浅析电气设备绝缘测试辅助工具研制与研究

袁贵军 高福

摘要：绝缘就是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，以对触电起保护作用的一种安全措施。运行维护人员测量线路、设备绝缘，是为了防止出现其相间绝缘击穿造成短路和对地绝缘击线路、设备接地等故障，所以，掌握电气设备正确测量绝缘的方法是运行维护人员的基本技能。正常及故障测量线路、设备绝缘电阻，是准确掌握线路、设备健康运行水平的重要环节。本文以电气设备绝缘测试辅助工具研制为课题进行研究，详细阐述了整个研发过程。

关键词：电器设备;绝缘测试;辅助工具;研制

1.电气设备绝缘测试辅助工具研发需求概述

在电气设备绝缘测试过程中往往会出现一些问题。例如：绝缘测试时要有接地线、屏蔽线、接被测设备线、放电棒、验电器、放电棒接地线等导致线路混乱。现场使用时，接线经常出现缠绕打结，整理过程中繁琐。每次绝缘测试结束都将其被测设备充分放电、验电后方可操作，所用放电、验电设备、测试引线混乱。因此，研发新型的电气设备绝缘测试辅助工具有实际意义。

2.现有绝缘测量过程出现的问题

当前绝缘测量过程还存在以下6个短板：

1、测量时间长，工作效率不高。

2、摇表、绝缘电阻测试仪引线缠绕，造成測量数据不准确，且携带不方便。

3、容易误碰带电设备，引起设备短路，造成人身伤害。

4、部分测量场所需单独有人负责照明，浪费人力。

5、绝缘测试完要对被测设备充分放电，放电过程使用绝缘棒。

6、在测试设备绝缘前要将其验电。

2.1配电设备绝缘电阻测试用时

为了更准确的进行数据统计，通过对现场配电变压器、避雷器、绝缘测试，得到测量绝缘测试平均需要24分钟。

运行中的配电设备根据测试周期，对班组内的变压器绝缘电阻、避雷器的绝缘电阻、分接箱、电缆设备的绝缘电阻以及箱变的绝缘电阻测试用时进行统计。

通过统计分析绝缘测试变压器28台，避雷器绝缘电阻测试21组，高压分接箱绝缘测试8台，电缆绝缘测试11条，箱变绝缘电阻测试10台，共计测试75台次，总用时1813分钟，平均每台耗时24.00分钟，耗时较长。

2.2单台配电设备绝缘电阻测试各步骤用时统计

绝缘电阻测量5项简化步骤：

1、整理好摇表线与放电棒接地线，将被测设备充分放电后，进行验电，连接摇表与被测设备。

2、分别测量三相対地绝缘电阻并做好记录，换相操作需重新接线3次。

3、对被测设备放电，重新接线1次。

4、对被测设备验电，连接摇表与被测设备。

5、分别测量三相相间绝缘电阻并做好记录，换相操作需重新接线3次。

6、再对被测设备放电，重新接线1次。

7、验电后将摇表线全部拆下，绝缘电阻测试完毕，整理摇表线及放电棒接地线。

对单台配电设备进行绝缘电阻测试各步骤用时进行了统计。

通过测量流程图及各步骤用时统计表可以看到，在测试绝缘过程中每一步均需对摇表线及放电棒线进行整理与更换接线位置，线夹在沈北三相之间频繁更换，浪费时间，尤其对被测设备放电、整理、拆除回收摇表线与接地棒线耗时20分钟占总用时的83.3%，耗时较长，降低了工作效率。需求：集验、放电、测试线一体的组合工具。

通过测试分析只要解决了放电棒线、摇表线整理回收与频繁使用放电、验电操作问题，就能提高设备绝缘电阻测试的工作效率。《一种拉闸验电二合一组合工具》中工具是将拉闸杆与验电器进行改造，将验电器核心安装在拉闸杆的顶端，实现了在拉合开关时同步验电，简化了拉开开关后再登杆验电步骤，拉闸验电用时为4.5分钟，并且在领取安全工器具时可不用携带验电器，现场操作试验工作效率提高原来的50%。《放电、电阻测试线

组合的应用与分析》中将测试线多种组合分别测试电阻与放电，拆卸方便快速，测试、放电与拆装时间为3.5分钟。通过对借鉴到的两项成果进行分析，可使被测设备验放电、整理、拆除回收摇表线与接地棒线步骤耗时降至到8分钟，大致可缩短绝缘电阻测试时间12分钟，这就需要我们研制一种集绝缘杆、验电功能，摇表线、放电棒线于一体拆装快速、便捷的绝缘测试辅助工具，来满足现场绝缘测试的需求。

3.电气设备绝缘测试辅助工具研发方案

3.1方案分析

通过分析，认为研制的多功能绝缘电阻辅助测试工具应具备以下功能：

1.便携功能：多功能绝缘电阻辅助工具应方便携带，方便测量。

2.验电功能：在靠近带电设备时可以提前预警，绝缘测量时可具备验电功能。

3.放电功能：绝缘电阻测试前后，可对被测设备放电，无需另接放电棒。

4.照明功能：装置照明亮度应达到清楚的看到被测设备接线方式的目的。

5.接线便捷功能：摇表、被测设备接线时方便，缩短使用线夹接线的时间。

3.2提出方案

通过借鉴《一种拉闸验电二合一组合工具》将验电器内芯安装在拉闸杆前端头上，实现多功能拉闸验电组合替代了验电器绝缘棒，以及《放电、电阻测试线组合的应用与分析》中的电阻测试辅助技术点、创新思路及工作原理，提出了“基于多功能电气设备绝缘电阻测试组合工具的研制”的总体方案

3.2.1绝缘杆的选择分析：

3.2.1.1绝缘杆材质选择分析

根据塑料材质、木质材质、玻璃纤维材质三种绝缘材料的价格、机械强度、防老化性能、重量、绝缘性能进行分析比较：

塑料材质，绝缘性能较好，但重量偏重，机械强度差，价格也相对较高，不适合本次研发，因此不采用。

木质材质，虽然价格比较低廉、重量也轻，机械强度也能满足要求，但容易受潮，降低绝缘性能，不适用于本次研发，因此不采用。

玻璃纤维材质，重量轻，机械强度满足要求，价格适中，绝缘性能好，不易受环境影响。因此采用。

3.2.1.2绝缘杆结构选择分析

根据短绝缘杆、伸缩式绝缘杆、分体式绝缘杆三种绝缘杆结构的性能、现场工作需求、便携性以及价格进行分析比较：

短绝缘杆，短绝缘杆虽然方便携带、不需要连接，但对现场使用不灵活，不适合本次课题研发，因此不采用。

伸缩式绝缘杆，连接方便，可伸缩，适合不同测试现场，方便携带，价格低廉，适合课题需求，因此采用。

分体式绝缘杆，不方便攜带，现场连接耗费时间，价格较高，不适合本次研发，因此不采用。

3.2.2绝缘杆端头选择分析

3.2.2.1绝缘杆端头材质选择

对绝缘杆端头的选择，分别对铝合金、铜、铝、铁材质的价格、重量、导电性及韧性进行分析比较：

铝合金材质，重量轻，电阻率高，导电性能差，不适合本次研发需要。

因此不采用。

铜材质，比重较高，但电阻率低，导电性能好，耐磨，绝缘杆前端要有放电功能，适合本次研发，因此采用。

铝材质，电阻率相对适中，重量轻，但较脆，容易断，不适合本次研发需要，因此不采用。

铁，虽然价格便宜，但电阻率太高，不适合本次研发，因此不采用。

3.2.2.2绝缘杆端头形状选择

将圆形、半开口圆形、圆锥形三种形状的对测试设备接触情况进行试验分析：

圆形，圆形操作人员用力顶着试验设备，易滑落，因此不采用。

半开口圆形，操作随时人员需用力向后拉，接触面不实，因此不采用。

圆锥形，圆锥形，测量时与被测设备直接接触，不产生缝隙，不滑动，因此采用。

3.2.3灯光选择分析

LED发光二极管、发光灯带、贴片式LED三种发光元件通过性能测试，进行选择分析：

LED发光二极管，价格便宜，体积小，容易安装。对电压要求高可以采用。

发光灯带，可方便根据需要随时增加灯带长度，价格较贵，容易脱落，不采用。

贴片LED灯，亮度较强，发热量高，耗电量大，不采用。

3.2.4验电报警功能选择分析

对验电报警功能的接触式报警、非接触式报警、风车式报警三种报警验电器进行测试选择分析：

接触式报警，使用环境要求低，电气隔离复杂，直接与带电设备接触，不采用。

费接触式报警，使用方便，容易实现物理隔离，报警距离调试困难。

风车式报警，报警方式直观，强烈振动或受冲击容易损坏，不采用。

3.2.5测试线夹选择分析

对鳄鱼式线夹、香蕉拔插式线夹两种测试线夹，通过接触程度、操作性、安全性、价格等方面进行选择分析：

鳄鱼式线夹，虽然操作简单，但易脱落，接触面小，不适合此次课题研发，因此不采用。

香蕉拔插式线夹，接触面大，操作简单，不易脱落，价格便宜，适合此次课题研发，因此采用。

4.电气设备绝缘测试辅助工具研发对策

针对确定出的最佳方案，按照“5W1H”的原则制订了相应的对策表，并按对策进行实施。

4.1制作玻璃纤维材质的伸缩式绝缘杆

制作玻璃纤维内伸缩每节长度15cm共6节，每节外径前端小于后端，每节前端内径略小于另一节后端外径。

4.2制作铜制圆锥形绝缘杆端头

购置直径1.0cm的铜棒。车床加工成圆锥形，底部加工成6#内纹，用于固定在绝缘杆上。距尾端1.5cm处钻直径0.3cm的横孔。

4.3制作LED发光二极管回路

照明角度可调节，将其安装在验电器上，电源取验电器内置电源。灯珠电源在2.4-3V使用双灯珠。

4.4制作非接触式报警验电装置

报警回路设计制作，调整非接触式报警灵敏度。

4.5制作香蕉拔插式线夹

将原有插头进行改造，在插头周围支撑弹性网状，拆入时使之牢固可靠。

4.6组装、试验、论证

在修试管理部门做工频耐压试验，现场进行电气设备绝缘电阻测试统计用时。

5.电气设备绝缘测试辅助工具研发实施

5.1制作玻璃纤维材质的伸缩式绝缘杆

利用废旧的便携伸缩式验电器绝缘杆，通过对每节长度及前后端内外径进行改造加工制成每节长度14cm，共8节的绝缘伸缩杆。抽去了5根制作好的伸缩绝缘拉杆，并对其进行拉长与收缩试验，试验结果如下：

通过对绝缘杆伸缩进行试验，结果表明伸缩绝缘杆拉长>90cm，收缩为14cm，实现了伸缩杆拉开后长度大于0.7米，收起后小于20cm的目标值。

5.2制作铜制圆锥形绝缘杆端头

在购置直径1.0cm的铜棒由车床师傅按图纸加工绝缘杆端头，端头加

工成圆锥形，底部加工成6#内纹，用于固定在绝缘杆上，距尾端1.5cm处钻直径0.3cm的横孔。加工完成后对5个端头底部、横孔进行试验。

通过对绝缘杆端头试验测试，结果显示底部加工的内6#螺纹旋进6#螺栓后牢固、稳定，横孔插入3mm香蕉插头紧密、无缝隙，目标已实现。

5.3制作LED发光二极管回路

照明回路设计、制作，照明角度可实现多角度调节。照明回路设计为左右双灯“金鱼眼”设计，安装在可折叠验电器端头上，灯珠电源采用验电器内置电源，夜间测量，当被测设备与绝缘杆垂直，不方便观察被测设备的接线时，折叠接头可实现0-900转动，能实现多角度调节，保证测量人员观察设备的可靠性，并省去单独照明人员。

通过对照明的角度、照明的距离、发光时间进行测试，结果表明目标已实现。

5.4制作非接触式报警验电装置

借助近电报警器的原理，加装电磁场感应元件，利用同种电荷相互排斥，采用感应动作箔片，通过感应磁场使其动作，发出报警，进行改进。高福、曹志将改进好的非接触验电报警器利用高压工频发生器进行验电试验。通过对非接触验电报警器的测试，结果显示0.4KV距离0.2m发出报警，10KV距离0.6-0.8米发出报警，无需接触。保证了测试人员误入带电间隔，目标已实现。

5.5制作香蕉拔插式线夹

将原有插头进行改造，将插头周围用弹性网状包围，拔出时网状弹开，插入式网状其填充作用，使其更紧密，牢固可靠。将制作好的香蕉插头进行拔插试验，每组进行10次拔插测试。

通过对香蕉插头拔插力进行测试，结果显示测试拔插力19.6N，接触紧密，弹性网状无缝隙，目标已达到。

5.6整体组装

将所有部件进行组装，效果良好。

6.电气设备绝缘测试辅助工具研发效果检查

6.1目标验证

使用多功能绝缘电阻测试辅助工具，对单台配电设备绝缘电阻测试用时进行统计。

经过测试统计，使用多功能绝缘测试辅助工具后单台配电设备绝缘电阻测试时间为8分钟。为了检验活动后绝缘测试时间的准确性，又对现场配电变压器、避雷器、绝缘测试统计。

操作人员由原来的夜间3人（包括照明人员）测试，降低到2人测试，减少了1名辅助照明人员。

该辅助工具在昏暗的环境下能够使测试人员清楚的看到被测设备的接触点，方便测试。在接近带电设备时提前预警，代替了验电器，将测量时的危险降到最低，确保人身安全，放电时将摇表测线插入接地端线夹，节省了放电接地线的连接，缩短了测试时间。缩短后小于20cm，方便携带。

6.2效益分析

时间效益：使用多功能绝缘电阻测试辅助工具后，绝缘测试时间大幅度缩短，整个测试过程为9分钟以内，节省了大量时间。

安全效益：辅助工具的非接触验电预警和照明以及放电功能，能够有效保证测试人员的人身安全。安全生产使经济效益的前提和保障，经济效益是安全生产的必然结果，安全是潜在的效益，是一种不可估量的效益。

环保效益：通过废旧验电器及绝缘杆，实现了废物再利用，减少了对环境的污染，避免了对资源的浪费。

结束语

目前国内电力行业没有此类工具，该工具填补了这一空白，该工具的便携性是一大亮点。功能方面，多功能绝缘电阻测试辅助工具将放电棒、放电棒接地线与摇表测试线合二为一、照明功能、非接触验电功能、绝缘杆伸缩便携功能融合。性价比极高，易推广。

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