絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)技術(shù)研究

徐彩軍

摘 要：絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強(qiáng)度進(jìn)行檢測的專用儀器，其測試結(jié)果的準(zhǔn)確與否對電力設(shè)備安全運(yùn)行至關(guān)重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結(jié)果的可靠性，人們需要定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置，并給出了校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度。不確定度評定結(jié)果表明，所構(gòu)建的絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置可滿足相關(guān)規(guī)程中規(guī)定的1級或以下等級絕緣油耐壓測試儀的校準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：絕緣油耐壓測試儀;電壓示值誤差;校準(zhǔn)裝置;不確定度

中圖分類號：TM855文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）17-0067-03

Research on Calibration Technology of Insulation Oil Withstand

Voltage Tester

XU Caijun

（Fujian Institute of Metrology，F(xiàn)uzhou Fujian 350003）

Abstract： The insulating oil withstand voltage tester is a special instrument for detecting the dielectric strength of insulating oil， whose accuracy of the test results is crucial to the safe operation of electric equipment. In order to ensure the reliability of the test results of the insulating oil withstand voltage tester， people need to calibrate it regularly. Based on the introduction of the basic principles of the insulating oil withstand voltage tester， this paper built a calibration device for the insulating oil withstand voltage tester， and gave the uncertainty of the calibration results. Uncertainty evaluation results show that the constructed insulating oil withstand voltage tester calibration device can meet the calibration requirements of insulating oil withstand voltage tester of level 1 or below specified in the relevant regulations.

Keywords： insulating oil withstand voltage tester;voltage indication error;calibration device;uncertainty

絕緣油是電力系統(tǒng)中最常見的絕緣材料之一。在電力系統(tǒng)中，絕緣油在充油電氣設(shè)備運(yùn)行中容易受到氧氣、溫度、陽光以及其他雜物的影響，因此有必要對其絕緣性能進(jìn)行檢測。絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強(qiáng)度進(jìn)行檢測的專用儀器，其測試結(jié)果的準(zhǔn)確與否對電力設(shè)備安全運(yùn)行至關(guān)重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結(jié)果的可靠性，人們需要定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置，并給出了校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度。

1 絕緣油耐壓測試儀的基本原理

絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強(qiáng)度特性進(jìn)行檢測的專用儀器，其工作原理通常是按絕緣油介電強(qiáng)度試驗(yàn)要求設(shè)定試驗(yàn)電壓值，對放在試樣杯里的絕緣油施加一個(gè)設(shè)定速率連續(xù)上升的試驗(yàn)電壓，直至到達(dá)設(shè)定值。此時(shí)，電極兩端會發(fā)生放電現(xiàn)象，主機(jī)會顯示絕緣油樣品的擊穿電壓。絕緣油耐壓測試儀的主要功能就是檢測該擊穿電壓值。絕緣油耐壓測試儀通常由升壓模塊、測量模塊以及配套設(shè)備組成。絕緣油耐壓測試儀的輸出電壓一般不低于60 kV，升壓速度一般為2 kV/s或者3 kV/s。絕緣油耐壓測試儀內(nèi)部的基本原理框圖如圖1所示。圖中，高壓變壓器的輸出電壓可達(dá)60 kV，為了避免擊穿放電瞬間產(chǎn)生大電流，圖1在兩個(gè)高壓變壓器的一次側(cè)分別串聯(lián)一個(gè)大電阻，起到限流和降低放電強(qiáng)度的作用[1-4]。

2 絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置

為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結(jié)果的可靠性，人們需要采用有效的校準(zhǔn)裝置定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)。絕緣油耐壓測試儀誤差校準(zhǔn)原理框圖如圖2所示。圖中，校準(zhǔn)裝置由儀器主機(jī)、高壓分壓器（2個(gè)）、高壓分合模塊、隔離模塊、高壓引線等組成。由絕緣油耐壓測試儀的工作原理可知，其內(nèi)部是由兩臺高壓變壓器構(gòu)成的高壓系統(tǒng)，所以，在對其校準(zhǔn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一要考慮兩臺高壓變壓器的帶載能力，二要考慮兩臺變壓器相位差引入的誤差。校準(zhǔn)裝置各組成部分介紹如下。

2.1 主機(jī)

主機(jī)用于對校準(zhǔn)過程進(jìn)行控制并顯示校準(zhǔn)結(jié)果。被校絕緣油耐壓儀的高壓輸出接入校準(zhǔn)裝置高壓分壓器的輸入端，經(jīng)電容分壓后送入主機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器，并通過CPU完成數(shù)字濾波等數(shù)字信號的處理，最終由主機(jī)顯示器進(jìn)行顯示[5]。

2.2 高壓分壓器

高壓分壓器的選擇對整個(gè)裝置準(zhǔn)確度的控制至關(guān)重要。由絕緣油耐壓測試儀的工作原理可知，其內(nèi)部是由兩臺高壓變壓器構(gòu)成的高壓系統(tǒng)，所以，在高壓分壓器的選擇時(shí)，一要考慮兩臺高壓變壓器的帶載能力，二要考慮兩臺變壓器相位差引入的誤差。本課題采用的是雙高壓電容分壓器。在高壓電容分壓器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照國際標(biāo)準(zhǔn)要求，預(yù)先對分壓器進(jìn)行分壓比、線性度、溫度效應(yīng)、短期穩(wěn)定等試驗(yàn)[6]，并將兩個(gè)高壓電容分壓器的介質(zhì)損耗值控制在10-5以內(nèi)，相位差控制在5×10-4rad以內(nèi)，額定工作頻率在50 Hz和60 Hz下分壓比差別小于0.1%，從而把整個(gè)裝置的誤差控制在±0.2%以內(nèi)。

2.3 高壓分合模塊

高壓分合模塊的作用是對輸入的高壓信號進(jìn)行瞬時(shí)短接，從而模擬絕緣油耐壓測試的實(shí)際工作狀態(tài)。高壓分合模塊的原理如圖3所示。圖中，左起第一對電極為測量電極，校準(zhǔn)時(shí)，被校絕緣油耐壓測試儀的高壓端從該對電極引入;第二對電極為模擬負(fù)荷，校準(zhǔn)時(shí)，這對電極可使被校絕緣油耐壓測試儀處于模擬帶載狀態(tài);第三對電極為控制電極，校準(zhǔn)時(shí)，這對電極用于對擊穿放電狀況進(jìn)行控制。

2.4 隔離模塊

由絕緣油耐壓儀的工作原理可知，校準(zhǔn)時(shí)分合終端會發(fā)生擊穿放電并對主機(jī)產(chǎn)生影響。為了減小干擾信號對主機(jī)的沖擊，此時(shí)需要采用隔離模塊對信號進(jìn)行電氣隔離。隔離模塊應(yīng)放置高壓分壓器與主機(jī)之間并使二者保持一定的安全距離，一般應(yīng)在2 m以上。

3 絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分析

由絕緣油耐壓測試儀的基本原理可知，絕緣油耐壓測試儀的校準(zhǔn)項(xiàng)目主要有電壓示值誤差、時(shí)間測量誤差、升壓速度誤差、諧波總含量等。限于篇幅，本文僅給出電壓示值誤差的不確定度。電壓示值誤差的數(shù)學(xué)模型為：

式中，[ΔU]為電壓示值誤差;[Ux]為被校絕緣油耐壓測試儀的顯示值;[UN]為絕緣耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置的顯示值。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

3.1.1 輸入量[Ux]的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（Ux）]的評定。輸入量[Ux]的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（Ux）]主要是由絕緣油耐壓測試儀測量結(jié)果的不重復(fù)引起的，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進(jìn)行評定。

選擇60 kV電壓值，對一臺絕緣油耐壓測試儀分別進(jìn)行10次連續(xù)測量，得到測量列，如表1所示。

對于單次測量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差，利用貝塞爾公式進(jìn)行計(jì)算。

絕緣油耐壓測試儀測量結(jié)果的不重復(fù)引入的不確定度為：

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（UN）]的評定。輸入量[UN]的不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度引入，按均勻分布考慮，包含因子[k=3]，則由標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量為：

3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

靈敏系數(shù)為：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度估算為：

計(jì)算可得，[ucrel]=0.13%。

3.3 測量不確定度的報(bào)告與表示

取包含因子[k]=2，則60 kV測量點(diǎn)的相對擴(kuò)展不確定度可表示為：[Urel]=0.3%。

4 結(jié)語

絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強(qiáng)度進(jìn)行檢測的專用儀器，其測試結(jié)果的準(zhǔn)確與否對電力設(shè)備安全運(yùn)行至關(guān)重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結(jié)果的可靠性，人們需要定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置，并給出了校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度。不確定度評定結(jié)果表明，所構(gòu)建的絕緣油耐壓測試儀校準(zhǔn)裝置可滿足相關(guān)規(guī)程中規(guī)定的1級或以下等級絕緣油耐壓測試儀的校準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂英杰，楊雷，郟東耀.絕緣油耐壓測試儀的設(shè)計(jì)及抗干擾措施[J].儀表技術(shù)與傳感器，2002（1）：18-20.

[2]唐耀庚.采用單片機(jī)的變壓器絕緣油擊穿電壓測試儀[J].電測與儀表，2001（421）：23-25.

[3]崔雪英，貢照天.絕緣油耐壓測試儀的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2007（3）：64-67

[4]國家能源局.高壓測試儀器及設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范 第4部分：絕緣油耐壓測試儀：DL/T 1694.4—2017[S].北京：中國電力出版社，2017.

[5]國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.絕緣油擊穿電壓測定法：GB/T507-2002[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[6]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.高電壓試驗(yàn)技術(shù) 第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求：GB/T 16927.1—2011[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.