（高电压与绝缘技术专业论文）基于labview的绝缘检测系统的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 电力设备绝缘检测是保证电力系统安全运行的重要技术手段。本论文致力于研 制出一种可对多种电力设备进行绝缘检测的系统。设计了绝缘检测系统的整体框 架，开发出具有存储、查询功能的数据库。对m o a 和容型设备的绝缘检测的测量 原理进行了对比分析，选择了合理的测量方案，基于l a b v i e w 和u s b 数据采集卡 研制了m o a 绝缘检测子系统和容型设备绝缘检测子系统，其特点是可计算、存储 和查询多种特征参数。通过仿真计算和实际测量验证了该系统的设计达到了预期目 关键词：电容型设备，金属氧化物避雷器，介质损耗因数，阻性电流，绝缘检测 a b s t r a c t t h ei n s u l a t i o nm o n i t o r i n go fp o w e re q u i p m e n t si sv e r yi m p o r t a n tt og u a r a n t e et h e s a f e t yo fe l e c t r i c a lp o w e rs y s t e m t h i st h e s i sa i m sa td e v e l o p i n gc o m m o ns o f t w a r ef o r m o n i t o r i n gi n s u l a t i o nc o n d i t i o no fs e v e r a lp o w e re q u i p m e n t s t h ew h o l es t r u c t u r eo ft h e s o f t w a r ea n dad a t a b a s et h a tc a ns a v e ，r e t r i e v ed a t aa r ed e s i g n e d s e v e r a lw a y so f m o n i t o r i n gi n s u l a t i o nc o n d i t i o no fm o a a n dc a p a c i t i v e t y p ee q u i p m e n ta r ec o m p a r e d a n dt h ep r o p e rm e t h o d sa r es e l e c t e d b a s e do nl a b v i e wa n du s bd a qc a r d ，m o a i n s u l a t i o nm o n i t o r i n gs u b s y s t e ma n dc a p a c i t i v e t y p ee q u i p m e n ti n s u l a t i o nm o n i t o r i n g s u b s y s t e ma r ed e s i g n e d ，w h i c hc a nc a l c u l a t e s t o r ea n dq u e r ym u l t i p l ec h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r t h r o u g hs i m u l a t i o na n dp r a c t i c a lm e a s u r e m e n t ，t h ed e s i g no ft h em o n i t o r i n g s y s t e mo b t a i n sa n t i c i p a t e dp u r p o s e b ih u ( h i g hv o l t a g ea n di n s u l a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f l uf a n g c h e n g k e yw o r d s ：h i g hv o l t a g ec a p a c i t i v e t y p ee q u i p m e n t ；m e t a lo x i d es u r g ea r r e s t e r ( m o a ) ，d i e l e c t r i cl o s st a n g e n t ；r e s i s t i v el e a k a g ec u r r e n t ，i n s u l a t i o nm o n i t o r i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于l a b v i e w 的绝缘检测 系统的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北 电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：生! 墨日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借 阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用 不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：哇虐 导师签名： 日期： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 对于高压电力设备而言，设备运行的可靠性在很大程度上取决于设备绝缘状态 的好坏。电力设备在运行过程中，其介质不可避免地承受热、电、化学、机械等多 种因素的作用，设备绝缘不可避免地发生劣化，严重时可能导致绝缘功能的丧失， 从而引发设备故障。在对l l o k v 及以上电力设备的9 3 次事故原因进行分析时发现， 其中由于匝间绝缘、引线及对地绝缘、套管绝缘所引起的各种事故分别占事故总数 的4 3 、2 3 和1 5 ；而因铁芯、分接开关等造成的非绝缘事故仅占2 0 以下。 所以电气设备绝缘状况的好坏往往成为决定电气设备寿命甚至电力系统安全性与 稳定性的关键因素之一。 长期以来为了减少电气设备事故的发生机率，提高电力系统的安全性和稳定 性，我国一直坚持对电力系统中运行的设备定期进行绝缘预防性试验的制度【2 1 。通 过这些试验，大量有缺陷的设备被检查出来。 但是现在使用的各种高压试验测量设备，一般都由不同的生产厂家按各自企业 的技术条件设计和制作，并经过专业检测机构认证，虽然遵循同一技术标准但测试 方法和测试工具不尽相同，技术水平等方面千差万别，给现场测量带来不便，甚至 造成误判断，而且数据接口相互不兼容，难以进行有效的数据管理。由于高速发展 的通用技术无法在这些测试设备中应用，带来的结果是，这些设备笨重、品种繁多、 价格昂贵、维护成本高、几乎无法升级、测量数据管理困难。 现场测试中经常需要对多个电气设备进行测试，而且每次测试要对电力设备的 多种指标或性能参数进行测试，如果在野外测试，就需要携带多个仪器，在室内测 试也需要频繁地更换设备，导致测试工作效率低下、管理困难，也使得测量报告变 得复杂化，不利于统计。因此，将不同的仪器结合在一起，已经成为一种趋势，这 将方便管理使用、简化工作程序、降低成本并提高工作效率。 利用虚拟仪器技术，将各种设备的数据采集、分析、处理和数据管理的功能用 同一台计算机来处理。信号调理模块体积一般都比较小，不同要求的信号调理模块 也可以集成到同一机箱中。因此，可以用适当的信号发生器与一台集成了信号调理 模块、高速数据采集卡和高精度数据采集卡的计算机配以软件支持，设计一个测试 系统，这个系统可以替代多种测试设备的功能。该系统的研制具有重要的理论意义 以及实际意义。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 课题研究现状 1 2 1 电气设备绝缘检测的研究现状 在我国，电气设备绝缘检测技术的研究和应用已经有十多年，这对及时发现电 气设备绝缘缺陷，保证电气设备安全运行起到了良好的作用。目前国内外对变电站 和发电厂开关站中数量较多的电容型设备和氧化锌避雷器等的绝缘检测尤为受到 重视。国内如武汉高压研究所、西安交通大学、武汉水利电力大学( 现武汉大学电气 工程学院) 、清华大学、中国电力科学院等高校和科研院所，广州科立公司、武汉高 德公司、马鞍山万源公司等厂商，投入了大量的力量进行研究与开发，并已经有实 际的系统井投入运行【3 】。国外厂商如美国a v o 公司、澳大利亚红相( r e dp h a s e ) 公司、 德国的l d i c 公司也在国内某些变电站安装了所研制的测量系统。当前随着分层分 布式技术、总线技术和w e b 技术的广泛应用，整个系统的研发正朝着多层应用体系 的方向发展。 但是已实际投运的系统运行效果并不理想，没有取得预期的经济效益和社会效 益。主要问题有以下几点： ( 1 ) 检测技术问题 一类是理论性的，例如在线测量和停电试验的等效问题，抗干扰问题，大气环 境对检测结果的影响，检测系统对来自一次系统冲击的耐受能力问题等，解决它们 有待于加强基础研究。另一类则属于测量方法和测量技术问题，例如，在相位测量 中基准电压信号的选取、在线测量的校验方法以及互感器角差问题等。 ( 2 ) 系统研制缺乏标准化 各个不同厂家、单位研制绝缘检测系统，都有与之对应的软件平台。这些软件 平台往往与硬件系统紧紧捆绑在一起，而且没有统一的标准，软件结构各不相同， 难以共用。 ( 3 ) 缺乏综合式的电气设备绝缘检测系统 以往开发的绝缘检测系统多数针对特定设备定制研发，其可移植性比较差，难 以实现资源共享，使得系统开发效率低、成本高、费时多，形成很大的浪费。 针对这些问题，本论文提出构建综合式高压电气设备绝缘检测系统的设想。依 托此平台可以开发不同类型设备的绝缘检测子系统，并实现资源共享，提高开发效 率，降低开发成本。本设想的提出是建立在以下两点的基础之上： ( 1 ) 经过调查发现目前国内外开发的各种绝缘检测系统，无论是便携式系统，还 是在线实时系统，甚至是基于网络的远程系统，都是通过对设备运行状态信息的采 集、分析处理以及综合分析，从而定量地掌握设备的运行状态和发展趋势的，因此， 2 华北电力大学硕士学位论文 针对不同对象和不同需求所开发的绝缘检测系统在结构上存在着很大的共性。 ( 2 ) 随着计算机和信息技术的发展，特别是虚拟仪器技术的广泛应用，软件目前 已经在绝缘检测系统中扮演了越来越重要的角色，大部分绝缘检测系统已经由以前 的纯硬件装置进化为计算机软硬件系统，虚拟仪器的引入降低了系统成本，并从而 在此基础上使整个系统变得更为复杂，功能更为强大。 1 2 2 虚拟仪器研究现状 虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器技术的发展方向。目 前在我国应用的虚拟仪器开发平台主要有美国n i 公司的l a b v i e w ( l a b o r a t o r y v i r t u a li n s t r u m e n tw o r k b e n c h ) 及其相应组件和h p 公司的h p v e e 和h p i t g ； t e k t r o n i x 公司的e z t e s t 和t e k t n s 等，其中l a b v i e w 系列产品在我国使用比较 广泛。l a b v i e w 是基于图形化编程语言g 的虚拟仪器开发环境，使用它开发虚拟 仪器最大的好处就是可以提高开发效率。据统计，使用l a b v i e w 开发虚拟仪器比 使用基于文本的语言开发效率可以提高很多，程序的执行速度却几乎不受影响：同 时它在信号处理等方面的强大功能是组态软件不可比的【4 j 。 虚拟仪器通常是由计算机、一定的硬件和应用软件三部分构成。在虚拟仪器整 个系统中，软件是实现功能和性能的，硬件仅仅是为了解决信号数据的采集输入和 输出的，计算机则是对采集的数据进行处理并将处理后的数据送入终端。从构成方 式讲，有以d a q 板和信号调理部分为硬件来组成的p c d a q 测试系统，以g p i b ( 通用接口总线) 、v x i ( v m e 标准总线在仪器领域的扩展) 、p x i ( p c i 标准总线 在仪器领域的扩展) 、串行总线和现场总线等标准总线仪器为硬件方式组成的g p i b 系统，以及v x i 系统、p x i 系统、串行总线系统、现场总线系统等【5 j 。 目前，虚拟仪器在那些发达国家中设计、生产、使用已经十分普及。美国是虚 拟仪器的诞生国，也是全球最大的虚拟仪器研究、制造地，其生产虚拟仪器的主要 厂家有n i 公司、h p 公司和t e k r o n i x 公司等。在美国，虚拟仪器系统及其图形编程 语言，已成为各大学理工科学生的一门必修课程。而在我国虚拟仪器的设计、生产、 使用正在起步。据了解，1 9 9 6 年以来，我国重庆大学、哈尔滨工业大学、西安交通 大学及中科泛华公司等单位致力于研究开发虚拟仪器产品，并引进和消化了美国n i 公司、h p 公司所做的一系列成果，取得了较好的进展【6 j j 目前国内已有十几家企业 在研制p c 虚拟仪器，有上百种系列实用产品面市，并开始在航空、航天、通信、 医疗、电力、石油勘探、铁路等行业普及应用。目前大部分厂家生产的虚拟仪器基 本以计算机加数模转换及软件应用，来实现传统仪器中的示波器、频谱分析仪、频 率计、波形发生器、波形记录仪等。但也有些开发比较早的厂家开始将虚拟仪器在 某些行业开始批量应用【7 1 。据专家预测，到2 0 1 0 年我国将有5 0 的仪器为虚拟仪 华北电力大学硕士学位论文 器，据“国际自动化仪表”杂志预测2 1 世纪前l o 年虚拟仪器的生产厂家将超过千 家，品种将达数千种，市场潜力巨大。 今后v i 技术将在总线和驱动程序的标准化、硬件软件模块化和标准化、编程 平台的图形化和硬件模块的即插即用等几个方面得到进一步的发展，从而使v i 技 术在诸多领域得到更加广泛的应用。在电力系统中，已开发出了基于v i 技术的电 力系统专用仪表、电力谐波测试仪、电力系统相角测试仪、电流互感器暂态特性分 析仪等例。 1 3 本文的主要工作 1 3 1 研究目标 本论文致力于研制综合式高压电气设备绝缘检测应用系统，支持多设备多特征 量的检测，最终形成一个标准化的、灵活的、具有强大分析能力的、可同时用于生 产和科研部门的高压电气设备绝缘检测应用系统。 1 3 2 研究内容 鉴于以上考虑，本论文着重对以下内容进行了研究： ( 1 ) 开展高压电气设备绝缘检测系统整体框架的研制。 根据模块化设计思想设计整个测试系统的架构，在此基础上设计和开发包括设 备管理、多个绝缘检测子系统的高压电气设备绝缘检测系统的整体框架。 ( 2 ) 设计高压电气设备绝缘检测系统的数据库。 根据数据库设计理论，选择简单易用、开发周期短的m i c r o s o f ta c c e s s 数据库 作为系统数据库。数据库主要包括设备表、试验表、特征参数表等。同时设计数据 存储、数据查询等功能。 ( 3 ) 研制m o a 绝缘检测子系统。 从理论上分析了m o a 的绝缘特性并给出相应的数学模型，开发出一套基于数 字波形分析法的智能式绝缘检测系统。该系统由数据采集卡和基于l a b v i e w 的应 用软件构成。该系统能准确的测量出m o a 的基波阻性电流、三次谐波阻性电流、 总的阻性电流、总泄漏电流，并显示出它们的波形。 ( 4 ) 研制高压容型设备绝缘检测子系统。 容型设备最重要的特征参数是介损。介损数字化测量属于高电压、微电流、小 角度的精密测量范畴，对测量方法的要求很高，必须能够有效地降低测量误差。为 此，首先采用小波变换提取出基波信号，再计算其自相关函数与互相关函数得到介 损。过仿真表明，该系统可以较为准确测量介损。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章虚拟仪器技术 测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、 数字化仪器和智能仪器。目前微电子技术和计算机技术的飞速发展，测试技术与计 算机深层次的结合正引起测试仪器领域里的一场新的革命，一种全新的仪器结构概 念导致新一代仪器一一虚拟仪器的出现，它的出现使得人类的测试技术进入了一个 新的发展纪元。 本章重点介绍虚拟仪器的基本概念，虚拟仪器的组成与特点以及l a b v i e w 编 程语言概貌等。 2 1 虚拟仪器的基本概念 所谓虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t s ) ， 功能由用户设计和定义，具有虚拟面板， 就是在以计算机为核心的硬件平台上，其 其测试功能由测试软件实现的一种计算机 仪器系统【9 】。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一 样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。 虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义。 ( 1 ) 虚拟仪器的面板是虚拟的 ( 2 ) 虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的 与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性 等方面都具有明显的技术优势，如表2 1 所示。 表2 1 虚拟仪器与传统仪器比较 传统仪器虚拟仪器 关键是硬件关键是软件 开发与维护的费用高开发与维护的费用低 技术更新周期长 技术更新周期短 价格高价格低，并且可重复性与可配置性强 产商定义仪器功能用户定义仪器功能 系统封闭、固定系统开放、灵活、与计算机的进步同步 不易与其他设备连接 极易与其他设备连接 2 2 虚拟仪器组成 华北电力大学硕士学位论文 虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的 被测信号。虚拟仪器系统将不同功能、不同特点的硬件构成为一个新的仪器系统， 由计算机统一管理、统一操作。软件的功能定义了仪器的功能。因此，虚拟仪器最 重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。 2 2 1 虚拟仪器的硬件系统 构成虚拟仪器的硬件平台有两部分。 ( 1 ) 计算机 它一般为一台p c 机或者工作站，它是硬件平台的核心。 ( 2 ) u o 接口设备 i o 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。可根据实际情 况采用不同的i 0 接口硬件设备，如利用p c 机总线的数据采集卡板( d a q ) 、g p i b 总线仪器、v x i 总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器的硬件构成方式主要有 5 种类型，如图2 1 所示。 一p c d a q 卜- 一g p m 仪器卜_ l 被测信号卜一串口仪器卜- 一计算机 一v ) ( i 仪器f - 叫p x i t 燔- - - 图2 1 虚拟仪器的硬件构成方式 其中，p c d a q ( d a t a a c q u i s i t i o n ) 、狈1 量系统是构成v i 的最基本、最廉价的方式， 也是本课题采用的方式。p c d a q 系统是以数据采集板、信号调理电路和计算机为 仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。p c d a q 系统有三种形式：内插式、扩 展箱式和直接外挂式。本系统采用直接外挂式p c d a q 系统，在计算机u s b 总线 上接入u s b 数据采集卡即可。 2 2 2 虚拟仪器的软件系统 软件是虚拟仪器的关键。从底层到顶层，虚拟仪器的软件系统框架包括三个部 分：v i s a 库、仪器驱动程序、应用软件【1 0 】，如图2 2 所示。 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 2 虚拟仪器软件结构 ( 1 ) v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n ts o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) 库，即虚拟仪器软件体系结构 库。 v i s a 库是标准i o 函数库及其相关规范的总称，它驻留于计算机系统中，执行 仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，可用来实现对仪器的控 制。对于仪器驱动程序开发者来说，v i s a 库是一个可调用的操作函数库或集合。 ( 2 ) 仪器驱动程序 仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合，是连接上 层应用软件和底层输入输出( i o ) 软件的纽带和桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器 驱动程序，仪器厂商将其以源代码的形式提供给用户，用户在应用程序中调用仪器 驱动程序。 ( 3 ) 应用软件 应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供友好直观的 操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。 虚拟仪器应用软件由用户编制，可采用各种编程软件，大体可分为两类： 文本式编程语言：如c ，v i s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c ，l a b w i n d o w s c v i 等。 图形化编程语言：如n i 公司的l a b v l e w ，h p 公司的h p v e e 等。 这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件 与良好的开发环境。作为面向仪器的软件环境应具备以下特点：一是软件环境是针 对测试工程师而非专业程序员，因此，编程必须简单，易于理解和修改；二是具有 强大的人机交互界面设计功能，容易实现模拟仪器面板：三是具有强大的数据分析 能力和数据可视化分析功能，提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。基于以上考 虑本课题采用n i 公司的l a b v l e w7 1 作为编程软件。 2 3l a b v i e w 的概念 l a b v i e w 是实验室虚拟仪器工程平( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n g w o r k b e n c h ) 的称，是美国国家仪器公司( n a t i o n a li n s t r u m e n t ，简称n i ) 的创新软 华北电力大学硕士学位论文 件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。 l a b v i e w 是编程语言而不仅仅是一个软件开发环境，它是为替代常规的b a s i c 或c 语言而设计的。作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外，l a b v i e w 具 备语言的所有特性，因此又称之为g 语言( g r a p h i c sl a n g u a g e ) 。 g 语言与传统高级编程语言最大的差别在于编程方式，一般高级语言采用文本 编程，而g 语言采用图形化编程方式。g 语言编写的程序称为虚拟仪器v i ，在 l a b v i e w 环境下开发的应用程序都被冠以v i 后缀，以表示虚拟仪器的含义。 2 4l a b v i e w 的工作方式 2 4 1l a b v i e w 的层次化结构 l a b v i e w 的强大功能归因于它的层次化结构，用户可以把创建的v i 程序当作 子程序( s u bv i ) 调用，以创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。 l a b v i e w 基本程序单位是一个v i ( v i r t u a li n s t r u m e n to 对于简单的测试任务， 可以由一个v i 完成；而复杂的测试应用可以通过v i 之间的层次调用结构完成。高 层功能的v i 可调用一个或多个低层特殊功能的v i ，各层v i 之间的关系如图2 3 所 示。l a b v i e w 中的v i 相当于常规语言中的程序模块，通过它实现软件重用。 2 4 2v i 的构成 图2 - 3v i 之间的层次调用结构 一般 功 能 细 化 特殊 一个v i 由前面板，程序框图和图标连接器组成，各部分功能如下【1 1 】： 2 4 2 1 前面板( f r o n tp a n e l ) 前面板是v i 的交互式用户接口，与真实物理仪器面板相似，用于向程序中输 入各种控制参数，并以数字或图形等各种形式输出测试结果。前面板包括控制件 ( c o n t r o l s ) 和显示件( i n d i c a t o r s ) ，即输入输出端口。 2 4 2 2 程序框图( b l o c kd i a g r a m ) 华北电力大学硕士学位论文 程序框图包含v i 所运行的图形化源代码。程序框图由端口( t e r m i n a l s ) 、节点 ( n o d e s ) 、连线( w i r e s ) 、结构( s t r u c t u r e s ) 构成。 2 4 2 3 图标连接器( i c o na n dc o n n e c t o rp a n e ) 图标连接器的功能就像一个图形化参数列表，可在v i 与s u b v i 之间传递数据。 图标是子v i 在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据 的输入输出口，就象函数的参数，用户必须指定连接器端口与s u b v i 前面板的控制 件和显示件一一对应。 2 5l a b v i e w 开发环境 l a b v i e w 程序的创建主要依靠三个模板。 控件模板( c o n t r o l sp a l e t t e ) 包含各种控制件和显示件，用来创建程序前面板。控 件模板只有对前面板编辑有效。 函数模板( f u n c t i o n sp a l e t t e ) 包含编辑程序代码所涉及到的v i 程序和函数，这些 v i 程序和函数根据类型的不同被分组放在不同的子模板内。函数模板只对代码编辑 有效。 工具模板( t o o l sp a l e t t e ) 。该模板上的工具可以对前面板和代码窗口中的对象进 行编辑。选择不同的工具，光标变成不同的操作方式，可以修改和操作前面板对象 和图标代码。 一般而言，l a b v i e w 编程环境有两种运行状态，即编辑状态( e d i t ) 矛1 执行状态 ( r u n ) 。在编辑状态下，测试人员可以创建自己的v i ，并对其面板和框图进行编辑、 修改。在执行状态下，测试人员可以动态调试程序、观察数据流程，并运行v l 测 试。这样，l a b v i e w 就为测试的开发及执行提供了统一的平台环境。 9 华北电力大学硕士学位论文 第三章绝缘检测系统整体框架的设计 3 1 高压电气设备绝缘检测系统设计原则 系统设计应遵循如下原则： ( 1 ) 模块化 将软件平台按子系统分成若干模块，将各子系统功能相同部分集中为共有模 块，将系统功能集中为全局模块，子系统如需有其特有的功能，则为其设计局部模 块。 ( 2 ) 模式统一 所有子系统采用共同的系统模型，使用相同或相近的开发模块。保证系统结构 清晰简单，各个部分容易配合。 ( 3 ) 面向对象 以对象为基本元素构建软件平台。建立检测子系统对象和数据对象，前者包含 子系统设置、数据采集、分析诊断等功能，后者包含数据组织、存储、导入导出、 绘图、处理等功能。 该绝缘检测系统所要完成的基本功能包括：1 ) 集成多个检测子系统，用以完成 多种电气设备多个特征量的检测：2 ) 场点和设备的统一管理；3 ) 数据存储、数据导 入与导出：4 ) 数据绘图显示；5 ) 针对不同类型特征参数设计的各种数据处理方法。 3 2 系统整体结构设计 本系统的主控模块共有供电局管理子系统、变电站管理子系统、设备管理子系 统、m o a 绝缘检测子系统、c t 绝缘检测子系统、用户管理子系统以及数据库管理 子系统七大功能子系统，各个子系统既能够单独工作，又能够联合统一作为一个系 统。系统结构如图3 1 所示。这样的设计目的主要是为了有利于新功能子系统的补 充。当系统要求增加新的功能时，只需将新的功能作为一个新的子系统加入到主控 模块当中，而不必对其它子系统进行全部修改。 1 0 华北电力大学硕士学位论文 3 2 1 主控模块 图3 1 系统结构 3 2 1 1 登录窗体 为了系统的安全与保密，在主控模块中设置了身份验证，只有授权用户才能进 入系统，避免了非相关人员的随意操作。当运行系统时，将首先弹出登录系统对话 框，在正确输入用户名和密码后，方可进入该系统，其界面如图3 2 所示。 图3 - 2 登录窗体 3 2 1 2 主界面 主界面前面板如图3 - 3 ( a ) ，菜单栏中的菜单均为下拉式主菜单，位于窗口标题 栏的下方，包括“任务选择”、“供电局管理”、“变电站管理”、“设备管理”、“数据 库操作 、“用户管理”、“帮助”等主菜单。 其中，“任务选择”主菜单下设避雷器绝缘检测、电流互感器绝缘检测、退出 系统命令。“供电局管理”主菜单下设新增供电局、修改供电局、删除供电局命令。 “变电站管理”主菜单下设新增变电站、修改变电站、删除变电站命令。“设备管 理”主菜单包括避雷器管理和电流互感器管理，下设新增避雷器、修改避雷器、删 除避雷器、新增电流互感器、修改电流互感器、删除电流互感器命令。“数据库操 作”主菜单下设备份数据库命令。“用户管理”主菜单下设增加用户、修改用户、 删除用户命令。“帮助 主菜单下设帮助、关于等命令。 华北电力大学硕士学位论文 主界面的程序框图如图3 - 3 ( b ) 程序中对菜单的响应使用事件结构，使用事件 设置，可以达到用户在前面板的操作与用户程序框图同步执行的效果。如果不使用 事件，程序必须不断查询前面板控件的状态，随时检查它的变化，这样不仅浪费c p u 的时间，还可能检查不出过快的变化【4 1 。 ( a ) 前面板 3 2 2 供电局管理 ( b ) 程序框图 图3 - 3 主界面 供电局管理包括新增供电局、修改供电局、删除供电局三部分，下面以新增供 电局为例进行说明。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 第一步：建立与数据库的连接。首先使用d bt o o l so p e nc o n n e c t i o n 创建一个 c o n n e c t i o n 对象，建立与数据库的连接。己将此功能做成c o n n v i 子v i ，并在主v i 中调用。 第二步：生成s q l 命令，执行命令。在前面板输入变电站名，备注信息。在程 序框图中使用c o n c a t e n a t es t r i n g s 生成s q l 命令，将它连接到d bt o o l se x e c u t e q u e r y 函数s q lq u e r y 端1 2 1 ，执行s q l 命令，同时生成一个记录集对象( r e c o r d s e t ) 。 第三步：断开与数据库之间的连接。利用d bt o o l sf r e eo b j e c t 删除r e c o r d s e t 对象，并使用d bt o o l sc l o s ec o n n e c t i o n 删除c o n n e c t i o n 对象。 爹蠹盈 增加供电局 名字黼黼馘 说明 北京电力公司作为全国特大型电力企业，负责 北京地区1 6 8 万平方公里的电力供应、销售和输 电、变电、配电设施的建设运行，肩负若为党中 央、国务院等国家级机关安全供电和傈证首郡政 治活动安全洪电的光荣使命电力事业作为公益 性事业- 与首都政治稳定、经济发展和人民生活 休戚相关为广大电力客户提供安全、可靠、优 质的电能是我们不懈努力的目标 ( a ) 前面板 ( b ) 程序框图 图3 4 新增供电局 程序设计中，使用了事务( t r a n s a c t i o n ) 。事务以一种最终结果的完整性可以得 到保障的方式将系列操作进行分组。或者所有的操作必须成功，然后提交( 写入数 据库) ，或者整个事务失败。取消事务称为回滚( r o l l b a c k ) 。回滚允许恢复所作的 更改，将数据库返回至事务前状态1 2 】。事务对于保证数据库的操作完整性和数据完 整性起到了很好的保护作用。 事务的创建、提交或回滚均使用d bt o o l sd a t a b a s et r a n s a c t i o n v i 函数，用户在 前面板填入相关信息后，点击增加按钮，弹出一个对话框，由用户选择提交或取消 华北电力大学硕士学位论文 事务。 3 2 3 变电站管理 变电站管理包括新增变电站、修改变电站、删除变电站三部分，下面以修改变 电站为例进行说明。 如图3 - 5 ( a ) ，在前面板选择变电站，可以看到变电站相关信息。在下方填入变 电站的新信息，点击修改按钮，在弹出对话框中选择确定按钮即可。部分程序框图 如图3 - 5 ( b ) 所示，更新记录功能做成了一个子v i - - - - d a t a b a s e u p d a t e v i ，其中使用 d bt o o l se x e c u t eq u e r y 函数执行s q l 语句。 豫j ，z 上叮i i 雌蹬糍，t ny 1 曩。毒o l 蠹；| 毒l j j g - 改变电站 _ 诘选择绻垂碡i | 奠函妥电话j 蠹 变蛾l r 供沟囝。所属供电愚l | 慷电：口公司 _ i 膏琴硼 n 奂警嘲 f ： 一 i 请输 謦敌后暇宅站信丘 变雠瓤名i 九头沟所晨供电愚l j 晾电力公司 国 | - 誓篡j n 头沟变电站位于北京市仃头沟 ：。；。? ；j 墨j 、i i ： _ 困囡 ( a ) 前面板 3 2 4 设备管理 图3 5 修改变电站 ( b ) 程序框图 设备管理包括避雷器管理和电流互感器管理，包括新增避雷器、修改避雷器、 删除避雷器、新增电流互感器、修改电流互感器、删除电流互感器。下面以删除避 雷器为例说明。 如图3 6 ( a ) ，在前面板选择避雷器编号，然后点击删除按钮，这时弹出一个确 认对话框，点击确定按钮，就删除了一个避雷器设备。主要程序框图如图3 - 6 ( b ) 所 示，这里同样使用了事务，删除记录功能做成了一个子v i 一一d a t a b a s e d e l v i ，其 中使用d bt o o l se x e c u t eq u e r y 函数执行s q l 语句。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 ( a ) 前面板 ( b ) 程序框图 图3 - 6 删除避雷器 3 2 5 用户管理 用户管理包括新增用户、修改用户、删除用户三部分，程序设计与前面相似， 不再赘述。 ( a ) 增加用户 ( b ) 修改用户 华北电力大学硕士学位论文 3 3 数据库设计 3 3 1 数据库理论 ( c ) 删除用户 图3 7 用户管理界面 现代的测试测量系统大多数需要对被测对象进行全方位检测，这必然会使获取 的数据量急剧增长。面对大量的数据信息，采用数据库技术，可准确反映各类数据 之间的密切联系，能够有效地管理和组织数据，是现代测试测量系统的发展趋势。 使用数据库有如下优势： ( 1 ) 数据具有相对独立性，数据与应用程序间具有互不依存性。因此应用程序可 以用多种编程语言设计。 ( 2 ) 数据冗余量小，可以减少开销。 ( 3 ) 数据共享性好，不同的程序可以访问同一个数据库。 ( 4 ) 数据完整性好，可以用事务处理来解决数据交换中的故障，保证数据完整。 ( 5 ) 数据安全性好，可以设置各种权限来保护数据不受非法操作。 3 3 2 数据库选择 在目前世界上应用最广的几个数据库管理系统中，m i c r o s o f ta c c e s s 数据库是应 用最广泛的桌面数据库之一，其简单易用、开发周期短的特点博得了广大软件开发 者的厚爱。 a c c e s s 数据库有几个非常显著的特点【13 】： 1 文件组织以单个文件形式存在 可以说，一个a c c e s s 数据库就是一个以m d b 为后缀名的文件，简单明了，容 易生成、使用和管理。移植的时候只需要将一个数据库文件拷贝到新的环境中即可 使用。这也是a c c e s s 数据库得以大量应用的原因。 2 具有v b a 的编程环境 由于a c c e s s 数据库是微软o f f i c e 套件中的一部分，拥有o f f i c e 套件中的共同特 1 6 华北电力大学硕士学位论文 色一一v b a ( v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n ) 界面。用户只需要使用简单的编程语言 v i s u a lb a s i c ，就可以编写出丰富的w i n d o w s 界面程序，而且这个程序是内置在 a c c e s s 数据库中的，同样也包含在了m d b 文件中。a c c e s s 数据库还给用户提供了编 写界面程序的可视化编程环境。 3 组件式的数据库 a c c e s s 数据库具有强大的c o m 支持。在a c c e s s 数据库可以方便地使用w i n d o w s 操作系统中已经注册的c o m 组件，利用c o m 组件的通用接口使用第三方开发出来 的用之不竭的功能。 基于以上考虑，本课题采用a c c e s s 数据库。 3 3 4 系统的数据库设计 3 3 4 1 数据的层次结构 电气设备绝缘检测系统涉及一系列供电局、变电站等被检测单位，每一单位又 需测量很多设备，每台设备有多种特征参量，而计算各种特征参量需要大量的原始 的采样数据。 由于原始采样数据量很大，将它们存储在e x c e l 文件中。其他数据存储在数据 库中。 系统的数据库是由八个表组成的关系数据库。每个表存储了不同的信息，它们 共同组成了一个具有层次结构的关系图，单个供电局的数据层次结构如图3 8 。 图3 8 数据库层次结构图 3 3 4 2 数据库的表设计 按照上图的层次结构，建立了分析结果m d b 。下面介绍一下各个表。 表g d j c o n f i g 和b d z c o n f i g 分别保存供电局和变电站相关信息，如图3 - 9 、 3 1 0 所示。 华北电力大学硕士学位论文 供电局一l _说明 莱 t ：保定1 ! 电公司i 保定供电公司 二门b 赢史杰公司i 一北京电力公章 ，：邯郸供电公司! 公司蟾建于1 9 5 8 圭 = i = ：廊糖爨曳公司 廊坊供史公司是； + ，石零庄供电公司i 右家庄供电公司生 _ 上一一一一一-， i所属供电局l变电站l说明 一1 ，北京电力公司 门头沟 门头沟变电站 i + 傈定供电公司 南市区 南市区变电站 图3 - 9g d j c o n f i g 图3 1 0b d z _ c o n f i g 设备表、试验表、分析结果表分别保存m o a 和c t 的设备相关信息、试验相 关信息和特征参数。 表m o a c o n f i g 保存m o a 的主要电气肿i - r _ 厶匕h 匕参数、所属供电局、变电站等。参 考了g b l l 0 3 2 2 0 0 0 ( 等效于i e c 6 0 0 9 9 4 ：1 9 9 9 1 ) 强制性国家标准技术要求。 图3 1 1 表m o a c o n f i g 其中设备型号含义如下： 口口口口口一口口口 附加特征代号：g 一高原型 k 一抗震型 标称电流下的最大残压 避雷器额定电压 设计序号 使用场所：s 一配电型 r 一保护电容组 x 一线路型 f - 6 i s w 一耐污型 t 一湿热型 z 一电站型 d 一电机型 t 一电气化铁道 l 一直流 结构特征：w 一无间隙 c 一串联间隙 b 一并联间隙 标称放电电流 产品信号：y 一金属氧化物避雷器 h y 一复合外套金属氧化物避雷器 图3 1 2m o a 设备型号说明 1 8 华北电力大学硕士学位论文 表m o a t e s t 保存了试验编号、试验对象、天气状况等试验相关信息。 图3 13 表m o at e s t 表m o a d a t a 保存m o a 特征参数、计算参数所使用的原始数据文件名等信息。 黪ij 到型 酉 i d 试验编号 设备编号 日期时间 自动编号 文本 文本 日期时间 _ j 肼目电压幅值 数字 j 肼目全泄漏电流 数字 j 肼日总的阻性泄漏电流 数字 二| 奢隆波阻性泄漏电流 数字 _ _ j 肼日三、犬谐波阻性泄漏电流数字 j b 相电压幅值 数字 j b 车日全泄漏电流 数字 j b 相总的阻性泄漏电流数字 二jb 相基波阻性泄漏电流 数字 jb 相三次谐波阻性泄漏电流数字 l c 相电压幅值数字 1 瞄日全泄漏电流数字 jc t u 总的阻性泄漏电流 数字 _ jc t u 基波阻性泄漏电流 数字 ic , 8 三、文谐波阻性泄漏电流数字 j 俣存原始数据文件名 文本 电压幅值 全泄漏电流幅值 总的阻性泄漏电流幅值 基波阻性泄漏电流幅值 三次谐波阻性泄漏电流幅值 计篡参数所使用的原始数据名 图3 - 1 4 表m o a d a t a 表c tc o n f i g 、c tt e s t 、c td a t a 分别保存了c t 的设备相关信息、试验相关 信息和特征参数，与m o a 类似，不再叙述。 3 3 4 3 关系数据库的建立 首先，建立了上述各表，然后通过各个表的关键字共同组成了一个关系数据库。 这样，各个表中的数据就紧密的关联起来，在它们之间建立了实施参照完整性、级 联更新相关字段、级联删除相关记录等约束机制。参照完整性是一个规则系统，用 来确保相关表中记录之间关系的有效性，并且不会意外地删除或更改相关数据。如 果设置了级联更新相关字段及级联删除相关记录这些选项，则通常由参照完整性规 则阻止的删除和更新操作将能够进行，当您在主表中删除记录或更改主键值时， m i c r o s o f ta c c e s s 将对相关表进行必要的更改以保持参照完整性。该数据库各表的 关系如图3 1 5 。 1 9 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 5 数据库八个表的关系 3 4l a b v i e w 与数据库的接口 3 4 1 在l a b v i e w 中访问数据库的方式 现有的l a b v i e w 版本本身并不具备数据库访问功能，不能像v