畢業(yè)論文-基于Visual C++的局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計

PAGEII--哈爾濱理工大學畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名：學號：學院：電氣與電子工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化任務起止時間：2012年3月9日至2010年6月8日畢業(yè)設計（論文）題目：基于VisualC++的局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計工作內(nèi)容：查閱國內(nèi)外相關參考文獻（校園網(wǎng)→圖書館→中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、IEL），要求閱讀40篇以上文獻，其中必須有20篇以上為外文文獻，要將其中1篇外文文獻譯成中文，不少于3000漢字。關鍵詞：局部放電；數(shù)據(jù)采集；自適應濾波；綜述局部放電的測量特點以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；加深理解局部放電的原理及相關理論知識；利用VisualC++軟件進行局部放電數(shù)據(jù)采集軟件的編寫；進行總結(jié)，撰寫畢業(yè)論文；提交畢業(yè)論文，進行畢業(yè)答辯。資料：蔡秀梅．試論電力變壓器局部放電檢測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀．科技信息盧玉州．基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．山東科技大學碩士學位論文邱昌榮,曹曉瓏.電氣絕緣測試技術(shù).第三版.機械工業(yè)出版社張曉虹.自適應濾波在局部放電檢測中的應用.哈爾濱理工大學學報指導教師意見：簽名：年月日系主任意見：簽名：年月日教務處制表哈爾濱理工大學學士學位論文-PAGEIV-基于VisualC++的局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計摘要隨著城市電網(wǎng)用電負荷的不斷增漲，電力電纜的故障概率也大大增加，開展電力電纜局部放電數(shù)據(jù)采集研究對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。近幾年電力電纜在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，對電纜絕緣的檢測也成了研究的一個熱點。由于局部放電信號與電纜絕緣老化的關系密切，可以通過檢測局部放電來完成電纜絕緣狀態(tài)的檢測。本文在閱讀國內(nèi)外大量文獻的基礎上，對電纜局部放電的相關理論進行了論述。在此基礎上，研制與開發(fā)了基于高頻和特高頻聯(lián)合檢測法的電纜局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括硬件與軟件的研制。硬件系統(tǒng)包括高頻電流傳感器、阿基米德平面螺旋天線、信號調(diào)理電路、采集卡和工控機。為實現(xiàn)對高頻信號的采集，設計和制作了基于羅哥夫斯基線圈原理的高頻電流信號傳感器。為實現(xiàn)對特高頻信號的采集，完成了阿基米德平面螺旋天線的制作與阻抗匹配。針對高頻和特高頻信號不同的信號特點分別設計了信號調(diào)理電路，包括濾波、檢波和放大幾部分。軟件系統(tǒng)基于VC++的開發(fā)平臺。為實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的采集控制、實時波形的顯示以及相關數(shù)據(jù)處理，開發(fā)了包括數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設置、波形顯示、數(shù)據(jù)處理、標定和數(shù)字濾波的軟件系統(tǒng)。同時，為檢驗所設計的電纜局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，在實驗室搭建了局部放電試驗平臺，并對該系統(tǒng)的軟、硬件分別進行了調(diào)試。實驗證明，該系統(tǒng)能夠達到設計要求，具有較好的現(xiàn)場應用前景。關鍵詞局部放電；數(shù)據(jù)采集；自適應濾波；TheDesignofDataAcquisitionSystemforPartialDischargeBasedonVisualC++AbstractWiththeincreasingdevelopmentofpowersystem,therapidincreaseinelectricityloadandthecontinuousgrowthoftransmissionlines,theonline-monitoringanddiagnosisofpowercableismoreandmoreimportantfortheentirepowersystemtorunsafelyandstable.Inrecentyears，powercableshasbeenwidelyusedinthepowersystem.Theinsulationdetectionhasbecomeahottopic.AsPDsignalsiscloselyrelatedwiththeagingofcableinsultion,thetestingofcablecanbeachievedbyanalysisingthePDsignal.Onthebasisofknowledgefrommanydocuments,thetheoriesofcablepartialdischargeismainlyelaboratedinthispaper.AccordingtothesetheoriesandtheapplicationofthecombinedmeasuringmethodofHFandUHFinthecablepartialdischargedetection,anewtypeofon-linePDmonitoringsystemfortheXLPEcableisdeveloped，includinghardwareandsoftwaredevelopment.Thehardwaresystemiscomposedofthecuurentsensor,thesignalprepoccessingcircuitandthePDsignalcollectingunit.ThesoftwaresystemisdevelopedbasedontheVC++softwaredevelopmentplatform，realizingfunctionofcontrollingthedataacquisitioncard.Atthesametime,inordertoverifytheperformanceofthedesignedcablePDmonitoringsystem,thetestplatformformeasuringPDisbuiltinthelab,andthehardwareandsoftwareofPDmonitoringsystemaretestedanddebuggedrespectively.Keywordspartialdischarge;dataacquisition;adaptivefilter目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANIITOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 11.1課題的背景、目的及意義 11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢 31.3高頻和特高頻聯(lián)合檢測法 41.3.1特高頻檢測法 41.3.2高頻檢測法 41.3.3特高頻和高頻檢測法對比分析 51.4本文主要內(nèi)容 5第2章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計 72.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分總體設計 72.2高頻電流傳感器 72.2.1高頻信號傳感器設計原理 72.2.2高頻信號傳感器磁芯的選擇 82.2.3積分電阻的選擇 92.3天線 92.3.1天線的設計原理 92.3.2微帶線的設計 102.3.3超高頻天線性能測試與分析 102.4信號調(diào)理電路 112.5數(shù)據(jù)采集卡 142.6本章小結(jié) 15第3章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設計 163.1虛擬儀器與VisualC++開發(fā)平臺 163.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件整體設計 173.3TDECAPI動態(tài)庫的調(diào)用過程 183.4數(shù)據(jù)采集部分 193.5參數(shù)設置部分 203.5.1參數(shù)設置面板 203.5.2參數(shù)設置面板的實現(xiàn)方式 223.6波形顯示部分 223.7數(shù)據(jù)處理部分 243.8標定部分 253.9數(shù)字濾波 253.10本章小結(jié) 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻 29附錄30TOC\o"1-3"\h\u-PAGE39-緒論課題的背景、目的及意義局部放電，是絕緣介質(zhì)中的一種電氣放電，當局部區(qū)域的電場強度達到該區(qū)域介質(zhì)的擊穿場強時，該區(qū)域就會出現(xiàn)放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，即整個絕緣系統(tǒng)并沒有擊穿，仍保持絕緣性能能，這就是局部放電。電力設備絕緣中的某些薄弱部位在強電場的作用下發(fā)生局部放電是高壓絕緣中普遍存在的問題。雖然局部放電一般不會引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導致電介質(zhì)（特別是有機電介質(zhì)）的局部損壞。若局部放電長期存在，在一定條件下會導致絕緣劣化甚至擊穿。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的電網(wǎng)建設取得了顯著的進步，電力電纜由于其敷設于地下，跟架空線路相比，存在著諸多方面的優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用。很多發(fā)電廠、變電所、工礦企業(yè)以及城市供電的動力引入或引出線都選擇用電力電纜。和架空線路不同，電力電纜因其鋪設在地表以下，所以受氣候的影響較小，安全可靠，隱蔽耐用，同時節(jié)約土地面積。隨著電力電纜的大量投入使用，隨之而來的電纜故障也迅猛增加，這就要求電力部門投入大量人力物力去進行電纜的故障檢測，防患于未然，提高供電的可靠性。電力行業(yè)是國家的基礎性行業(yè)，一旦電氣設備出現(xiàn)故障，輕則導致大面積的停電事故，影響人民的生活和企業(yè)的生產(chǎn)，重則導致輸電設備的損壞，甚至是整個電網(wǎng)的癱瘓。據(jù)統(tǒng)計，60%左右的電氣故障都直接或間接與設備的絕緣有關，因此，在當前對供電可靠性要求不斷提高的情況之下，電纜的絕緣檢測就顯得愈發(fā)重要，成為當下研究的熱點。而由于局部放電信號與電纜絕緣老化的關系密切，可以通過檢測局部放電來完成電纜的檢測。許多研究表明，在電場作用下絕緣老化的主要原因是局部放電。局部放電對電纜造成的破壞是一種侵蝕作用，主要有以下幾個方面：1.帶電粒子沖擊絕緣，破壞其分子結(jié)構(gòu)；2帶電離子撞擊絕緣，使絕緣出現(xiàn)局部溫升，造成絕緣分子結(jié)構(gòu)一定程度上的碳化破壞；3.局部放電對絕緣的破壞釋放出臭氧或者氮的氧化物，加上空氣中的水分等發(fā)生化學反應，對絕緣進一步腐蝕。若上述的局部放電侵蝕作用長期存在，就會造成電纜的永久性損傷，這種損傷在長期工作中還會不斷的惡化，以至發(fā)生絕緣擊穿，產(chǎn)生或大或小的電力故障，甚至是生命財產(chǎn)損失。研究絕緣，改善絕緣，不僅僅是經(jīng)濟問題，更是安全問題，而局部放電就是表征電纜絕緣狀況的一個指標，對局部放電的存在，放電強度等進行檢測是判斷電纜絕緣性能的一種可靠的方法，如何能在不影響電力運行的情況下準確的檢測局部放電就成為當前研究的重點。電力電纜的按絕緣種類可分為油浸紙電力電纜、塑料電力電纜、橡皮電力電纜、氣體絕緣電力電纜和特種絕緣電力電纜，其中以油浸紙和塑料電力電纜最為常見。近幾年，由于交聯(lián)聚乙烯電力電纜在其電氣性能和耐熱性能上的突出特點，傳輸容量大，結(jié)構(gòu)輕便，易于彎曲，附件接頭簡單，安裝敷設方便，不受落差限制，尤其是沒有漏油和引起火災危險等的優(yōu)點，得到了廣泛的推廣和應用，并且向高壓、超高壓傳輸領域發(fā)展，有逐漸替代油浸紙電力電纜的趨勢。盡管交聯(lián)聚乙烯電力電纜有諸多優(yōu)點，但是電纜惡劣的運行環(huán)境還是會造成早期投入運行的電纜的電化、老化，破壞電纜絕緣，以致事故屢屢發(fā)生。一般認為，影響交聯(lián)聚乙烯電纜及其附件絕緣性能的主要原因是局部放電和電水樹枝，而局部放電是定量分析樹枝劣化程度的有效方法之一。以現(xiàn)在普遍應用的交聯(lián)聚乙烯電纜為例，在發(fā)生電樹枝初期，其放電量只有0.1pC，而在樹枝發(fā)展到介質(zhì)臨界擊穿狀態(tài)時，放電量可達到1000pC。眾所周知，一旦發(fā)生絕緣擊穿等嚴重的電纜故障，那么將會浪費更大的人力物力和財力，造成社會損失和經(jīng)濟損失。所以研究電纜早期絕緣檢測方法對于延長電纜壽命，提高電網(wǎng)運行可靠性有至關重要的作用。局部放電檢測的意義就是判斷檢測到的放電量的大小，以此為依據(jù)判斷電纜的運行狀況。當此參數(shù)大于一定的閾值時，就需要相關部門作出相應的補救措施。交聯(lián)聚乙烯電纜本體絕緣在制造過程中如混入金屬雜質(zhì)、出現(xiàn)氣孔空洞，或由于內(nèi)、外半導體層不規(guī)則突起引起高壓場強的不均勻，或本體絕緣中存在的電樹等，在電場長期作用下，在這些部位都有可能出現(xiàn)局放。另外，電纜終端頭和中間接頭等附件一般在現(xiàn)場制作，由于其絕緣結(jié)構(gòu)復雜，影響其絕緣性能的原因更多。例如：周圍環(huán)境中的水分入侵使電纜附件絕緣局部受潮。在安裝或檢修中，使電纜附件絕緣受到損傷；長期在電場和水分的作用下，交聯(lián)聚乙烯電纜附件絕緣中產(chǎn)生了水樹枝現(xiàn)象；安裝終端和接頭時，在絕緣內(nèi)留下了氣隙；在電纜或接頭的導體表面上存在毛刺。在電場長期作用下，上述原因都可能引發(fā)交聯(lián)聚乙烯電纜附件絕緣中產(chǎn)生局部放電，因而終端和中間接頭發(fā)生事故的概率遠遠大于電纜本體。故電纜局部放電在線檢測方法多側(cè)重于電纜附件故障的檢測，同時在電纜中間接頭處獲取信號的靈敏度比從電纜本體獲取信號的靈敏度要高且容易實現(xiàn)。對電力設備進行局部放電試驗，不但能夠了解設備的絕緣狀況，還能及時發(fā)現(xiàn)許多有關制造與安裝方面的問題，確定絕緣故障的原因及其嚴重程度。因此，對電力設備進行局部放電測試是電力設備制造和運行中的一項重要預防性試驗。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢近年來，隨著電力設備電壓等級的不斷提高以及對設備運行可靠性要求的提升，局部放電作為評估設備絕緣狀態(tài)的一個重要指標被大多數(shù)人所采納。最初用于局部放電的檢測設備是基于西林電橋的功耗電橋。該設備在1919年開發(fā)出來，并在1924年首次用于局部放電檢測。一年后，即1925年，Schwaiger發(fā)現(xiàn)了電暈放電時的無線電頻率特性。這項發(fā)現(xiàn)為設計測量電暈放電的無線電干擾儀奠定了基礎。這種無線電干擾電壓法（RIV）至今仍在一些國家，尤其是在北美國家中廣泛應用。1928年，Lloyd和Starr提出了平行四邊形測量局部放電的方法，該方法可以認為是積分電橋的始祖。積分電橋是Dakin和Malinaric在1960年提出的[DakinTW,MalinaricPJ.Acapacitivebridgemethodformeasuringintegratedcorona-chargetransferandpowerlosspercycle.TransAIEEPAS,1960,79:648-653]。這種方法在局部放電的物理研究中具有獨到的優(yōu)點，至今仍在應用[DakinTW,MalinaricPJ.Acapacitivebridgemethodformeasuringintegratedcorona-chargetransferandpowerlosspercycle.TransAIEEPAS,1960,79:648-653IzekiN,TatsutaF.Threetypesofpartialdischargesinelectricalinsulation.Conf.RecordonIEEEIntern.Symp.inEl.Ins.,Montreal1984:327-331伴隨著局部放電會產(chǎn)生各種物理、化學現(xiàn)象,如:電荷的交換、電磁波、聲波、發(fā)熱、發(fā)光、產(chǎn)生分解物等,因而根據(jù)局部放電的物理化學以及電的特征可以將局部放電的檢測方法分為非電氣測量和電氣測量兩大類。非電氣測量方法有超聲波檢測法、振動加速度法，紅外檢測法和化學檢測法等。超聲波檢測法多應用于電纜接頭的檢測[李紅雷,李福興,徐永銘,朱海鋼.基于超聲波的電纜終端局部放電檢測.華東電力,2007,7(4)：43-46]，由于聲傳播隨距離的增加衰減較快，超聲波檢測法對長電纜的檢測效果不佳。非電檢測法具有不受電氣干擾，抗干擾能力強的優(yōu)點，但是卻存在著測量靈敏度低，不利于定量分析的缺點。電氣測量方法主要有：脈沖電流檢測法、超高頻（UHF）檢測法等[李紅雷,李福興,徐永銘,朱海鋼.基于超聲波的電纜終端局部放電檢測.華東電力,2007,7(4)：43-46孫靜.高壓電力電纜局部放電檢測技術(shù)研究.上海交通大學碩士學位論文,2012:3-4脈沖電流法是最基本最為廣泛應用的一種局部放電檢測方法。其中實驗室局部放電測量常采用IEC60270推薦的脈沖電流法，采用分壓器和RLC電路以耦合幾十到幾百kHZ的局部放電信號，可以測得放電量、放電重復率及平均電流等，其測量靈敏度最高。但是該方法的測量頻帶較低，易受背景干擾的影響，抗干擾能力差。理論研究表明，XLPE電力電纜局部放電脈沖包含的頻譜很寬，最高可達到GHz數(shù)量級。因此，選擇在信噪比高的頻段測量能避免干擾的影響。目前國內(nèi)外已把電纜局部放電測量的焦點轉(zhuǎn)移到高頻和超高頻測量上，這也是本文所采用的方法。電纜局部放電在線監(jiān)測方法可根據(jù)信號采集方式，分為電磁耦合法和電容耦合法；根據(jù)采集信號頻帶，分為高頻HF法（頻帶在300k～30MHz）甚高頻VHF法（頻帶在30M～300MHz）和特高頻UHF法（頻帶在300M～3000MHz）；根據(jù)采集信號的傳輸方式，分為電光法（電光變換與光纖通信）和非電光法（同軸電纜傳輸方式）。傳感器還有差動式（或橋式）和非差動式，侵入式和非侵入式之分，顯而易見，差動式傳感器抗外來干擾的能力強，非侵入式傳感器容易安裝，現(xiàn)場應用時將更受歡迎。對于電容耦合方式，可采用金屬護套外貼電極和內(nèi)埋電極，外貼電極容易安裝，但內(nèi)埋電極可以提供最大的信噪比。對于電磁耦合方式，可安裝在電纜外部，它只檢測局放脈沖產(chǎn)生的磁場信號[G.C.Montanari.OnLinePartialDischargeDiagnosisofPowerCables。2009IEEEElectricalInsulationConference,Montreal,QC,Canada,31May-3June2009：G.C.Montanari.OnLinePartialDischargeDiagnosisofPowerCables。2009IEEEElectricalInsulationConference,Montreal,QC,Canada,31May-3June2009：210-214未來局部放電測試技術(shù)的發(fā)展應有以下特點：1.為了從需要測試的放電信號中區(qū)分開干擾信號，要開發(fā)出更有效的抗干擾技術(shù)。特別是在高壓直流和高壓連續(xù)脈沖條件下進行局部放電檢測，抗干擾問題顯得尤為突出。2.改善用于長期局部放電診斷監(jiān)測系統(tǒng)的運行可靠性，這個系統(tǒng)的可靠性應高于被監(jiān)測的高壓設備。3.為了快速識別局部放電缺陷的危險性，未來的專家系統(tǒng)應包括多元數(shù)據(jù)和同步處理技術(shù)。總之，對高壓設備可靠性要求的不斷增長將需要更高級的局部放電診斷工具。局部放電診斷工具的可靠性和經(jīng)濟方面的問題已得到重視。高頻和特高頻聯(lián)合檢測法高頻檢測法符合標準，能獲得試品的視在放電量指標;但抗干擾能力差，難于獲得高的監(jiān)測靈敏度。特高頻檢測法的抗干擾能力強，但無法進行放電量標定，限制了它在電力部門的應用。顯然，將兩種方法聯(lián)合起來使用，取長補短，是一個提高局部放電數(shù)據(jù)采集靈敏度的可行辦法。特高頻檢測法每一次局部放電都發(fā)生正負電荷的中和，伴隨著一個陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。試驗結(jié)果表明:局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強度有關。當放電間隙比較小的時候，放電過程的時間比較短，電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強;而放電間隙的絕緣強度比較高時，擊穿過程比較快，此時的電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強。高頻檢測法高頻檢測法就是常用的脈沖電流法，這是最早研究并且也是迄今為止使用最廣泛的一種檢測方法，IE對此制定了專門的檢測標準[中華人民共和國國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T7354-2000中華人民共和國國家標準一局部放電測量.中國標準出版社,2000:12]標準規(guī)定寬帶局部放電測量儀的頻率范圍為:下限頻率f1為30kHz≤f1≤100kH，上限頻率為f2≤500kH，帶寬Δf為100kH≤Δf≤400kHz。窄帶局部放電測量儀的中心頻率fm為50kHz≤fm≤1000kHz，帶寬Δf為9kHz≤Δf中華人民共和國國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T7354-2000中華人民共和國國家標準一局部放電測量.中國標準出版社,2000:12特高頻和高頻檢測法對比分析1.特高頻檢測法的頻率范圍為300MHz~3000MHz。而常用的高頻檢測法的頻率測量范圍一般不超過1MHz2.在高頻檢測法中，試品被看作一個集中參數(shù)的對地電容，發(fā)生一次局部放電時，試品電容兩端產(chǎn)生一個瞬時的電壓變化，通過耦合電容在檢測阻抗中產(chǎn)生一個脈沖電流。而在特高頻檢測法中，試品不能看作一個集中參數(shù)的電容，需要用傳輸線的理論來分析，傳感器是特高頻天線，接收的是空間電磁波，由于天線的寬頻帶特性，使得接收的信號更豐富。3.局部放電脈沖能量幾乎與頻帶寬度成正比，當只考慮檢測儀元件（如放大器等）的熱噪聲對靈敏度的影響時，用超寬頻帶(UWB)檢測(有更高的靈敏度，例如，對半峰值處有1.5ns寬度的局部放電脈沖，在理想狀態(tài)下，1MHz帶寬的檢測靈敏度為0.1pC,350MIHz帶寬的檢測靈敏度可達0.01pC[StoneGCetalParhaiImplementationofUltraWidebandPartialDischargeDetectionsIEEETransonEffectInsui,1992.27(1)：70-81]StoneGCetalParhaiImplementationofUltraWidebandPartialDischargeDetectionsIEEETransonEffectInsui,1992.27(1)：70-814.特高頻檢測法可以測量真實的局部放電脈沖，從而可以分析絕緣中局部放電的性質(zhì)和物理過程。5.特高頻檢測法和高頻檢測法測量局部放電的方式不同，接收傳感器也不同。高頻檢測法中傳感器通過耦合局部放電回路中的電流來測量局部放電信號。傳感器一般采用羅果夫斯基線圈(RogowskiCoil)原理制作的電流傳感器。而特高頻檢測法中的傳感器主要用于接收局部放電輻射出的電磁波，常用超高頻天線作為傳感器，要求其工作頻帶寬、瞬態(tài)響應好，線性度好，輸出失真小，工作穩(wěn)定及靈敏度高。本文主要內(nèi)容本文對電纜局部放電的基本理論和檢測的主要方法展開了研究，在參閱大量相關文獻并對國內(nèi)外學者的成果進行系統(tǒng)的分析、研究之后，對局部放電數(shù)據(jù)采集的相關理論、檢測方法以及抗干擾措施等方面進行了論述。本文通過參閱大量相關文獻，在掌握局部放電在檢測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢基礎上，利用現(xiàn)代計算機及電子技術(shù)開發(fā)出一套攜帶方便、可以單獨使用的智能局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主要開展的研究工作包括：1.研究局部放電信號特征，確定局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號采集頻帶和傳感器布置方式，并設計與制作出現(xiàn)場局部放電信號測量用電流傳感器。2.結(jié)合現(xiàn)場局部放電測量要求，設計局部放電硬件測量系統(tǒng)，同時構(gòu)建以PC機為核心的局部信號采集與數(shù)據(jù)處理硬件平臺。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分總體設計本文研制的電纜局部放電數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)包括以下幾部分：高頻電流傳感器、天線、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和工控計算機。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖XLPE電纜高頻電流傳感器天線工頻電流傳感器信號調(diào)理采集卡工控機上圖中，電流傳感器采用羅哥夫斯基線圈(RogowskiCoil)原理制作，用來采集高頻信號。天線選擇了阿基米德平面螺旋天線，用來采集特高頻信號。選用了PCI-50612四通道同步并行的數(shù)據(jù)采集卡來進行數(shù)據(jù)的采集。高頻電流傳感器高頻信號傳感器設計原理本文設計的局部放電測量系統(tǒng)是基于脈沖電流法實現(xiàn)對電纜局部放電的現(xiàn)場測量，信號的提取是在電纜接地線處安裝電流傳感器?？紤]到安裝方便性和對信號響應特性的要求，本文采用帶磁芯的羅可夫斯基線圈電流互感器作為局部放電信號測量傳感器，圖2-2所示為脈沖電流傳感器的原理圖。根據(jù)電磁感應定律，當一次測流過脈沖信號電流時，該傳感器的輸出為一個與脈沖電流成比例的脈沖電壓。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s12電流傳感器原理圖電流信號，i1(t)和次級線圈兩端的感應電壓，也即輸出信號e(t)的關系為：（2-1）式中互感（2-2）式中N為次級線圈匝數(shù)，S為磁芯截面，l為磁路長度。故輸出信號e(t)的大小和i1(t)的變化率成正比。若在輸出端加上積分電路，則e(t)直接和待測電流i1(t)的變化成比例。高頻信號傳感器磁芯的選擇若要獲得不失真的脈沖電流，必須設計性能優(yōu)良的電流傳感器，其測量靈敏度高、頻率特性好、失真度低。根據(jù)電工原理，在傳感器磁芯理想化的情況下，通過傳感器的等效電路可以計算出傳感器的上下限頻率。但是，當理論計算值大于磁芯的高頻特性時，傳感器的特性就將由磁芯的高頻特性所決定，磁芯材料根據(jù)使用頻率進行選擇。目前國內(nèi)常用的磁芯材料有鐵氧體、鐵基材料、超微晶和鉆基材料等。研究中所用的高頻傳感器采用鐵氧體材料做鐵芯，其最高使用頻率為500kHz-1MHz,滿足高頻測量的要求。同時由于在線監(jiān)測時，電流傳感器同時會流過大小不等的工頻電流(主要是電容電流)，故要求傳感器有較強的抗工頻磁飽和的能力，否這會影響脈沖電流的檢測由于鐵氧體對工頻電流不靈敏而且一般流過傳感器的電流值不大，故一般工頻飽和問題不大。電流傳感器頻率特性如圖2-3所示?？梢钥吹?，本文設計的電流傳感器可以接收很廣頻率范圍的信號，但同時也接收了大量的干擾信號，所以需要高頻與特高頻聯(lián)合檢測來降低干擾。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s13電流傳感器頻率特性積分電阻的選擇積分電阻相當于傳感器的負載，即當積分電阻增大時，傳感器的上限頻率降低，下限頻率上升，即頻帶變窄:當積分電阻減小時，情況相反。設計中，當積分電阻值減小時，頻帶變寬，但當積分電阻繼續(xù)減小時，傳感器頻帶增加的幅度越來越小，因為磁芯的頻率特性限制了傳感器的頻帶增加。所以一般積分電阻不低于100Ω。.天線天線的設計原理通信中常常希望天線在很寬的頻率范圍內(nèi)具有良好的響應特性，這種天線稱作非頻變天線，非頻變天線的帶寬可以達到10:1或更高。根據(jù)拉姆西（Rumsey）的研究，非頻變天線的設計原則應該為對幾何尺寸的依賴最小化，而對角度的依賴最大化。平面阿基米德螺旋天線的設計剛好滿足以上原則，它是一種廣泛使用的非頻變天線,它的輸入阻抗恒定,并且易于實現(xiàn)阻抗匹配,且具有圓極化、工作頻帶寬、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕等特點[張鋒,紀奕才,方廣有.一種寬頻帶背腔式四臂螺旋模微帶天線.電波科學學報,2010,25(3):張鋒,紀奕才,方廣有.一種寬頻帶背腔式四臂螺旋模微帶天線.電波科學學報,2010,25(3):472-476阿基米德螺旋天線的幾何形狀容易解釋非頻變天線的工作原理，激勵區(qū)域的有效輻射發(fā)生在的螺線段上[王國利，鄭毅，郝艷捧等.用于變壓器局部放電檢測的超高頻傳感器的初步研究.中國電機工程學報,2002,22(4):155-160]。在有效輻射區(qū)域以外電流變的很小，這是因為大部分能量已經(jīng)在有效輻射區(qū)域輻射出去了[江瑛，楊宏春，王雄.新型超寬帶均勻漸變巴倫的設計與研究.2009年全國天線年會論文集（下）:王國利，鄭毅，郝艷捧等.用于變壓器局部放電檢測的超高頻傳感器的初步研究.中國電機工程學報,2002,22(4):155-160江瑛，楊宏春，王雄.新型超寬帶均勻漸變巴倫的設計與研究.2009年全國天線年會論文集（下）:1694—1697圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s14阿基米德螺旋天線示意圖微帶線的設計阿基米德螺旋天線的特性阻抗理論值為188.5歐姆，系統(tǒng)所采用同軸線的特性阻抗為50歐姆，所以阻抗匹配是必須的。經(jīng)過大量試驗后，發(fā)現(xiàn)當阿基米德螺旋天線的特性阻抗按120歐姆匹配時，匹配效果最佳。微帶傳輸線由于其結(jié)構(gòu)小巧，設計簡單，可以靈活的完成阻抗匹配，廣泛應用于射頻技術(shù)中，若合理的選擇結(jié)構(gòu)尺寸，則該微帶線阻抗匹配器可在較寬的頻率范圍內(nèi)完成阻抗匹配。超高頻天線性能測試與分析基于以上對阿基米德螺旋天線以及微帶阻抗匹配器的分析，制作出超高頻天線實物圖如圖2-5所示：圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s15阿基米德螺旋天線實物圖在實驗室中利用手機信號進行模擬實驗，結(jié)果表明，該阿基米德螺旋天線具有良好的使用特性，可以有效的捕捉空間中的超高頻信號。在局部放電實驗室中進行實驗，結(jié)果如圖2-6所示，表明該天線具有較高的靈敏度，在高頻傳感器無法獲得局放信號時就能采集到局部放電的脈沖，并與工頻信號的相位相對應。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s16天線局部放電實驗結(jié)果信號調(diào)理電路由電流傳感器所輸出的模擬信號幅值很小，一般為毫伏級，且伴有大量的噪聲。在送入計算機進行分析處理之前，需要對其進行放大、濾波等預處理。特高頻檢測法的監(jiān)測頻帶很寬，中心頻率很高，但在聯(lián)合檢測法中，特高頻檢測部分只需要提供信號的相對幅值與相位關系，局部放電的視在放電量是由特高頻檢測回路標定后獲得的。為此，可采用硬件檢波辦法，檢出特高頻信號的包絡線（即特高頻信號中的高頻分量），以降低最終輸出信號的頻率成分；這樣可大大降低數(shù)模轉(zhuǎn)換卡的采樣率，以便和高頻監(jiān)測系統(tǒng)共用一個數(shù)據(jù)采集卡。如圖2-7所示，在手機信號的模擬實驗中，經(jīng)過檢波后，輸出信號的頻率被降低了。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s17手機信號檢波效果對比本系統(tǒng)共有四路信號輸入，分別對應相應的調(diào)理電路。第一路第二路為高頻信號信號的放大與濾波，在復雜的現(xiàn)場環(huán)境中，盡管存在著種類紛繁復雜的干擾信號，但是不同的信號所包含的頻率分量是不一樣的。我們可以根據(jù)不同的頻譜分量進行濾波選頻來得到不僅干擾小而且包含的局部放電信息量最多的頻率段，以提高信噪比。在本文中，我們采用了低通和高通電路串聯(lián)起來組成的帶通濾波器電路，再加上一級放大電路。放大與濾波電路如圖2-8所示。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s18高頻信號調(diào)理電路第三路第四路分別為特高頻信號和工頻信號的放大，由于器件的限制，采用了三級放大的方式。電路如圖2-9所示。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s19特高頻與工頻信號調(diào)理電路圖最終完成的電路實物如圖2-10所示。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s110信號調(diào)理電路實物圖在局部放電實驗中，如圖2-11所示（從上到下依次為特高頻信號，兩路高頻信號和工頻信號），特高頻信號的頻率在500M左右，經(jīng)檢波后上升沿時間0.1μs，脈寬10μs頻率為10MHz，可以被采集卡采集到。高頻信號的上升沿時間0.4μs，脈寬5μs，頻率2.5MHz，可以被采集卡采集到。實驗結(jié)果證明，該調(diào)理電路可以有效地對輸入的各路信號進行檢波、放大等處理，并輸出相應的信號。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s111局部放電實驗結(jié)果數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集是局部放電測量中一個重要的環(huán)節(jié)，其主要難度在于采集的精度以及連續(xù)采樣時間和數(shù)據(jù)存儲容量的矛盾。為了有效的采集局放信號，理論上數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)存儲容量及采樣頻率應盡量高。但隨著數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率及數(shù)據(jù)存儲容量的增加，成本也將大幅度增加。綜上考慮，本系統(tǒng)選用了PCI-50612四通道同步并行的數(shù)據(jù)采集卡（如圖2-8所示），該采集卡采用了大規(guī)模門陣列設計技術(shù)、表面貼裝工藝等先進手段制作而成，有非常高的性價比。圖STYLEREF1\s2SEQ圖\*ARABIC\s112PCI-50612采集卡其主要系統(tǒng)特性如下：1.32BitPCI總線，即插即用；2.4通道同步采樣，最高采樣頻率可同時達到50MHz，滿足高頻和特高頻采集的需求；3.A/D采用12位的高性能轉(zhuǎn)換芯片ADS807E；4.配有高達4M樣點/通道(最高可到4M)的大容量SDRAM板載緩存；5.模擬電路屏蔽罩，信噪比>90dB；6.輸入電壓范圍-20V~+20V；7.多種觸發(fā)方式，包括手動觸發(fā)，內(nèi)觸發(fā)，外觸發(fā)。外觸發(fā)電平選擇TTL電平(0~5V)最佳，正脈寬應大于10ns。8.其所有的硬件配置和操作(如觸發(fā)、通道選擇、采樣頻率、量程選擇、板載選擇等)都可以在軟件中完成，用戶可以通過透明的方式控制硬件；9.支持MicrosoftVisualC++、BorlandC++、Labwindows/CVI以及Labview進行二次開發(fā)。綜上所述，PCI-50612高速數(shù)字采集卡完全滿足本系統(tǒng)的要求，并且還滿足以后系統(tǒng)升級的需要。本章小結(jié)本章完成了電纜局部放電數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)的研制，硬件系統(tǒng)包括高頻電流傳感器、特高頻電流傳感器（天線）、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機。實驗證明，該系統(tǒng)能較好的提取到電纜局部放電信號并對信號進行處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件包括兩個部分：一部分是系統(tǒng)硬件設備的驅(qū)動程序；另一部分是通過硬件獲得數(shù)據(jù)并進行顯示、分析等的應用程序。對于硬件設備的驅(qū)動程序，數(shù)據(jù)采集卡的廠家已經(jīng)配備了相應的設備驅(qū)動程序，通過驅(qū)動程序提供的API接口(應用程序接口)可以直接訪問采集卡，實現(xiàn)對采集卡的采集控制。在驅(qū)動程序的基礎上，應用程序和數(shù)據(jù)采集卡相配合，可以直接控制硬件，通過對底層的指令操作，直接對采集卡的某些控制參數(shù)進行設置，而不需要再對簡單的參數(shù)設置編寫驅(qū)動程序。虛擬儀器與VisualC++開發(fā)平臺虛擬儀器（VirtualInstrument，簡稱為VI）是20世紀80年代由美國國家儀器公司（NI）率先提出的概念，主要由計算機、硬件儀器和虛擬儀器軟件三部分組成[蔡秀梅．試論電力變壓器局部放電檢測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀．科技信息,2009,36(1):664-665]。虛擬儀器具有友好的圖形方式軟面板，其應用軟件集成了用戶界面、測量控制、信息采集、結(jié)果顯示輸出、數(shù)據(jù)分析等功能，用戶只需要對軟件進行操作就能改變硬件儀器的功能[沈保山,姬長英,郭玉平等．基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計.機械與電子,2009,25(4):76-77]蔡秀梅．試論電力變壓器局部放電檢測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀．科技信息,2009,36(1):664-665沈保山,姬長英,郭玉平等．基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計.機械與電子,2009,25(4):76-77盧玉州.基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).山東科技大學碩士學位論文,2004:1-2目前應用比較多的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境有兩種：一種是文本式的編輯語言，如C語言，VisualC++(簡稱VC)，LabWindows/CVI等；另一種是圖形化的編程語言，比如LabVIEW、HPVEE系統(tǒng)。圖形化的語言具有編程簡單、直觀、開發(fā)效率高的特點，而文本語言編程靈活，運行速度快。C++語言兼具面向?qū)ο蠛蛡鹘y(tǒng)的面向過程編程的雙重優(yōu)勢，同時微軟公司提供的強大、復雜的開發(fā)工具VC，是基于C/C++的集成開發(fā)工具，借助其生成代碼的向?qū)В芸焖偕煽蛇\行的Windows應用程序的外殼，是一個功能很強大的綜合性集成軟件開發(fā)環(huán)境，對眾多的應用領域(如網(wǎng)絡、多媒體、數(shù)據(jù)庫等)都有很好的支持，VC是廣大軟件開發(fā)人員特別是系統(tǒng)程序員做開發(fā)的首選平臺。C++語言兼具面向?qū)ο蠛蛡鹘y(tǒng)的面向過程編程的雙重優(yōu)勢，同時微軟公司提供的強大、復雜的開發(fā)工具VC，是基于C/C++的集成開發(fā)工具，借助其生成代碼的向?qū)?，能快速生成可運行的Windows應用程序的外殼，是一個功能很強大的綜合性集成軟件開發(fā)環(huán)境，對眾多的應用領域(如網(wǎng)絡、多媒體、數(shù)據(jù)庫等)都有很好的支持，VC是廣大軟件開發(fā)人員特別是系統(tǒng)程序員做開發(fā)的首選平臺。VC開發(fā)工具包含了兩個完整的Windows應用程序開發(fā)系統(tǒng)。一個是只使用Win32API函數(shù)來開發(fā)C語言的Windows程序；另一個是在MFC類庫應用程序框架范圍內(nèi)的C++編程。使用MFC類庫編程接口也可以直接調(diào)用一些Win32函數(shù)。為了使所設計的電纜局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有良好的效果、簡便的操作方法、較高的運行效率，本文采用MFC對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行設計開發(fā)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件整體設計如圖3-1所示，本文設計的系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設置、波形顯示、數(shù)據(jù)處理、標定和數(shù)字濾波幾部分。圖圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s11局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能框圖數(shù)據(jù)采集部分主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。參數(shù)設置部分主要用于設定數(shù)據(jù)采集卡的采集參數(shù)。圖波形顯示部分實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實時波形顯示。數(shù)據(jù)處理部分實現(xiàn)保存采集數(shù)據(jù)的和打開之前保存的數(shù)據(jù)以進行對比。標定部分用來對局部放電的放電量進行標定，數(shù)字濾波部分實現(xiàn)采集到信號的濾波處理。系統(tǒng)軟件界面直觀，操作簡潔，采用菜單和按鈕同時可操作的模式。軟件主界面如圖3-2示。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s12數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面TDECAPI動態(tài)庫的調(diào)用過程TDECAPI所提供的應用程序接口以動態(tài)鏈接庫的形式發(fā)布。TDECAPI動態(tài)庫負責對TOP系列采集卡的驅(qū)動控制，它對用戶屏蔽了所有的硬件特性，使得用戶的專用程序能非常容易的控制采集，從而能實現(xiàn)更適應自身需求的采集控制軟件。如果從APP、TDECAPI動態(tài)庫及硬件驅(qū)動的工作層次關系來看。APP與TOP動態(tài)庫是工作在用戶模式下，而硬件驅(qū)動則工作在內(nèi)核模式下。TDECAPI動態(tài)庫起著聯(lián)系上層APP與下層驅(qū)動的作用（見圖3-3）。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s13系統(tǒng)內(nèi)部層次關系示意圖為了實現(xiàn)滿足自身要求的采集控制軟件，如何調(diào)用動態(tài)鏈接庫完成對采集卡的控制采集是至關重要的問題。動態(tài)鏈接庫的調(diào)用方式主要有查詢方式和消息機制方式。由于消息機制的調(diào)用方式不適用于本系統(tǒng)中采用的PCI50612數(shù)據(jù)采集卡，本設計采用查詢方式調(diào)用動態(tài)庫。函數(shù)調(diào)用流程圖如圖3-4所示。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14查詢機制調(diào)用流程由于動態(tài)鏈接庫提供的是一個個的子功能模塊只有正確組織這些函數(shù)模塊才能實現(xiàn)采集系統(tǒng)的控制。數(shù)據(jù)采集部分當啟動數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)采集卡開始工作，并將數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)鎖存后保存在數(shù)據(jù)采集卡每個通道獨立的卡上存儲器中。當采集結(jié)束后，上位機通過PCI接口門陣列經(jīng)由門陣列控制核心獲取卡上存儲器的樣點數(shù)據(jù)，每個通道獨立進行?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的單次和連續(xù)采集。連續(xù)采集時，可由用戶控制停止與否，當用戶單擊停止采集按鈕時，數(shù)據(jù)采集卡停止采集。數(shù)據(jù)采集程序中定義了四個不同的vector<double>變量數(shù)組來存放采集到的數(shù)據(jù)，分別為：m_dTimeDomain1，m_dTimeDomain2，m_dTimeDomain3以及m_dTimeDomain4，變量數(shù)組的長度可以根據(jù)用戶的選擇通過vector類對象的reserve成員函數(shù)動態(tài)設置。vector是抽象容器類型之一(還有l(wèi)ist和deque等)，是標準模板庫(STL)的一種。STL以其獨特的魅力得到越來越多的程序員的鐘愛，STL徹底封裝復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供豐富靈活的程序接口，同時還能保證程序的運行效率。參數(shù)設置部分參數(shù)設置面板參數(shù)的設置主要是指數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設置，包括數(shù)據(jù)的采樣速率、采集通道、采樣量程、采集卡的采集長度、延時長度、耦合方式和觸發(fā)方式等。參數(shù)設置面板如圖3-5所示。圖STYLEREF1\s35參數(shù)設置面板1.采樣率即設置軟件每秒鐘采集的樣點數(shù)。用于控制數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率，采樣率和采樣長度應相互配合，在被采信號頻率已知的情況下，理論上采樣頻率一般為被采集信號的3至4倍，當采樣頻率設為被采信號的十倍左右時便于波形的觀察。2.量程用于控制數(shù)據(jù)采集卡的采樣量程，數(shù)據(jù)采集卡的量程共分8檔，最大量程為±20V，最小量程為±100mV，局部放電測試時，用戶可以自行選用合適的量程。如果量程過大，則會使數(shù)據(jù)采集卡的精度不能充分利用，如果量程過小，局部放電脈沖幅值超出設置的最大量程，則不會采集到局部放電脈沖的峰值。3.采集長度即每次采集記錄的樣點數(shù)，應與數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率相配合，以便至少采集到四個工頻周期的長度，從而比較完整的反映局部放電信號。4.延時長度即觸發(fā)開始點與采集數(shù)據(jù)記錄開始點之間的樣點數(shù)，當延時長度為零時，數(shù)據(jù)采集卡沒有延時，即在數(shù)據(jù)采集卡被觸發(fā)時開始采集信號；當延時長度為負時，在設置觸發(fā)之前記錄的樣點數(shù)；當延時長度為正時，意義為設置觸發(fā)后延時多少樣點才開始記錄。5.觸發(fā)信號一般是指能夠引起一個操作(如數(shù)據(jù)采集)的信號。用戶需要設置開始測量的時刻，可以使用觸發(fā)信號。在局部放電測量中，就需要知道開始采集的時刻。觸發(fā)方式有手動觸發(fā)，內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)。手動觸發(fā)即通過軟件指令觸發(fā)采集過程。內(nèi)觸發(fā)即用選擇的觸發(fā)通道的輸入信號觸發(fā)采集，用戶可以設置觸發(fā)電平以及是采用上升沿觸發(fā)還是下降沿觸發(fā)。外觸發(fā)即把外信號接入板上外觸發(fā)接口，通過外信號觸發(fā)采集過程。觸發(fā)設置窗口如圖3-6所示。圖STYLEREF1\s36觸發(fā)設置窗口6.采集卡的耦合方式的設置類似于量程的設置，可以針對直流、交流、直流地及交流地共四種耦合方式加以設置。待參數(shù)設置完畢后，即可啟動采集，可單次采集，也可連續(xù)采集。參數(shù)設置面板的實現(xiàn)方式參數(shù)設置面板是使用MFC中的屬性表和屬性頁來實現(xiàn)的。通過引入屬性表和屬性頁，MFC對話框可以具有“選項卡對話框”的外觀。這類對話框在MFC中稱為“屬性表”，與MicrosoftWord、Excel和VisualC++中的許多對話框相似，看起來包含一摞選項卡式表，非常像一摞從前往后看的文件夾或一組層疊窗口。前面的選項卡上的控件都可見，后面的選項卡上只有選項卡標簽可見。在管理大量相當整齊地分在幾組中的屬性或設置時，屬性表特別有用。一般而言，一個屬性表可以取代幾個單獨的對話框，從而簡化了用戶界面。屬性表通過CPropertySheet類和CPropertyPage類實現(xiàn)。CPropertySheet定義總的對話框，該對話框可以包含基于CPropertyPage的多“頁”。參數(shù)設置對話框生成為模態(tài)對話框，通過DoModal方法來生成。本軟件中的參數(shù)設置對話框包含了三個屬性頁，分別為時基設置、通道設置和觸發(fā)設置。通過這樣的分類，使得用戶可以非常方便的設置采集的各種參數(shù)。而在記憶用戶設置方面，采用的是全局變量的方法，用戶點擊確定后將參數(shù)傳給采集卡的同時將參數(shù)保存在全局變量中，這樣在對話框關閉以后再次生成時可以讀取上次用戶的設置實現(xiàn)用戶設置的記憶功能，同時也方便程序的其他部分調(diào)用設置的參數(shù)。具體實現(xiàn)方法是：新建一個公共的類，在公用類中定義全局變量和全局函數(shù)，均使用static修飾，靜態(tài)變量還必須在類外定義和初始化。例如：在公用類頭文件Public.h中定義全局變量；classCPublic

{public:

CPublic();

virtual~CPublic();public:

staticintx;

}在公用類程序文件Public.cpp中初始化全局變量

；intCPublic::x=0;這樣，x就成了全局變量，使用時使用CPublic::x

即可。波形顯示部分本部分程序可以實現(xiàn)四個通道的實時顯示，通過在主界面中加入四個Picture控件來顯示波形，在onDraw函數(shù)中通過讀取主界面中復選框的選擇情況，來設置四個控件的大小，實現(xiàn)了用戶可以設置想要顯示的通道的效果。波形顯示效果如圖3-7所示。STYLEREF1\s37波形顯示一開始設計波形顯示的時候是每次將采集的全部數(shù)據(jù)讀出，然后按照用戶需求顯示相應數(shù)據(jù)，后來發(fā)現(xiàn)這種方法在采樣長度較大時會導致程序運行緩慢，效率偏低。經(jīng)過思考，采用了每次只讀取波形顯示需要的數(shù)據(jù)長度，并顯示在屏幕上的方法。用戶每次拖動滾動條都會重新讀取當前位置的相應長度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。采用這種方法，波形顯示的效率大大提高了。為了實時顯示采集到的局部放電數(shù)據(jù)，且避免MFC畫圖時出現(xiàn)屏幕閃爍現(xiàn)象，本文采用雙緩沖繪圖的方式來設計局部放電信號的波形顯示，這種方式實現(xiàn)過程是：首先在內(nèi)存繪圖，然后一次性將圖形“拷貝”到波形顯示控件Picture控件中。采取這種方法可以提高繪圖速度，極大的改善繪圖效果。雙緩沖繪圖重點應用到的幾個函數(shù)描述如下：首先定義一個顯示設備對象；CDCMemDC;定義一個位圖對象；CBitmapMemBitmap;CBitmap*pOldBmp=NULL;然后建立與屏幕顯示兼容的內(nèi)存顯示設備；MemDC.CreateCompatibleDC(pDC);再將位圖選入到內(nèi)存顯示設備中；MemBitmap.CreateCompatibleBitmap(pDC,Rectbig.right,Rectbig.bottom);pOldBmp=MemDC.SelectObject(&MemBitmap);最后把繪制好的圖形“拷貝”到屏幕上。pDC->BitBlt(Rectbig.left,Rectbig.top,Rectbig.right,Rectbig.bottom,&MemDC,0,0,SRCCOPY)刪除創(chuàng)建的對象MemBitmap.DeleteObject();MemDC.DeleteDC();同時重繪屏幕是使用InvalidateRect函數(shù)，只重繪波形顯示的區(qū)域，提高了程序的運行效率。數(shù)據(jù)處理部分在保存的文件格式上，為了使得數(shù)據(jù)能夠被其它軟件分析，選用了文本文件格式。保存數(shù)據(jù)過程中由于可能有大量的數(shù)據(jù)寫入文件，容易使程序假死，為了避免假死，采用了多線程技術(shù)。在后臺啟動了一個工作者線程來完成數(shù)據(jù)的保存，保存過程則利用CFile類實現(xiàn)。重點應用到的幾個函數(shù)描述如下：首先定義保存數(shù)據(jù)的工作者線程UINTSaveData(LPVOIDpParam)創(chuàng)建View類的一個指針，這樣可以調(diào)用View類的變量與函數(shù)CCcjView*maincx=(CCcjView*)pParam;然后在用戶在保存選項對話框點擊確定后啟動保存數(shù)據(jù)的工作者線程if(save.DoModal()==IDOK)AfxBeginThread(SaveData,this);在保存數(shù)據(jù)時，同時保存量程、采樣長度和采樣頻率等信息，這樣讀取數(shù)據(jù)后可以直接畫出波形并確定橫縱坐標，讀取數(shù)據(jù)對話框如圖3-8所示。STYLEREF1\s38讀取數(shù)據(jù)對話框標定部分標定界面如圖3-9所示，系統(tǒng)可以自動讀取出上次采集的峰值，用戶只需手動輸入校準脈沖的電荷量并點擊按鈕將電壓峰值設定為放電量對應的電壓即可在波形顯示界面上看到對應的放電量。圖STYLEREF1\s39標定界面數(shù)字濾波由于局部放電的信號非常弱小，頻譜又很寬，在測量時往往遇到外來的干擾比被測的信號還要大。因此，識別各種干擾的來源，采用相應的措施來抑制干擾，提高信噪比，就成為局部放電測試技術(shù)中很重要的組成部分。[邱昌榮,曹曉瓏.電氣絕緣測試技術(shù).邱昌榮,曹曉瓏.電氣絕緣測試技術(shù).第三版.機械工業(yè)出版社,2011:15115于龍濱,張曉虹.自適應濾波在局部放電檢測中的應用.哈爾濱理工大學學報,2004,3:27-30附錄中文譯文電力電纜局部放電測量信號處理工具摘要由于不斷增長和老化的電力電纜輸電網(wǎng)絡，用局部放電測量技術(shù)來識別錯誤安裝或者損壞的內(nèi)包絕緣紙外包鉛皮電纜的接合處或內(nèi)部的需要不斷增加。當電纜制造商或者高壓試驗室能夠在屏蔽環(huán)境中測量時，噪聲等級是微不足道的。局部放電現(xiàn)場的檢測和定位受各種不同的干擾和噪聲的限制。時域反射是一種電纜局部放電定位的標準技術(shù)。在這種技術(shù)中，脈沖穿過電纜，可以觀察到反射。在離線電纜局放測量方法中，電纜是與服務網(wǎng)絡斷開的，必須設定直接和反射的局放脈沖的延時來決定局放發(fā)生的地點。假設有很好的信噪比和一個足夠高的采樣頻率，在相關算法例如峰值或者起始的探測的幫助下，自動獲取延時長度是可能實現(xiàn)的。要去除噪聲，可以使用現(xiàn)代的降噪技術(shù)，例如小波變換。本文展示了一種信號處理工具，功能有信號到達時間估計，關于定位精確性的降噪，噪聲敏感度與自動化電纜局放定位。緒論電纜的局放現(xiàn)場測量是一種有效地識別檢驗薄弱部位的方法，尤其是在錯誤地安裝或繪畫的電纜接頭處或內(nèi)部的紙絕緣電纜。這些測量可以離線進行，也可以在線進行，各自有他們的優(yōu)缺點。在線監(jiān)測允許直接在與電纜溫度有關的操作的電壓頻率和負載下進行檢測和測量，隨即起始或升高的局部放電可以用來觸發(fā)警報。從另一方面說，那些只使電壓升高一點的隱藏的缺陷，比如接地故障，就無法在工作電壓下被檢測出來。此外，噪聲和干擾的等級在在線監(jiān)測中也很高，這是由于它和淡忘其他部分有直接的電流聯(lián)系。使用離線監(jiān)測技術(shù)電壓升高到更高的等級來揭示出電纜中的弱點，但是電纜必須停止服務?？紤]到在線監(jiān)測系統(tǒng)必須永久的放置到每一條電纜線上來監(jiān)測的投資，離線系統(tǒng)更昂貴但可以在不同的地方應用。他們各有自己的應用領域來優(yōu)化電纜的保養(yǎng)。在線監(jiān)測和離線監(jiān)測也有共同點，局放的電信號會部分或全部淹沒于噪聲中，必須檢測出來。因此，一種濾波或者降噪的方法對于檢測局放信號就是必須的。在離線監(jiān)測的降噪之后，時域反射技術(shù)通常使用反射圖來定位電纜中局放的來源。在在線監(jiān)測中，脈沖被電纜上的每個局放傳感器獲得。在兩種方法中，每個脈沖的到達時間必須得到才能計算出兩個脈沖的延時，得到局方的來源。本文中，測量數(shù)據(jù)是離線系統(tǒng)采集的。使用了小波降噪工具和到達時間估計來進行處理。第二章信號處理工具信號處理工具是用在各種離線局放測量數(shù)據(jù)上，用來優(yōu)化檢測和定位的結(jié)果。主要的問題是現(xiàn)場測試的噪聲環(huán)境和局放信號的到達時間評估。1．求平均值對于校正測量系統(tǒng)和獲得電力電纜信號傳播特點的校準測量來說，求平均值是十分有用的，這樣除去了觸發(fā)了的重復信號中的無關的白噪聲，平均值在求平均值過程中是連續(xù)計算的。在求平均值的過程中，如果有白噪聲，信號中的噪聲趨近于它的統(tǒng)計上的平均值，也就是0。2.小波降噪為了提高平均或不平均的局放信號的信噪比，可以應用小波降噪技術(shù)。小波變換用母小波來把一個信號