基于PLC 的新型绝缘靴（手套）耐压试验系统设计

刘 罡，刘 畅，李风泽，姜春阳

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国电力科学研究院，湖北 武汉 430074）

0 引言

绝缘介电强度试验是确认电气设备绝缘可靠性的重要试验，分为耐压试验和击穿电压试验。绝缘靴（手套）耐压测试属于耐压试验范畴，需要试验系统在高压测试条件下，对高压泄漏电流进行精确检测和过流脱扣控制。传统绝缘靴（手套）耐压试验系统存在功能简单，高压泄漏电流测试困难等问题［1］。

针对上述问题，设计一种基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的耐压试验系统。系统利用PLC 平台系统的高性能、接线简单、编程简单、组态设计易于更改、抗干扰能力强、具备自诊断功能等优点进行耐压试验系统设计，获得完善可靠与功能可扩展的控制、采集、保护和分析于一体的新系统。

1 试验系统组成

试验系统如图1 所示，由控制台、调压器、高压试验变压器、无线电动球隙、分压器等组成。试验系统的主回路为接触式调压器、试验变压器和保护装置，控制线路为继电器、接触器和驱动电机组成的继电控制系统，实现操作顺序和升降压速度变化、升降压过程控制等智能控制的程序化功能，对PLC 的功能需求为：开关量逻辑控制、步进电机控制、电压电流变送器信号采集、HMI 组态屏设计、升压及耐压过程控制、定时计数处理、无线微安表组网通信等［2］。

2 控制系统硬件架构

耐压试验系统的核心处理单元为PLC 控制系统，其硬件总体架构如图2 所示。可编程控制器为控制系统的核心部件；数字输入接口DI 主要用来接收来自零位形成开关、满位形成开关、门联锁开关的数字检测输入信号；模拟输入接口AI 用来接收外界温度模拟信号以及经信号处理器转换的电压、电流模拟信号；数字输出接口DO 主要功能为对指示器、驱动器、执行器发出数字信号完成对调压异步电机的控制；串行通信接口RS485 可实现与组态屏通信；备用串行通信接口RS232 可完成扩展客户端通信。

图1 耐压试验系统组成

图2 控制系统总体硬件架构

3 人机交互界面设计

人机交互界面为耐压测试系统输出单元，为满足触屏操作功能，选用TK6070i 型触摸组态屏，其技术参数如表1 所示。通过触摸组态屏，将系统所需要控制内容，编写为相应程序，并在触摸组态屏显示［3］。人机交互界面不仅大大提高了操作的方便性，还显著提高了PLC 的工作效率。

4 试验软件设计

控制系统软件功能包括工作方式设定、动作顺序控制、耐压时间设定、调压器位置检测与报警、试验电路过电流保护等。利用组态屏制作界面，配合PLC 硬件控制系统实现操控和监视试验过程的功能。系统软件采用EasyBuilder8000 V4.66 进行组态界面开发，界面设计效果如图3 所示。由图3 可知试验软件界面可分为窗口页眉标题、低压测量参数、工作灯指示、高压测量参数显示、参数设置显示、工作信息提示和触控操作区7 部分［4］。

表1 触摸组态屏规格指标

图3 试验软件界面设计

5 试验验证

为验证试验系统总体性能，选取绝缘靴和绝缘手套2 种不同试验品分别进行试验。

5.1 绝缘靴验证试验

绝缘靴试验选用钢珠为导电介质，将钢珠倒入绝缘靴内同时与高压试验变压器高端相连。绝缘靴放置试验平台地电极上同时与高压试验变压器低端相连。将高流表串联接入试验回路中。依据文献［5］对一额定电压为20 kV 的2 级绝缘靴分别施加不同试验电压通电1 min，通过高压电流表读取泄漏电流值如表2 所示。由表2 可知，在试验电压为1 kV 时，泄漏电流为0 mA；当试验电压在额定电压范围内时，高压电流表可正常读取泄漏电流值；当试验电压远大于额定电压时，控制系统报警，高压脱扣功能响应，试验中断。试验系统满足预期要求。

表2 2 级绝缘靴耐压试验

5.2 绝缘手套验证试验

绝缘手套试验与绝缘靴试验方法基本相同。依据文献［6］对一额定电压为10 kV 的1 级绝缘手套施加不同试验电压通电1 min，通过高压电流表读取泄漏电流值如表3 所示。由表3 可知，在试验电压为0.2 kV 时，泄漏电流为0 mA；当试验电压在额定电压范围内时，高压电流表可正常读取泄漏电流值；当试验电压远大于额定电压时，控制系统报警，高压脱扣功能响应，试验中断。试验系统满足预期要求。

表3 1 级绝缘手套耐压试验

6 结语

为解决传统绝缘靴（手套）耐压试验系统存在功能简单、高压泄漏电流测试困难等问题，提出一种新型耐压试验系统，从控制系统硬件架构、人机交互界面、试验软件等方面分别进行设计，选取绝缘靴和绝缘手套两类不同被试品对系统的诊断和高压脱口功能进行了验证。系统可同时进行10 只试品的试验，为避免重复试验，采用高压分断技术，试验过程中可以将击穿的试品脱离高压试验系统，没有击穿的试品继续试验直到完成试验，极大提高试验工作的效率。本试验系统高压脱扣功能在实际使用中成功率可达到90%以上，如何进一步提高脱扣成功率是未来主要研究方向。