电力变压器直流电阻的快速测量方法----软件设计

5.2.4.1数字滤波程序

模拟信号都必须经过A/D转换后才能为计算机接受，干扰作用于模拟信号之后，使A/D转换结果偏离真实值。如果仅采样一次，无法确定该结果是否可信，必须多次采样，得到一个A/D转换的数据系列，通过某些处理后才能得到一个可信度较高的结果。这种从数据系列中提取逼近真值数据的软件算法，通常称为数字滤波算法。

它有硬件的功效，却不需要硬件投资。由于软件算法的灵活性，其效果往往是硬件电路达不到的。它的不足之处是使CPU费时。本装置中主要的干扰为随机干扰，采用数字滤波方法可以抑制随机干扰。在这里选用了去极值平均滤波的方法。其程序框图如图5-12所示明显干扰使采样值远离真实值，受干扰值不能参加平均值运算，从而使平均后的输出值更接近真实值。其具体做法如下：连续采样几次，将其累加求和，同时找出其中的最大值与最小值，再从累加和中减去最大值和最小值，按n-2个采样值求平均，即得有效采样值，在这里n-2取16.先连续采样几次，然后再处理，即在RAM中开辟几个数据的暂存区。

由于模拟量经A/D转换成为数字量后，并不能立刻得到计算等处理，所以需要先将这些字量送到RAM区暂时保存起来并不断进行数据更新。采用何种数据存储方法所要考虑的主要问题是如何节省机时。当保存数据较少时，这个问题就变得非常简单。设要保存n个采样点的值，每次最新一组采样数据放入排队区的第一组单元。在此之前将第n-1组单元数据依次向前移一组单元，这个步骤可以很容易地由微机成组传送指令完成。这种方法虽然简单，但需要对n-1组数据进行搬移，所费机时随着排队数量的增多而大幅度提高。在RAM区容量允许的情况下，若将排队暂存区需要保存的数据量适当扩大，可提高排队更新速度。本装置采用的就是这样一种双倍暂存区扩展的方法。这种方法将排队暂存区的空间扩大为需保存的数据所占空间的两倍，并将排队暂存区等分为前后相连的两个区段，这样每个区段长度与需保存的全部数据长度相等。当前采样时刻得到的一组数据同时放入这两个区段中的对应位置，使两相同数据之间恰好间隔一个区段的长度，间隔之内的全部数据连同末尾那个最新数据便形成当前排队结果。以后接着到来的每组新采样点的数据连同末尾那个最新数据依次向后放入排队暂存区，一直到放完数据暂存区的最后一组位置，再从头开始。在每个采样周期中完成相应的排队更新任务之后，记录当前排队队列的首地址作为指针并保存，供应功能程序取数时使用。

由于电力变压器绕组具有大电感和小电阻的固有特点，测量直流电阻时充电时间常数很大，长期以来技术人员研究各种方法试图缩短测量时间。本论文研究了电力变压器直流电阻快速测量的各种方法，分析了各种测量方法的优缺点。

高压充电低压测量法﹑磁通泵法和增大回路电阻的电路突变法在测量过程中都需要严格控制开关断开时间，否则影响测量速度和精度。短路去磁法要切实达到消除电流自由分量影响的效果，回路中所串联的电阻R一般必须大于几十欧，该电阻的散热功率很大，实用性不大。以上几种方法通常还与电桥测量相结合，测量精度受到影响。

二阶振荡法对回路中所串入的电容有较高要求，并要求严格把握电流极值点，若di/dt≠0，电感的数值很大，所产生的电感压降L x U =L×（di/dt）叠加于直流电阻的极小的压降R U，将使测量精度大为降低。基于同一化原理的动态测量法在应用中受低压侧三角形绕组接法影响的问题有待解决。"三点法"是从同一化原理的动态测量法基础提出来的新方法，由于受各种条件的约束，还需进一步的研究和完善。

高、低压绕组串联助磁法的测量无须串入电阻﹑电容等元件，不改变基本测量回路方程，只是通过改善回路中影响快速测量的不利因素绕组大电感L，测量的效率高。但只有高稳定度的直流电流才能使感性负载的磁通快速饱和，达到快速测量的目的。因此，助磁法与恒流源结合是一种最佳选择。

本文完成的主要工作包括以下几个方面：

（1）经过分析、研究，提出了高、低压绕组串联助磁法与恒流源结合的改进方案，它能有效弥补目前常用的测量方法的缺陷，是一种直流电阻快速测量的好方法。

（2）对恒流源器件进行了设计、制作和试验。电路设计，整体采用了压控恒流源的组成原理，各个环节引入深度负反馈和输出电流的采样反馈，具有良好的实用性和通用性。构成恒流源的器件，采用了稳定性能好、带负载能力强的运算放大器。
制作的恒流源可以输出0.1A~10A范围内的稳定电流，可以适应宽范围测量要求的需要。恒流源进行了性能参数的测量试验，数据结果符合要求。

（3）利用单片机技术对测量装置进行系统设计，测量和计算电路都由单片机来完成。软件设计更加完善。