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(dǎo)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(gòu)成。在電力系統(tǒng)工程中，絕緣子的應(yīng)用很廣，它一般在大氣條件下工作，屬于外絕緣設(shè)備。架空輸電線路、發(fā)電廠和變電所的母線和各種電氣設(shè)備的外部帶電導(dǎo)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(dǎo)線的作用，據(jù)此按其結(jié)構(gòu)不同分為針式、懸式和橫擔(dān)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(dān)、棒式絕緣子和拉緊絕緣子等。另一方面，依絕緣子的材質(zhì)分類，有瓷質(zhì)絕緣子，玻璃鋼絕緣子和復(fù)合絕緣子[3]。

1.2測量方法

針對絕緣子運(yùn)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(diào)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(diào)壓至30KV，待穩(wěn)定后開始測量電壓和電流信號。通過人機(jī)界面進(jìn)行測量通道、精度等設(shè)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(shè)計

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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(jī)，上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理后存入上位機(jī)內(nèi)或者通過打印機(jī)打印，見圖1。

本系統(tǒng)將高壓集裝化技術(shù)和高壓測流技術(shù)相結(jié)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(qiáng)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(shù)用于產(chǎn)生0～30KV直流連續(xù)可調(diào)電壓，并且具有過壓和過流保護(hù);

（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(jī)顯示、錄入數(shù)據(jù)庫等人機(jī)界面功能，實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)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(xué)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(jī)、變壓器避雷器等高壓電器進(jìn)行耐壓試驗和泄漏電流的測試，同時亦可用于靜電技術(shù)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(jī)。

3絕緣子特性分析及軟件部分設(shè)計

3.1絕緣子特性

在對絕緣子的特性進(jìn)行分析后，得出絕緣子本身具有容性負(fù)載特性，據(jù)此做出絕緣子的RC網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)電流; 為電介質(zhì)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(zhì)絕緣子的電介質(zhì)瓷是中性固體電介質(zhì)，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(zhì)的極化率很小。因此，瓷質(zhì)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(fù)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(jié)合的均值限幅濾波法三種方法進(jìn)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(jié)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(jié)果還是標(biāo)準(zhǔn)差上都優(yōu)于其他兩種方法，因此選用此方法。

3.3人機(jī)界面設(shè)計

在啟動測量軟件進(jìn)行絕緣子直流絕緣電阻測量之前，按相關(guān)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(shè)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(jìn)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(shè)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(jié)論

本文給出了絕緣子直流絕緣電阻測量系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研設(shè)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(jī)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(diào)試后，運(yùn)行穩(wěn)定，得到客戶的認(rèn)可和好評。