狀態(tài)檢修試驗(yàn)設(shè)備的計(jì)量巡檢

狀態(tài)檢修試驗(yàn)設(shè)備的計(jì)量巡檢

0現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)難,大數(shù)據(jù)可靠性低目前，各網(wǎng)絡(luò)省、電氣科學(xué)院等部門對(duì)狀態(tài)檢修試驗(yàn)設(shè)備的測(cè)量和檢驗(yàn)采用用戶自上而下的循環(huán)檢修的方法。測(cè)量基準(zhǔn)設(shè)備主要布置在固定實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，但這種循環(huán)送輸方法的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在送送設(shè)備的長(zhǎng)期維護(hù)上。由于許多設(shè)備掛在一起，拆卸是不方便的。由于運(yùn)輸過程中易受設(shè)備損壞，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性較低。輸變電狀態(tài)檢修試驗(yàn)設(shè)備只有采用現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的方式才能滿足設(shè)備的校驗(yàn)工作的需要和確保設(shè)備校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)室使用的校準(zhǔn)設(shè)備由于缺少電磁屏蔽、防塵防震等設(shè)計(jì),直接用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)會(huì)造成設(shè)備無法正常工作或數(shù)據(jù)可靠性降低。此外,實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)備為保證計(jì)量性能,設(shè)備的質(zhì)量和功耗往往較大,現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)困難,電源要求高。目前國內(nèi)外尚未有單位針對(duì)性、系統(tǒng)全面的進(jìn)行輸變電狀態(tài)檢修試驗(yàn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)平臺(tái)的研究工作,國內(nèi)尚不具備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)能力。文本介紹一種基于智能試驗(yàn)車構(gòu)建的集成度高、環(huán)境可控、自動(dòng)化程度高的現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái),有效解決現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)難題,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作。1現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置(1)移動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)基于智能試驗(yàn)車構(gòu)建,集成度高、環(huán)境可控、自動(dòng)化程度高,能有效實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。(2)移動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)包含適用于輸變電狀態(tài)檢修設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的氧化鋅避雷器測(cè)試儀、變壓器有載分接開關(guān)測(cè)試儀、220kV交直流分壓器等六套現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置,體積小、重量輕、防震動(dòng)和抗電磁干擾性能好,校準(zhǔn)功能測(cè)量范圍廣,測(cè)量準(zhǔn)確度高,計(jì)量性能技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室使用校驗(yàn)裝置的先進(jìn)水平。(3)移動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)裝置的一體化操作,明顯提升現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作效率。2移動(dòng)校正平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)2.1通過膠封加強(qiáng)儀器的使用和運(yùn)行管理校準(zhǔn)平臺(tái)基于試驗(yàn)車構(gòu)建,車型選用依維柯。車體主要參數(shù)為:外形尺寸6500mm×2120mm×2990mm;總質(zhì)量5118kg;整備質(zhì)量4728kg;最高車速115km/h。校準(zhǔn)平臺(tái)按功能可分為駕駛室和試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)安裝溫濕度控制系統(tǒng),確保試驗(yàn)環(huán)境滿足要求。儀器設(shè)備之間采用1U板隔開,儀器架前端通過壓板加強(qiáng)儀器的安全穩(wěn)固性。儀器架采用減震器支撐,以吸收車輛行駛過程中顛簸引起的車輛底盤減振系統(tǒng)無法吸收的高頻率振動(dòng),可有效的保證校驗(yàn)儀器及其接線的穩(wěn)定性及可靠性。設(shè)備的內(nèi)部及接線端子間采用特殊的膠封處理,可有效的防止接線松動(dòng)、接觸不良等引起的儀器的失靈及誤差。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)通過車輛配套的視屏監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并配有無線耳機(jī)及呼唱系統(tǒng)進(jìn)行操作指示。2.2交直流測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,在供電模式上分三相電源供電和單相電源供電兩種供電模式,其中三相電源模式為主要供電模式;在供電安全性上,電源系統(tǒng)內(nèi)增加了多路選擇開關(guān)和繼電器,確保在不同使用模式下車載設(shè)備的正常工作和設(shè)備安全。采用三相電源供電時(shí),三相電源通過車載的交直流高壓電源為200kV交直流標(biāo)準(zhǔn)裝置供電,確保200kV交直流測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)的開展;三相電源中引出的單相電路能夠?qū)噧?nèi)的照明系統(tǒng)、空調(diào)、其它車載標(biāo)準(zhǔn)裝置、工控機(jī)以及插座進(jìn)行供電,保證車內(nèi)設(shè)備的正常工作和試驗(yàn)項(xiàng)目的開展;當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)供電電源電能質(zhì)量無法滿足需要或進(jìn)行精密測(cè)量時(shí),可以打開車內(nèi)的高穩(wěn)源為車載標(biāo)準(zhǔn)裝置、工控機(jī)以及插座供電,確保設(shè)備的正常使用和相關(guān)工作的開展。由于高穩(wěn)源功率有限,在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí),高穩(wěn)源僅對(duì)車內(nèi)精密測(cè)量設(shè)備進(jìn)行供電,而空調(diào)等大功率電器或照明等對(duì)電能質(zhì)量要求較低的設(shè)備仍然通過三相電源直接供電。為確保車載標(biāo)準(zhǔn)裝置不會(huì)同時(shí)被兩路電源供電造成危險(xiǎn),不同電路間設(shè)置了保護(hù)用繼電器,確保有且僅有一路電源能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置等設(shè)備進(jìn)行供電。當(dāng)高穩(wěn)源打開時(shí),三相電源直接供電線路內(nèi)的繼電器會(huì)迅速切斷,并且無法進(jìn)行合閘操作;當(dāng)高穩(wěn)源關(guān)閉時(shí),三相電源供電線路內(nèi)的繼電器會(huì)導(dǎo)通,為相關(guān)設(shè)備供電。當(dāng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無法提供三相電源時(shí),本校準(zhǔn)平臺(tái)也可以通過單相電源進(jìn)行供電,確保校準(zhǔn)平臺(tái)內(nèi)的設(shè)備的正常工作。另外,校準(zhǔn)平臺(tái)為工控機(jī)單獨(dú)配置了UPS電源,在外部供電電源意外斷電時(shí)為工控機(jī)供電,保證實(shí)驗(yàn)人員有時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等重要信息進(jìn)行保存操作。2.3數(shù)據(jù)處理模塊校準(zhǔn)平臺(tái)電氣原理框圖如圖2所示,主要電氣設(shè)備包括工控機(jī)、車載標(biāo)準(zhǔn)裝置和數(shù)據(jù)采集模塊。實(shí)驗(yàn)人員通過工控機(jī)內(nèi)的人機(jī)交互單元完成校準(zhǔn)平臺(tái)的控制指令的輸入,校準(zhǔn)平臺(tái)軟件通過CAN總線和RS-232通信方式完成車載標(biāo)準(zhǔn)裝置的操控。車載標(biāo)準(zhǔn)裝置有由介質(zhì)損耗測(cè)試儀標(biāo)準(zhǔn)裝置、大功率直流標(biāo)準(zhǔn)電阻等六套標(biāo)準(zhǔn)裝置組成。數(shù)據(jù)采集模塊由數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字多用表和人工輸入單元組成。數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作特點(diǎn)和輸出類型,可選擇數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字多用表或者人工輸入三種方式中的一種或多種將標(biāo)準(zhǔn)裝置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存并通過GPIB或PCI接口傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)類型,從數(shù)據(jù)處理模板庫中調(diào)用相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模板,完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理并將處理結(jié)果發(fā)送到證書生成單元。證書生成單元將處理完成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)放入對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證書模板,生成實(shí)驗(yàn)證書,并發(fā)送回校準(zhǔn)平臺(tái)軟件進(jìn)行證書的確認(rèn)和打印。3數(shù)據(jù)處理模塊移動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)軟件采用C++Builder開發(fā),完成平臺(tái)用戶管理、試品管理、車載標(biāo)準(zhǔn)裝置操作和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等功能。軟件內(nèi)集成數(shù)據(jù)處理模板和證書模板,提高數(shù)據(jù)處理效率。數(shù)據(jù)處理模塊為每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)定了典型的不確定度分析方法,實(shí)驗(yàn)人員只需選擇不確定度分量類型和填寫不確定度分量值。當(dāng)不確定度分量值全部填寫或計(jì)算完成并填寫包含因子k值后,可自動(dòng)計(jì)算得到合成不確定度uc和擴(kuò)展不確定度U。為了保障本平臺(tái)的正常運(yùn)行和更新,僅有實(shí)驗(yàn)管理員有權(quán)對(duì)軟件數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行修改,降低由于誤操作或者錯(cuò)誤操作影響軟件正常運(yùn)行。由于數(shù)據(jù)處理模塊基于數(shù)據(jù)處理模板和實(shí)驗(yàn)證書模板運(yùn)行,在因?yàn)橥獠吭?如實(shí)驗(yàn)證書風(fēng)格更新,數(shù)據(jù)處理方式更新)需要進(jìn)行維護(hù)時(shí),只需要通過更新相關(guān)模板的方式即可完成。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備更換或評(píng)價(jià)方式改變需要對(duì)不確定度分析方式進(jìn)行變更時(shí),管理員可直接在軟件后臺(tái)更新每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的不確定度評(píng)價(jià)方法。4移動(dòng)校正平臺(tái)的核心技術(shù)4.1模擬電阻模塊模擬大功率標(biāo)準(zhǔn)電阻的原理如圖3所示,模擬大功率標(biāo)準(zhǔn)電阻為四端網(wǎng)絡(luò),由電流變換模塊和模擬電阻模塊組成,電流變換模塊通過電流比較儀將輸入電流信號(hào)I1按比例k1變小為I2,模擬電阻模塊為I-V變換網(wǎng)絡(luò),根據(jù)設(shè)定的電阻值將電流變換模塊變換后的電流I2變?yōu)檩敵鲭妷篣給測(cè)試儀電壓測(cè)試回路。通過電流變換模塊和模擬電阻模塊模擬傳統(tǒng)實(shí)物電阻,可有效降低電阻體積和實(shí)際消耗功率,適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工作需要。圖4為I-V變換模塊原理示意圖,校準(zhǔn)裝置在該模塊中通過Ain、N兩個(gè)端子接收電流比較儀產(chǎn)生的電流激勵(lì)信號(hào)I2,該信號(hào)經(jīng)過無感精密電阻R、精密運(yùn)放OPA228組成的I-V變換電路后輸出電壓信號(hào)u1,并滿足關(guān)系式u1=k2×I2,其中k2為固定比例系數(shù),與R阻值有關(guān)。圖5為模擬電阻模塊原理示意圖,主要包括電阻產(chǎn)生電路、精密幅值控制子模塊。來自前級(jí)I-V變換模塊的電壓信號(hào)u1經(jīng)過基于2個(gè)等值無感精密電阻RR和精密運(yùn)放OPA228組成的精密反相電路,其輸出電壓信號(hào)為uR1,并滿足關(guān)系式uR1=u1,電壓信號(hào)uR1經(jīng)過基于AD5543芯片的精密幅值控制子模塊進(jìn)行分壓,分壓后的輸出信號(hào)為uR3,并滿足關(guān)系式uR3=kR×u1,其中kR為電阻可調(diào)分壓比例系數(shù)。精密幅值控制子模塊采用AD5543芯片設(shè)計(jì),利用其可接受正負(fù)極性參考電壓、內(nèi)部采取電阻網(wǎng)絡(luò)程控分壓、分辨率高等特點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)uR1進(jìn)行精密程控分壓為uR3,分辨率為16位。精密數(shù)字電位器等傳統(tǒng)幅值分壓方案只能達(dá)到10位分辨率。圖6為電壓輸出模塊的原理圖,來自前級(jí)回路模擬電阻模塊的信號(hào)u2經(jīng)過基于功率運(yùn)放OPA454組成的電壓跟隨器提升帶載能力,輸出電壓為U滿足關(guān)系式U=k×kR×I2=k1×k2×kR×I1。模擬大功率標(biāo)準(zhǔn)電阻經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)國家高電壓計(jì)量站校準(zhǔn),校準(zhǔn)數(shù)據(jù)舉例如表1所示。從校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以看出,模擬大功率標(biāo)準(zhǔn)電阻的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.05%,滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)要求。4.2分壓電容c對(duì)匹配電阻r阻值穩(wěn)定性的影響傳統(tǒng)的串聯(lián)型損耗標(biāo)準(zhǔn)器一般由高壓電容器與低壓電阻直接串聯(lián)而成,而各不同阻值的電阻被封裝到一起,通過外接導(dǎo)線進(jìn)行連接或通過電子開關(guān)進(jìn)行切換。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器承受試驗(yàn)電壓達(dá)到10kV時(shí),R上承受的電壓最高可達(dá)到1kV,因此串聯(lián)型介質(zhì)損耗標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)其匹配電阻R的功率及溫度系數(shù)的要求非常高。事實(shí)上匹配電阻R阻值的穩(wěn)定性也是影響該原理介質(zhì)損耗標(biāo)準(zhǔn)器損耗值穩(wěn)定性的主要原因之一。高穩(wěn)介損模型如圖7所示,為最大限度的控制分布電容Cg對(duì)標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)損耗因數(shù)的影響,在主電容低壓端與屏蔽輸出端子之間并入分壓電容Cg2,其電容量為C10的100倍。通過增大合成分布電容Cg′電容量,有效的降低主電容原固有分布電容其對(duì)地分布電容Cg對(duì)整個(gè)測(cè)量支路的影響,同時(shí)通過阻抗分壓作用降低匹配電阻R的工作電壓,還可以降低匹配電阻R的阻值,達(dá)到降低功耗、提高穩(wěn)定性的目的。此外隨著分壓電容Cg2的引入,通過公式R=(D-D0)/(ω(C10+Cg))可以得到不同D對(duì)應(yīng)的匹配電阻R23。增大合成分布電容值Cg將匹配電阻阻值降低了約兩個(gè)數(shù)量級(jí),大大降低了對(duì)R的要求,實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗值穩(wěn)定性的提高。高穩(wěn)介損標(biāo)準(zhǔn)裝置經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)國家高電壓計(jì)量站校準(zhǔn),