jí)不同，其對(duì)應(yīng)的工作電壓也不同。所以應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的電壓等級(jí)，可靠正確的連接接線(xiàn)端子，且連接電源的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑及長(zhǎng)度要合適。

三是根據(jù)監(jiān)測(cè)的電壓等級(jí)，提前設(shè)置正確的參數(shù)。定值設(shè)置好以后方可通電運(yùn)行。

四是電壓監(jiān)測(cè)儀的安裝、數(shù)據(jù)讀取、檢修等工作應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行。

五是電壓監(jiān)測(cè)儀要固定牢固，安裝在室外應(yīng)使用表箱并上鎖。

六是使用電話(huà)卡（短信或流量）通信的電壓監(jiān)測(cè)儀，應(yīng)安裝在通信信號(hào)較好的位置。

七是電壓監(jiān)測(cè)儀裝在金屬箱內(nèi)時(shí)，要使用長(zhǎng)天線(xiàn)，并將天線(xiàn)放置在金屬箱外并固定。天線(xiàn)與電壓監(jiān)測(cè)儀連接要可靠。

八是應(yīng)按相關(guān)規(guī)定或產(chǎn)品要求，由有資質(zhì)的單位進(jìn)行定期校驗(yàn)。

九是使用環(huán)境溫度要求在-15℃～55℃之間，相對(duì)濕度在20%～90%，大氣壓力為79.5～106.0Kpa，額定工作電源電壓及額定輸入電壓模擬量為100V、220V、380V。工作電壓允許偏差在Un± 20%之間，工作電源頻率為50Hz±1%，工作電源波形為電壓正弦波形總畸變率≤5%。

十是在使用過(guò)程中應(yīng)保持監(jiān)測(cè)儀面板應(yīng)整潔美觀，字跡清楚醒目，各顯示器件及調(diào)整器件應(yīng)安裝得當(dāng)，操作清晰便捷。監(jiān)測(cè)儀的外表面應(yīng)光潔而無(wú)明顯的機(jī)械損傷和涂復(fù)層剝落等現(xiàn)象，部件應(yīng)安裝正確，牢固可靠，操作靈活，各緊固件無(wú)松動(dòng)，塑料件無(wú)氣泡、變形等缺陷，外殼防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于GB4942.2LP40的等級(jí)要求。監(jiān)測(cè)儀使用的印制電路板，導(dǎo)線(xiàn)及電子元器件的質(zhì)量應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，應(yīng)用便攜式電壓監(jiān)測(cè)儀智能檢測(cè)裝置，可在電壓監(jiān)測(cè)儀檢定管理系統(tǒng)中自動(dòng)生成及下載檢定任務(wù)至便攜式檢定裝置，攜帶裝置至現(xiàn)場(chǎng)很快可以完成電壓監(jiān)測(cè)儀檢定工作，無(wú)需將電壓監(jiān)測(cè)儀拆回檢定。檢定結(jié)果可以通過(guò)便攜式檢定裝置上傳至電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)更新系統(tǒng)中電壓監(jiān)測(cè)儀的檢定記錄及生成定檢報(bào)告，極大的節(jié)省基層工作人員定檢工作量，可在供電所中發(fā)揮有巨大作用。