直流絕緣電阻測量系統(tǒng)

王晶媛 李煊

1絕緣子直流絕緣電阻測量系統(tǒng)背景介紹

1.1絕緣子簡介

絕緣子是將導線絕緣的固定和懸吊在桿塔上的電器元件。一般由絕緣體（如瓷件、玻璃鋼）和金屬附件（如鋼腳、鐵帽等）等部分構成。在電力系統(tǒng)工程中，絕緣子的應用很廣，它一般在大氣條件下工作，屬于外絕緣設備。架空輸電線路、發(fā)電廠和變電所的母線和各種電氣設備的外部帶電導體均須用絕緣子支持，并使之與大地（或接地物）或其他電電位差的異體絕緣[2]。線路絕緣子在輸配電線路中起到固定導線的作用，據(jù)此按其結構不同分為針式、懸式和橫擔式三類。在架空線路所用絕緣子中，我們常用的絕緣子有針式絕緣子、蝶式絕緣子、懸式絕緣子、瓷橫擔、棒式絕緣子和拉緊絕緣子等。另一方面，依絕緣子的材質分類，有瓷質絕緣子，玻璃鋼絕緣子和復合絕緣子[3]。

1.2測量方法

針對絕緣子運行狀況，從電的角度，可分為電量和非電量兩種檢測方法，電量主要有分布電壓法、絕緣電阻法和泄漏電流法，非電量主要有超聲波檢測法、激光多普勒振動法和紅外熱像儀法。

在經(jīng)過現(xiàn)場調研和與客戶溝通后，決定采用絕緣電阻法，其原理是：將待測絕緣子放入加熱箱加熱至120℃并保持恒溫，緩慢調壓至30KV，待穩(wěn)定后開始測量電壓和電流信號。通過人機界面進行測量通道、精度等設定，完成濾波和在線測量，實時顯示待測絕緣子阻值。

2硬件部分設計

2.1系統(tǒng)總體結構概述

本系統(tǒng)采用ZGF-60型便攜式直流高壓發(fā)生器產(chǎn)生0～30KV高壓直流電壓。將此高壓加在串聯(lián)的待測電阻和測量電阻上，通過測量測量電阻上的電壓，通過分壓計算來推算出待測電阻的阻值。測量電阻電壓由測量模塊測得，經(jīng)過通信模塊傳入上位機，上位機進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理后存入上位機內或者通過打印機打印，見圖1。

本系統(tǒng)將高壓集裝化技術和高壓測流技術相結合，以提高絕緣子電阻測量自動化的水平，盡可能減輕工人的勞動強度，提高工作效率[4]。所實現(xiàn)的主要功能和性能如下：

（1）利用變壓以及倍壓整流技術用于產(chǎn)生0～30KV直流連續(xù)可調電壓，并且具有過壓和過流保護;

（2）實現(xiàn)檔位切換功能，在測量不同大小阻值的絕緣子阻值時，可以切換到不同的檔位;

（3）完成微機顯示、錄入數(shù)據(jù)庫等人機界面功能，實現(xiàn)模/數(shù)轉換，高壓和低壓兩部分之間的連接安全可靠，并且不影響測量;

（4）測試時電流的檔位是0～1000nA和1μA～200μA。

2.2絕緣子電阻測量方法

本系統(tǒng)使用的高壓發(fā)生器為大連理工大學研發(fā)的ZGF-60型便攜式直流高壓發(fā)生器。便攜式直流高壓發(fā)生器亦稱直流高壓試驗器，是電力系統(tǒng)絕緣檢測用的常用儀器，廣泛用于電力工業(yè)生產(chǎn)、基建和科研的各個部門，對電纜、電機、變壓器避雷器等高壓電器進行耐壓試驗和泄漏電流的測試，同時亦可用于靜電技術和其他需要直流高壓的場合。

其中， 為高壓發(fā)生器產(chǎn)生的電壓， 為測得的電壓。

在在測得電壓信號后，由PEC8000型PLC把數(shù)據(jù)傳送至上位機。

3絕緣子特性分析及軟件部分設計

3.1絕緣子特性

在對絕緣子的特性進行分析后，得出絕緣子本身具有容性負載特性，據(jù)此做出絕緣子的RC網(wǎng)絡等效電路，如圖3。

圖中 為泄漏電阻（包括體泄漏電阻和表面泄漏電阻）; 為漏導電流; 為電介質真空和無損耗極化所形成的電容; 為流過 的電流; 為有損耗極化所形成的電容; 為有損耗極化所形成的等效電阻; 為流過 、 支路的電流，可分為有功分量 及無功分量 。

直流線路所用瓷質絕緣子的電介質瓷是中性固體電介質，其極化主要是電子位移極化和離子位移極化，他們是無損的或者幾乎是無損的;氣體電介質的極化率很小。因此，瓷質絕緣子的等效電路可以化簡為 與 的并聯(lián)，如圖4所示。

3.2濾波算法

由于絕緣子具有容性負載特性，以及高壓直流電源提供的50Hz電壓會有高次諧波干擾，所以本文對一階滯后濾波法、數(shù)字低通濾波器濾波法、和把均值濾波與限幅濾波結合的均值限幅濾波法三種方法進行了比較[5]。

在真值為8.5453e-5的測試條件下，經(jīng)過三種方法處理后的結果對比表1[6]。由表中數(shù)據(jù)可以清楚的看到，均值限幅濾波法無論在結果還是標準差上都優(yōu)于其他兩種方法，因此選用此方法。

3.3人機界面設計

在啟動測量軟件進行絕緣子直流絕緣電阻測量之前，按相關的絕緣子測量操作規(guī)程將待測絕緣子置入保溫箱，升溫至要求溫度后啟動測量軟件。圖5所示為主頁面，可以設置測試次數(shù)、試樣、精度等參數(shù)并實時顯示數(shù)據(jù)。通過主頁面下方的幾個按鈕可以進入其他頁面，包括產(chǎn)品型號管理頁面，數(shù)據(jù)管理頁面，歷史參考頁面。產(chǎn)品型號管理頁面用于用戶添加和刪除產(chǎn)品型號，數(shù)據(jù)管理頁面用于查詢數(shù)據(jù)和打印報表，歷史參考頁面用于查詢歷史數(shù)據(jù)。頁面設計合理，功能完善，方便用戶操作。圖6為數(shù)據(jù)管理頁面。

結論

本文給出了絕緣子直流絕緣電阻測量系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場調研設計了合理的測量方法和硬件裝置，開發(fā)了易于操作、功能完善的人機界面，使每組產(chǎn)品測量時間間隔縮短，提高了工作效率。系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場安裝調試后，運行穩(wěn)定，得到客戶的認可和好評。