绝缘子直流绝缘电阻测量系统

果翔 辽宁维航基业科技有限公司

一、引言

随着我们国家的工业和农业生产的发展和人们生活水平的逐渐提高[1]，电力业作为国民经济的基础之一，取得了迅猛的发展。电力系统的高速度大规模的发展为我国国民经济的稳步增长提供了可靠的保障，与此同时我国电力系统的安全稳定运行也面临一些必须认真考虑、妥善解决的问题，所以准确测量电力系统设备的工作参数已成为电力系统必须面对的一个重要问题。

线路用绝缘子是输电线路的主要绝缘支撑部件，其运行使用寿命、可靠性、维护工作量均为绝缘子选择时所需要综合考虑的主要因素。输电线路用绝缘子应朝着高可靠性、高污耐压、机电破坏值分散性小的方向发展。

二、绝缘子直流绝缘电阻测量系统背景介绍

（一）绝缘子简介

绝缘子是将导线绝缘的固定和悬吊在杆塔上的电器元件。一般由绝缘体（如瓷件、玻璃钢）和金属附件（如钢脚、铁帽等）等部分构成。在电力系统工程中，绝缘子的应用很广，它一般在大气条件下工作，属于外绝缘设备。架空输电线路、发电厂和变电所的母线和各种电气设备的外部带电导体均须用绝缘子支持，并使之与大地（或接地物）或其他电电位差的异体绝缘[2]。线路绝缘子在输配电线路中起到固定导线的作用，据此按其结构不同分为针式、悬式和横担式三类。在架空线路所用绝缘子中，我们常用的绝缘子有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。另一方面，依绝缘子的材质分类，有瓷质绝缘子，玻璃钢绝缘子和复合绝缘子[3]。

（二）测量方法

在经过现场调研和与客户沟通后，决定采用绝缘电阻法，其原理是：将待测绝缘子放入加热箱加热至120℃并保持恒温，缓慢调压至30KV，待稳定后开始测量电压和电流信号。通过人机界面进行测量通道、精度等设定，完成滤波和在线测量，实时显示待测绝缘子阻值。

三、硬件部分设计

（一）系统总体结构概述

本系统采用ZGF-60型便携式直流高压发生器产生0～30KV高压直流电压。将此高压加在串联的待测电阻和测量电阻上，通过测量测量电阻上的电压，通过分压计算来推算出待测电阻的阻值。测量电阻电压由测量模块测得，经过通信模块传入上位机，上位机进行数据统计和处理后存入上位机内或者通过打印机打印，见图1。

图1 系统硬件设计Fig. 1 System Hardware Design

所实现的主要功能和性能如下：

1.利用变压以及倍压整流技术用于产生0～30KV直流连续可调电压，并且具有过压和过流保护；

2.实现档位切换功能，在测量不同大小阻值的绝缘子阻值时，可以切换到不同的档位；

3.完成微机显示、录入数据库等人机界面功能，实现模/数转换，高压和低压两部分之间的连接安全可靠，并且不影响测量；

4.测试时电流的档位是0～1000nA和1μA～200μA。

（二）绝缘子电阻测量方法

本系统使用的高压发生器为大连理工大学研发的ZGF-60型便携式直流高压发生器。。

图2中，Rx为待测电阻，在测量Rx时，所需直流高压电源输出一个已知的稳定的直流高压，随着Rx的不同，串联电阻Rstd会线性分得不同的电压，通过采样、换算Rstd上的电压、便可以的到被测电阻Rx的阻值。依据分压关系，我们可以得到：

其中，V1为高压发生器产生的电压，V2为测得的电压。

在在测得电压信号后，由PEC8000型PLC把数据传送至上位机。

四、绝缘子特性分析及软件部分设计

（一）绝缘子特性

在对绝缘子的特性进行分析后，得出绝缘子本身具有容性负载特性。直流线路所用瓷质绝缘子的电介质瓷是中性固体电介质，其极化主要是电子位移极化和离子位移极化，他们是无损的或者几乎是无损的；气体电介质的极化率很小。因此，瓷质绝缘子的等效电路可以化简为R1与Cg的并联，如图3所示。

图3 简化等效电路Fig. 3 Simplify Equivalent Circuit

（二）滤波算法

由于绝缘子具有容性负载特性，以及高压直流电源提供的50Hz电压会有高次谐波干扰，所以本文对一阶滞后滤波法、数字低通滤波器滤波法、和把均值滤波与限幅滤波结合的均值限幅滤波法三种方法进行了比较[5]。

在真值为8.5453e-5的测试条件下，经过三种方法处理后的结果对比表1[6]。由表中数据可以清楚的看到，均值限幅滤波法无论在结果还是标准差上都优于其他两种方法，因此选用此方法。

表1 三种方法处理后的结果对比Tab. 1 Comparison of results by three methods

（三）人机界面设计

在启动测量软件进行绝缘子直流绝缘电阻测量之前，按相关的绝缘子测量操作规程将待测绝缘子置入保温箱，升温至要求温度后启动测量软件。图5所示为主页面，可以设置测试次数、试样、精度等参数并实时显示数据。通过主页面下方的几个按钮可以进入其他页面，包括产品型号管理页面，数据管理页面，历史参考页面。

图4 测量页面Fig. 4 Measurement Page

（四）数据库设计

按照结构化设计方法，数据库设计的步骤包括：需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实施与测试、运行维护等几个阶段。与此同时，可进行系统程序的开发设计。

首先进行系统的需求分析。我们需要建立一个简单的数据库，它的内容包括产品型号、测试温度、电压幅值、电流强度、电阻阻值、式样型号等。同时对数据库能够进保存、查找、添加、删除等基本操作，并且能够与VB进行良好地进行交互和操作[8]。

图7 ER实体模型Fig. 7 ER Solid Model

五、结论

本文给出了绝缘子直流绝缘电阻测量系统的设计和实现。根据现场调研设计了合理的测量方法和硬件装置，开发了易于操作、功能完善的人机界面，使每组产品测量时间间隔缩短，提高了工作效率。系统经现场安装调试后，运行稳定，得到客户的认可和好评。

致谢：

感谢我的导师杨建华教授在我学习和工作上的悉心指导和帮助。