一种绝缘检测装置测记功能仪设计研究

一种绝缘检测装置测记功能仪设计研究

邓东旭，陆为雨，程基高，黄贵宁

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局

摘要：电气设备的绝缘在长期运行过程中受到电、热和机械应力以及环境应力的作用，其性能会逐渐下降，绝缘状态劣化，最终丧失绝缘功能。电气设备的绝缘老化是一个渐变的过程，若不及时发现，就可能导致电气设备的故障，甚至引发突发性的电力事故，造成巨大的直接和间接经济损。本文研发了一种绝缘检测装置测记功能仪，从简化试验接线、提高校验质量及工作效率、避免误碰、误接线等方面考虑，本项目在于研制一种绝缘检测装置测记功能仪，在不影响直流系统安全运行的前提下，能对运行的绝缘检测装置功能进行校验测试试验，分析绝缘检测装置的性能指标是否符合相关规范要求，判断装置是否能正常投入使用，为现场绝缘检测装置维护工作提供必要的工具和技术手段。该仪器原理简单，具有一定的集成性，可有效提高绝缘检测装置校验工作效率和安全系数。

关键词：绝缘检测装置；测记功能仪

目前对变电站直流绝缘检测装置交窜直功能校验存在技术瓶颈和工作盲区。一方面，目前无专用校验设备及相关的试验标准，厂家通常采取外加一定数值的交流信号进行测试，接线复杂，动用的设备较多，需用到交流电压输出装置、直流电源装置；二方面，由于交窜直危害严重，不能采取在实际直流系统中注入交流电压的方式来进行交窜直功能验证。结合现场实际来看，当前各直流厂家生产的绝缘检测装置功能良莠不齐，多数均不能实时监测出直流两极接地、交窜直等故障。因此，绝缘检测装置的在线绝缘检测性能不能得到有效校验，接地支路选择不准。

1直流配电系统绝缘检测存在的问题

目前使用直流绝缘监测仪主要采用一下几种方法：平衡电桥法、低频信号寻迹法、变频探测法、直流泄漏电流“差流法”和载波相位法。传统直流系统绝缘监测装置实现不了远距离负荷分支的对地绝缘监测，存在直流系统支路对地绝缘降低后查找困难或出现误报警等情况，直流系统只有简单的故障报警，直流绝缘监测仪经常误报，且检测范围很小，值班人员经常使用瞬时停电法查找接地故障点，即危及机组安全又耗费大量人力和时间；在发生负荷母线失压等情况下无报警，这些现状都是很危险。

2不平衡电桥法法检测绝缘故障原理

图1为不平衡桥检测母线绝缘状况的原理，其中K+和K-为可控开关，R为绝缘检测电阻。

图1 不平衡桥检测母线绝缘状况

当K+闭合K-断开时，测量正母线对地电压为u+；当K+断开K-闭合时，测量负母线对地电压为u-；若正负母线间电压为um，则可得式（1）：

（1）

对式（1）推导，可得式（2）：

     （2）

根据式（2）所计算的绝缘电阻值，可判定直流系统绝缘状况，能判定绝缘下降的极性。由于是对K+和K-定时切换，即使两极绝缘电阻同时均等下降，此法也有效，克服传统平衡电桥检测绝缘状况的弊端。

3 绝缘检测装置测记功能仪设计

3.1 设计原理

该测记功能仪是一种校验变电站直流绝缘检测装置是否具备交窜直、绝缘降低、接地故障测记功能的仪器，主要由电压变换单元、数据处理单元、开关量输入/输出、故障场景模拟以及人机交互等部分组成。通过电压变换模块对外接交流市电进行变换、隔离，实现连续可调的交直、流电源输出；经过A/D单元模数转换，生成数据处理单元能够识别的数字信号；数据处理单元用于接收并按照人机交互指令处理输入的数字信号，并进行相关逻辑运算，控制输出交直流电压、内部逻辑接点等；开关量输入/输出用于接收数据处理单元输出的逻辑指令，导通或关断内部逻辑接点信号；故障场景模拟单元受控于人机交互单元，并通过开关量单元接收数据处理单元的逻辑指令，控制硬件电路输出所需要的阻容支路。此校验装置融合可调交、直流电源、故障场景模拟模块于一体，具有一定的集成性，现场工作可有效减轻试验接线复杂度、提高绝缘检测装置校验工作的安全系数。

3.2整体功能设计

绝缘检测装置功能校验仪的系统框架图主要由CPU、上位机通讯、键盘、显示、内部电源、切换开关、正负极绝缘电阻以及正负极对地分布电容8个部分组成。CPU作用是系统控制中心，利用正负极绝缘电阻、正负极对地分布电容和内部电源对直流接地检测设备进行校验，可模拟单极接地、两极接地、交流－直流串电接地、正极电容、负极电容，能够电隔离对绝缘检测装置和便携式接地查找产品进行性能测试并做安全性评估，在校验的过程中，系统会把对地电压的变化信号进行数据接收、数据分析、数据发送至CPU，最终生成对地电压波形并显示保存起来，得到试验报告。

该绝缘检测装置功能校验仪的研制主要由由电路设计、PCB电路板的制作、外观结构设计、装置组装几个方面构成。总体设计如图1所示：

图1绝缘检测装置测记功能仪总体设计图

显示界面设计如下所示：

图2 电阻电容试验界面图

图3 电阻电容试验参数设置界面图

图4 交流窜入试验界面图

图5 交流窜入试验参数设置界面图

图6 波形查看界面图

图7 测试结果界面图

4 应用效益

   该绝缘检测装置测记功能仪提供一个0～300V可调的直流电源，以适用电力系统不同电压等级的直流系统。能有效地减少工作时间，单纯计算节省时间达到60分钟以上，提高检修效率，安全系数高，基本能够适用于不同厂家不同型号的绝缘检测装置，在电力检修行业中值得推广应用，能有效的提高检修效率。

结束语

1、该绝缘检测装置测记功能仪集可变交流电源、可变直流电源于一身，测试接线简单，便于携带，亦可作为单独可变电源使用，可由少量仪器和试验接线完成变电站直流绝缘检测装置相关性能指标的校验工作；

2、该测记功能仪由一路交流220V市电作为供能输入，可输出范围为0～300V连续可调的交直流电压，有效缩减试验所需动用的设备；

3、该测记功能仪包含可调电压量和开关量模块，能够对检测装置故障响应动作值、时间进行校验；

4、该测记功能仪填补了目前无专用设备校验绝缘检测装置功能的空白，有助于现场可靠、高效、方便完成绝缘检测装置功能的校验工作。

参考文献：

[1]陈国栋,郑建鹏,刘帅,李昭成.棘突记忆合金内固定装置生物力学性能的有限元分析[J].甘肃科技,2022,38(19):56-61.

[2]陈文龙,吴瑞德,齐雅松,张小兵,赵为,李中卫,刘丽娟.一种基于形状记忆合金的低冲击分离装置[J].火工品,2022(03):1-5.

[3]胡付龙,曹飒飒.自恢复大行程形状记忆合金限位装置研究[J].工程力学,2022,39(S1):202-206.