基于PLC 的新型絕緣靴（手套）耐壓試驗系統設計

劉 罡，劉 暢，李風澤，姜春陽

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國電力科學研究院，湖北 武漢 430074）

0 引言

絕緣介電強度試驗是確認電氣設備絕緣可靠性的重要試驗，分為耐壓試驗和擊穿電壓試驗。絕緣靴（手套）耐壓測試屬于耐壓試驗范疇，需要試驗系統在高壓測試條件下，對高壓泄漏電流進行精確檢測和過流脫扣控制。傳統絕緣靴（手套）耐壓試驗系統存在功能簡單，高壓泄漏電流測試困難等問題［1］。

針對上述問題，設計一種基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的耐壓試驗系統。系統利用PLC 平臺系統的高性能、接線簡單、編程簡單、組態設計易于更改、抗干擾能力強、具備自診斷功能等優點進行耐壓試驗系統設計，獲得完善可靠與功能可擴展的控制、采集、保護和分析于一體的新系統。

1 試驗系統組成

試驗系統如圖1 所示，由控制臺、調壓器、高壓試驗變壓器、無線電動球隙、分壓器等組成。試驗系統的主回路為接觸式調壓器、試驗變壓器和保護裝置，控制線路為繼電器、接觸器和驅動電機組成的繼電控制系統，實現操作順序和升降壓速度變化、升降壓過程控制等智能控制的程序化功能，對PLC 的功能需求為：開關量邏輯控制、步進電機控制、電壓電流變送器信號采集、HMI 組態屏設計、升壓及耐壓過程控制、定時計數處理、無線微安表組網通信等［2］。

2 控制系統硬件架構

耐壓試驗系統的核心處理單元為PLC 控制系統，其硬件總體架構如圖2 所示。可編程控制器為控制系統的核心部件；數字輸入接口DI 主要用來接收來自零位形成開關、滿位形成開關、門聯鎖開關的數字檢測輸入信號；模擬輸入接口AI 用來接收外界溫度模擬信號以及經信號處理器轉換的電壓、電流模擬信號；數字輸出接口DO 主要功能為對指示器、驅動器、執行器發出數字信號完成對調壓異步電機的控制；串行通信接口RS485 可實現與組態屏通信；備用串行通信接口RS232 可完成擴展客戶端通信。

圖1 耐壓試驗系統組成

圖2 控制系統總體硬件架構

3 人機交互界面設計

人機交互界面為耐壓測試系統輸出單元，為滿足觸屏操作功能，選用TK6070i 型觸摸組態屏，其技術參數如表1 所示。通過觸摸組態屏，將系統所需要控制內容，編寫為相應程序，并在觸摸組態屏顯示［3］。人機交互界面不僅大大提高了操作的方便性，還顯著提高了PLC 的工作效率。

4 試驗軟件設計

控制系統軟件功能包括工作方式設定、動作順序控制、耐壓時間設定、調壓器位置檢測與報警、試驗電路過電流保護等。利用組態屏制作界面，配合PLC 硬件控制系統實現操控和監視試驗過程的功能。系統軟件采用EasyBuilder8000 V4.66 進行組態界面開發，界面設計效果如圖3 所示。由圖3 可知試驗軟件界面可分為窗口頁眉標題、低壓測量參數、工作燈指示、高壓測量參數顯示、參數設置顯示、工作信息提示和觸控操作區7 部分［4］。

表1 觸摸組態屏規格指標

圖3 試驗軟件界面設計

5 試驗驗證

為驗證試驗系統總體性能，選取絕緣靴和絕緣手套2 種不同試驗品分別進行試驗。

5.1 絕緣靴驗證試驗

絕緣靴試驗選用鋼珠為導電介質，將鋼珠倒入絕緣靴內同時與高壓試驗變壓器高端相連。絕緣靴放置試驗平臺地電極上同時與高壓試驗變壓器低端相連。將高流表串聯接入試驗回路中。依據文獻［5］對一額定電壓為20 kV 的2 級絕緣靴分別施加不同試驗電壓通電1 min，通過高壓電流表讀取泄漏電流值如表2 所示。由表2 可知，在試驗電壓為1 kV 時，泄漏電流為0 mA；當試驗電壓在額定電壓范圍內時，高壓電流表可正常讀取泄漏電流值；當試驗電壓遠大于額定電壓時，控制系統報警，高壓脫扣功能響應，試驗中斷。試驗系統滿足預期要求。

表2 2 級絕緣靴耐壓試驗

5.2 絕緣手套驗證試驗

絕緣手套試驗與絕緣靴試驗方法基本相同。依據文獻［6］對一額定電壓為10 kV 的1 級絕緣手套施加不同試驗電壓通電1 min，通過高壓電流表讀取泄漏電流值如表3 所示。由表3 可知，在試驗電壓為0.2 kV 時，泄漏電流為0 mA；當試驗電壓在額定電壓范圍內時，高壓電流表可正常讀取泄漏電流值；當試驗電壓遠大于額定電壓時，控制系統報警，高壓脫扣功能響應，試驗中斷。試驗系統滿足預期要求。

表3 1 級絕緣手套耐壓試驗

6 結語

為解決傳統絕緣靴（手套）耐壓試驗系統存在功能簡單、高壓泄漏電流測試困難等問題，提出一種新型耐壓試驗系統，從控制系統硬件架構、人機交互界面、試驗軟件等方面分別進行設計，選取絕緣靴和絕緣手套兩類不同被試品對系統的診斷和高壓脫口功能進行了驗證。系統可同時進行10 只試品的試驗，為避免重復試驗，采用高壓分斷技術，試驗過程中可以將擊穿的試品脫離高壓試驗系統，沒有擊穿的試品繼續試驗直到完成試驗，極大提高試驗工作的效率。本試驗系統高壓脫扣功能在實際使用中成功率可達到90%以上，如何進一步提高脫扣成功率是未來主要研究方向。