絕緣子直流絕緣電阻測量系統

果翔 遼寧維航基業科技有限公司

一、引言

隨著我們國家的工業和農業生產的發展和人們生活水平的逐漸提高[1]，電力業作為國民經濟的基礎之一，取得了迅猛的發展。電力系統的高速度大規模的發展為我國國民經濟的穩步增長提供了可靠的保障，與此同時我國電力系統的安全穩定運行也面臨一些必須認真考慮、妥善解決的問題，所以準確測量電力系統設備的工作參數已成為電力系統必須面對的一個重要問題。

線路用絕緣子是輸電線路的主要絕緣支撐部件，其運行使用壽命、可靠性、維護工作量均為絕緣子選擇時所需要綜合考慮的主要因素。輸電線路用絕緣子應朝著高可靠性、高污耐壓、機電破壞值分散性小的方向發展。

二、絕緣子直流絕緣電阻測量系統背景介紹

（一）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]。

（二）測量方法

在經過現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。

三、硬件部分設計

（一）系統總體結構概述

本系統采用ZGF-60型便攜式直流高壓發生器產生0～30KV高壓直流電壓。將此高壓加在串聯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，經過通信模塊傳入上位機，上位機進行數據統計和處理后存入上位機內或者通過打印機打印，見圖1。

圖1 系統硬件設計Fig. 1 System Hardware Design

所實現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生0～30KV直流連續可調電壓，并且具有過壓和過流保護；

2.實現檔位切換功能，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、錄入數據庫等人機界面功能，實現模/數轉換，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。

（二）絕緣子電阻測量方法

本系統使用的高壓發生器為大連理工大學研發的ZGF-60型便攜式直流高壓發生器。。

圖2中，Rx為待測電阻，在測量Rx時，所需直流高壓電源輸出一個已知的穩定的直流高壓，隨著Rx的不同，串聯電阻Rstd會線性分得不同的電壓，通過采樣、換算Rstd上的電壓、便可以的到被測電阻Rx的阻值。依據分壓關系，我們可以得到：

其中，V1為高壓發生器產生的電壓，V2為測得的電壓。

在在測得電壓信號后，由PEC8000型PLC把數據傳送至上位機。

四、絕緣子特性分析及軟件部分設計

（一）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。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R1與Cg的并聯，如圖3所示。

圖3 簡化等效電路Fig. 3 Simplify Equivalent Circuit

（二）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，經過三種方法處理后的結果對比表1[6]。由表中數據可以清楚的看到，均值限幅濾波法無論在結果還是標準差上都優于其他兩種方法，因此選用此方法。

表1 三種方法處理后的結果對比Tab. 1 Comparison of results by three methods

（三）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、試樣、精度等參數并實時顯示數據。通過主頁面下方的幾個按鈕可以進入其他頁面，包括產品型號管理頁面，數據管理頁面，歷史參考頁面。

圖4 測量頁面Fig. 4 Measurement Page

（四）數據庫設計

按照結構化設計方法，數據庫設計的步驟包括：需求分析、概念設計、邏輯設計、物理設計、實施與測試、運行維護等幾個階段。與此同時，可進行系統程序的開發設計。

首先進行系統的需求分析。我們需要建立一個簡單的數據庫，它的內容包括產品型號、測試溫度、電壓幅值、電流強度、電阻阻值、式樣型號等。同時對數據庫能夠進保存、查找、添加、刪除等基本操作，并且能夠與VB進行良好地進行交互和操作[8]。

圖7 ER實體模型Fig. 7 ER Solid Model

五、結論

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

致謝：

感謝我的導師楊建華教授在我學習和工作上的悉心指導和幫助。