基于LabVIEW的绝缘介质预防性实验软件设计

李江，李涛

（国网河北省电力公司井陉县供电分公司 河北 井陉 050300）

对于国内外的众多工科院校来说，实验教学是专业课课程教学的重要组成部分，能全面配合理论教学。然而近几年来国内各高校的扩招力度不断加大，在校学生的数量逐年增加，这必然使得各高校实验室的实验设备难以满足需求。随着计算机技术和仪器技术的快速发展，将虚拟仪器引入到高校实验教学成为一种趋势，虚拟仪器的使用满足了每一位学生独立操作仪器设备的需求，同时让每一位学生拥有充分的时间去熟悉仪器的使用，加深对实验原理的认识和理解，必然会提高学校的实验教学质量[1]。

本文介绍基于LabVIEW组态软件平台开发的绝缘介质预防性实验软件，在本文中对电气设备故障诊断技术实验中重要的直流泄露电流与直流耐压试验和介质损耗指数试验两项实验软件设计进行介绍。

1 总体结构设计

图1是该电气设备故障诊断技术实验软件的总体结构设计图，文中涉及的两个实验软件均是由数据采集部分、实时数据显示部分、参数设置部分、数据处理部分、结果显示部分和实验结果分析部分组成。数据采集部分采用了读取测量文件的方法，将试验获取的试验原始数据以LVM格式存储下来[2]。然后在各实验软件的程序框图中设置读取测量文件这个输入函数来将试验原始数据导入软件之中。这种采集方法的特点是快速性好，但需提前将数据格式进行转换。实时数据显示部分包含仪表显示和数字显示两种形式，可实时显示电压、电流等数据。参数设置部分主要是设置试验电压、大气压力、温度等参数，并通过实时数据显示部分将参数显示出来，另一方面，将参数送至数据处理部分进行处理，数据处理部分因不同试验内容而异。数据处理部分将根据各自的实验原理和试验要求分别进行编写，处理后的实验结果通过结果显示部分显示出来。结果显示部分包含试验数据记录和示波器显示两种方式，示波器显示可直观地反映试验原理和特征曲线；试验数据记录可以将试验数据记录在表格中，方便拷贝和进一步分析[3]。最后是实验结果分析，这部分是根据不同试验的实验结果，对电气设备存在的故障类型进行叙述。以上就是本文中的实验软件的总体结构，下面对各个软件进行说明。

图1 总体结构设计图Fig.1 Structure diagram of the system

2 软件设计

2.1 直流泄露电流与直流耐压试验软件设计

直流泄露电流与直流耐压试验软件是电气设备预防性试验中的一项试验，用来对直流泄露电流与直流耐压水平进行测定[4]。

本软件可以测量介质直流泄露电流，并可做出泄露电流与外加电压的关系曲线。本实验软件前面板左上角设有电源开关，下面有调压器，可调节介质的外加电压。前面板左侧的单选按钮可以选择外加电压档位，点击右侧的记录按钮可以将试验数据记录在中间的Express表格中。

前面板左下角可显示试品温度、环境温度和空气湿度。前面板中部设有3个仪表，分别显示电源电压、试验电压和泄露电流。前面板右下角的Express XY图可显示良好、油耐压不合格和进水受潮三种情况下的泄露电流与外加电压的关系曲线，Express XY图上方的菜单下拉列表可以选择介质的不同缺陷类型。前面板中间的字符串显示控件可以显示非线性系数K和故障类型，如图2所示。

图2 直流泄露电流与直流耐压试验前面板Fig.2 The front panel of DCleakage current and DCvoltage test

此程序中的电源开关按钮对整个实验软件的电源控制，即只有当电源开关按钮处于闭合状态下方可进行各种操作。通过三重条件结构函数嵌套可实现根据不同故障情况绘制泄露电流与外加电压的关系曲线，根据该曲线可以了解不同故障下的介质电气特征。为了使使用者能够更深入地理解实验原理，在前面板的第二个选项卡中特别放置了直流泄露电流与直流耐压试验的实验原理图，在实验软件运行时，使用者可在这两个选项卡中自由切换并查看。

直流泄露电流与直流耐压试验程序框图如图3所示，LabVIEW的一大特点是支持并行运行，因此使得软件的不同程序部分可以独立编程而不须另外设置调用指令，只需注意参数的引用和计时器的使用即可。该软件中包含即时独立运行的直流泄露电流测量记录程序，该程序的作用是将在不同直流电压等级下的介质的直流泄露电流记录在表格中，并实现自动换行。在这一部分的程序中首先初始化了一个二维数组，其次设置了外加电压档位和直流调压器两个数值输入模块，当设置了直流电压后点击确定按钮，则将设置的直流电压值录入到表格中，为防止多次点击的发生，特地在结果输出程序中加入了一秒的延时。设置了直流电压值后会首先将该电压值存储到中间值控件中，随后在数组行数加一的情况下对中间值进行判断，如果大于0，则将中间值存入数组，为了使软件界面更简明，这里把中间值数组显示控件的可见性属性设置为false。这样便将直流泄露电流的值录入表格并执行换行操作。

图3 直流泄露电流与直流耐压试验程序流程图Fig.3 The program flow chart of DCleakage current and DCvoltage test

2.2 介质损耗指数试验软件设计

介质损耗指数试验软件是电气设备预防性试验中的一项试验，用来对介质损失因数tanδ和电容量Cx进行测量[5]。本实验软件是根据西林电桥的原理设计的，前面板右侧给出了西林电桥的原理图。前面板设置有两组旋钮，可分别调节R3和C4，通过调节这两组旋钮使得检流计数值为零，即电桥平衡[6]。

电桥平衡时前面板左侧的平衡指示灯点亮，面板下方的两个数值显示控件将分别显示介质损失因数tanδ和电容量Cx这两个测量结果。前面板右上角设置有修改参数的功能，当在允许修改参数按钮按下时可以在两个数值输入控件对Cn和R4的数值进行设定，如图4所示。

图4 介质损耗指数试验前面板Fig.4 The front panel of dielectric dissipation factor test

图5 介质损耗指数试验程序流程图Fig.5 The program flow chart of dielectric dissipation factor test

图5 所示的是介质损耗指数试验程序流程图。在西林电桥平衡算法的程序中，由两组旋钮输入R3和C4，参与运算后将Ua和Ub两个结果分别传输到两个数值显示控件。平衡判断部分将对Ua和Ub进行比较，若两者相等则满足平衡条件，同时将平衡指示灯布尔值设置为真，将运算得出的介质损失因数tanδ和电容量Cx数值传送至相应数值显示控件。

3 实验软件的生成

本实验软件需要NI环境的支持，但LabVIEW的安装包过于庞大，以LabVIEW 8.5为例，安装包占用磁盘空间有1.14 GB之多，安装至计算机上将更大。而本实验软件采用了集成LabVIEW运行引擎的安装方式，使得占用磁盘空间大大减少，只有93.6 MB，仅为LabVIEW安装包的不到十二分之一。本节将对实验软件的生成过程进行说明。

首先要在LabVIEW启动界面中新建一个项目，然后将在项目浏览器的“我的电脑”处添加之前编辑好的VI和其它相关文件。其次要生成两个实验软件，具体做法是在程序生成规范上右击选择新建应用程序EXE，在之后的应用程序属性对话框中对程序信息、源文件、目标、图标、高级、附加排除项、版本信息、运行时语言等进行设定，点击生成按钮即可生成对应的EXE程序。这里值得说明的是，在源文件一栏中要把主程序VI移动至启动VI一栏中，并且把程序需要的其它文件移动至始终包括一栏，这样才能保证将这些文件拷贝到程序中的data文件夹中。

然而仅生成这些应用程序还无法使之在未安装LabVIEW的计算机上运行，还需将这些应用程序和LabVIEW运行引擎8.5打包成为安装程序后方可在任意一台计算机上安装使用。

具体做法是在程序生成规范上右击选择新建安装程序，在之后的安装程序属性对话框中对产品信息、源文件、快捷方式、附加安装程序、对话框信息、注册表、硬件配置等进行设定，点击生成按钮即可生成对应的安装程序。有必要说明的是，在源文件一栏中，要把需要添加至安装包中的程序选择并移动到目标框图中的对应路径下。

4 结束语

文中研究的主要内容是基于LabVIEW组态软件的绝缘介质预防性实验软件设计与开发。该课题是在工科高校电气设备故障诊断技术实验教学中出现教学效果不好的情况下提出的，基于对本课题的认识进行了实验软件方面的研发设计工作。借助本软件可以将直流泄露电流与直流耐压试验和介质损耗指数试验这两个实验在计算机上完成，提高了实验的安全性和可靠性，同时使实验效果和数据处理更加直观。

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