絕緣油耐壓測試儀校準技術研究

徐彩軍

摘 要：絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強度進行檢測的專用儀器，其測試結果的準確與否對電力設備安全運行至關重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結果的可靠性，人們需要定期對其進行校準。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎上，構建了絕緣油耐壓測試儀校準裝置，并給出了校準結果的不確定度。不確定度評定結果表明，所構建的絕緣油耐壓測試儀校準裝置可滿足相關規程中規定的1級或以下等級絕緣油耐壓測試儀的校準要求。

關鍵詞：絕緣油耐壓測試儀;電壓示值誤差;校準裝置;不確定度

中圖分類號：TM855文獻標識碼：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，Fuzhou 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

絕緣油是電力系統中最常見的絕緣材料之一。在電力系統中，絕緣油在充油電氣設備運行中容易受到氧氣、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行檢測。絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強度進行檢測的專用儀器，其測試結果的準確與否對電力設備安全運行至關重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結果的可靠性，人們需要定期對其進行校準。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎上，構建了絕緣油耐壓測試儀校準裝置，并給出了校準結果的不確定度。

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度特性進行檢測的專用儀器，其工作原理通常是按絕緣油介電強度試驗要求設定試驗電壓值，對放在試樣杯里的絕緣油施加一個設定速率連續上升的試驗電壓，直至到達設定值。此時，電極兩端會發生放電現象，主機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60 kV，為了避免擊穿放電瞬間產生大電流，圖1在兩個高壓變壓器的一次側分別串聯一個大電阻，起到限流和降低放電強度的作用[1-4]。

2 絕緣油耐壓測試儀校準裝置

為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結果的可靠性，人們需要采用有效的校準裝置定期對其進行校準。絕緣油耐壓測試儀誤差校準原理框圖如圖2所示。圖中，校準裝置由儀器主機、高壓分壓器（2個）、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，其內部是由兩臺高壓變壓器構成的高壓系統，所以，在對其校準裝置進行設計時，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。校準裝置各組成部分介紹如下。

2.1 主機

主機用于對校準過程進行控制并顯示校準結果。被校絕緣油耐壓儀的高壓輸出接入校準裝置高壓分壓器的輸入端，經電容分壓后送入主機中的A/D轉換器，并通過CPU完成數字濾波等數字信號的處理，最終由主機顯示器進行顯示[5]。

2.2 高壓分壓器

高壓分壓器的選擇對整個裝置準確度的控制至關重要。由絕緣油耐壓測試儀的工作原理可知，其內部是由兩臺高壓變壓器構成的高壓系統，所以，在高壓分壓器的選擇時，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計時，應按照國際標準要求，預先對分壓器進行分壓比、線性度、溫度效應、短期穩定等試驗[6]，并將兩個高壓電容分壓器的介質損耗值控制在10-5以內，相位差控制在5×10-4rad以內，額定工作頻率在50 Hz和60 Hz下分壓比差別小于0.1%，從而把整個裝置的誤差控制在±0.2%以內。

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行瞬時短接，從而模擬絕緣油耐壓測試的實際工作狀態。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，校準時，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荷，校準時，這對電極可使被校絕緣油耐壓測試儀處于模擬帶載狀態;第三對電極為控制電極，校準時，這對電極用于對擊穿放電狀況進行控制。

2.4 隔離模塊

由絕緣油耐壓儀的工作原理可知，校準時分合終端會發生擊穿放電并對主機產生影響。為了減小干擾信號對主機的沖擊，此時需要采用隔離模塊對信號進行電氣隔離。隔離模塊應放置高壓分壓器與主機之間并使二者保持一定的安全距離，一般應在2 m以上。

3 絕緣油耐壓測試儀校準結果的不確定度分析

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項目主要有電壓示值誤差、時間測量誤差、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。電壓示值誤差的數學模型為：

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裝置的顯示值。

3.1 標準不確定度分量的評定

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

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

對于單次測量試驗標準差，利用貝塞爾公式進行計算。

絕緣油耐壓測試儀測量結果的不重復引入的不確定度為：

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

3.2 合成標準不確定度的評定

靈敏系數為：

合成標準不確定度估算為：

計算可得，[ucrel]=0.13%。

3.3 測量不確定度的報告與表示

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

4 結語

絕緣油耐壓測試儀是對絕緣油的介電強度進行檢測的專用儀器，其測試結果的準確與否對電力設備安全運行至關重要。為確保絕緣油耐壓測試儀檢測結果的可靠性，人們需要定期對其進行校準。本文在介紹絕緣油耐壓測試儀基本原理的基礎上，構建了絕緣油耐壓測試儀校準裝置，并給出了校準結果的不確定度。不確定度評定結果表明，所構建的絕緣油耐壓測試儀校準裝置可滿足相關規程中規定的1級或以下等級絕緣油耐壓測試儀的校準要求。

參考文獻：

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

[2]唐耀庚.采用單片機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計[J].工業儀表與自動化裝置，2007（3）：64-67

[4]國家能源局.高壓測試儀器及設備校準規范 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]國家標準化管理委員會.絕緣油擊穿電壓測定法：GB/T507-2002[S].北京：中國標準出版社，2017.

[6]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.高電壓試驗技術 第1部分：一般定義及試驗要求：GB/T 16927.1—2011[S].北京：中國標準出版社，2012.