一種數(shù)字多功能絕緣電阻測試儀的研究設計

陳才龍，張鐵平，趙碧誠，羅澤文

(中國長江電力股份有限公司白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 寧南 615400)

在電力行業(yè)中，數(shù)字式兆歐表主要用于測量發(fā)電機、變壓器、互感器、電動機、電力電纜、避雷器等電氣設備的絕緣電阻，絕緣電阻測試能靈敏地反應被試設備的絕緣情況，能有效地發(fā)現(xiàn)設備局部或整體受潮和臟污，以及絕緣受損和嚴重過熱老化等缺陷[1-2]。

目前，在測量多芯電纜或母線等絕緣電阻時[3]，需要分別測量三相絕緣值(測試項目：A-BCE、B-ACE、C-ABE)，測試過程中，在每測試一相絕緣電阻結(jié)束后，需要將被測設備充分放電并倒換試驗接線測量下一相絕緣電阻。此測試方法需要在操作中頻繁對被試設備放電及倒換試驗接線，效率低下又耗時。本文針對此問題，研究設計一種數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀，在常規(guī)數(shù)字式兆歐表基礎上進行改進，即將被試設備三相端部通過試驗線引至測試儀器本體，數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀通過切換開關(guān)進行內(nèi)部接線的切換，即可實現(xiàn)安全、快速、不倒換外部試驗接線測量被試設備三相絕緣電阻，以提高測試效率。

1 常規(guī)數(shù)字式兆歐表工作原理及測試方法

1.1 工作原理

常規(guī)數(shù)字式兆歐表其利用電子電路，采用DC/DC變換技術(shù)，產(chǎn)生直流高壓電源，施加在被試設備上[4]，采用電流電壓法測量原理，采集流經(jīng)被試設備的電流并進行分析處理，再變換成相應的絕緣電阻值在顯示屏上顯示。數(shù)字式兆歐表的測量原理見圖1所示。

圖1中：Rx為等效被試設備的絕緣電阻；Ro為采樣電阻；Rm為用作限流和濾波的附加電阻；兩者組成采樣電路；Es表示高壓測試電源電勢；Ri為其等效內(nèi)阻。測試電源輸出正端接E，負端接G，測量采樣電阻串接于G、L之間，L端鈕輸出負高壓，G的電位接近于負高壓。

圖1 常規(guī)數(shù)字式兆歐表原理圖

數(shù)字式兆歐表的工作過程為：經(jīng)按鍵操作，啟動直流高壓電源給被測試設備供電，通過電阻分壓器取得電壓取樣信號，通過與被試設備串聯(lián)的電流取樣電阻得到電流信號，電流和電壓信號經(jīng)信號處理，通過A/D 轉(zhuǎn)換裝置送入微處理器進行數(shù)據(jù)處理，并將處理結(jié)果傳送給顯示屏顯示，完成整個測量過程。測試原理如圖2框圖所示。

圖2 數(shù)字式兆歐表測試原理框圖

1.2 絕緣電阻測試方法

通過數(shù)字式兆歐表對三相電纜或母線的主絕緣進行絕緣電阻測試時[5]，應斷開被試設備的電源，拆除或斷開對外的一切連線，將被試設備充分放電，然后分別在每一相上進行測試，對一相進行試驗或測量時，其它兩相導體、金屬屏蔽或金屬套和鎧裝層一起接地，每測試完一相后，對被試設備放電，再依次重復上述過程完成測試。如圖3所示，需測量三相電纜或母線A相絕緣時，接線端子“E”與被試設備B、C相同時接地，接線端子“L”接至被試設備A相，測試結(jié)束后對被試設備A相充分放電，然后倒換試驗接線依次測量B、C相絕緣電阻值。

圖3 常規(guī)數(shù)字式兆歐表測試回路示意圖

2 數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀研究設計方案

2.1 設計方案

結(jié)合常規(guī)數(shù)字式兆歐表已有功能，設計方案如下：

將常規(guī)數(shù)字式兆歐表的“L”測試接線端分解為3個測試接線端“L1”、“L2”、“L3”，測試儀增加絕緣電阻測量切換開關(guān)。當需要測量多芯電纜或三相母線主絕緣電阻時，將測試儀“L1”、“L2”、“L3”測試接線端分別接至被試設備的A、B、C三相測試位置，測試儀“E”接線端接地，通過操作切換開關(guān)旋鈕切至“L1”檔位，測試儀內(nèi)部通過繼電器控制開關(guān)轉(zhuǎn)換，此時“L1”端子為高壓輸出端，“L2”“L3”端子與“E”端子接通接至地端，即可測量A-BCE絕緣電阻，測試結(jié)束后儀器自動對被試設備A相充分放電。同理，通過操作切換開關(guān)即可測量B-ACE、C-ABE絕緣電阻。原理接線圖如圖4所示。

圖4 數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀設計方案示意圖

2.2 切換開關(guān)工作原理

如圖5所示給出了切換開關(guān)回路工作原理，Z1、Z2、Z3均為交換型繼電模塊，K1、K2、K3、N分別為單刀多制切換開關(guān)：

圖5 數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀切換回路圖

1)當單刀多制開關(guān)處在N觸點時，Z1、Z2、Z3均處于斷電狀態(tài)，此時繼電模塊Z1上的L1和E接通，繼電模塊Z2上的L2和E接通，繼電模塊Z3上的L3和E接通；

2)單刀多制開關(guān)處在K1觸點時，繼電模塊Z1處于通電狀態(tài)，繼電模塊Z1上的L1和E斷開，繼電模塊Z1上的L1和L接通，此時繼電模塊Z2、Z3均處于斷電狀態(tài)，繼電模塊Z2上的L2和E接通，繼電模塊Z3上的L3和E接通；

3)單刀多制開關(guān)處在K2觸點時，繼電模塊Z2處于通電狀態(tài)，繼電模塊Z2上的L2和E斷開，繼電模塊Z2上的L2和L接通，此時繼電模塊Z1、Z3均處于斷電狀態(tài)，繼電模塊Z1上的L1和E接通，繼電模塊Z3上的L3和E接通；

4)單刀多制開關(guān)處在K3觸點時，繼電模塊Z3處于通電狀態(tài)，繼電模塊Z3上的L3和E斷開，繼電模塊Z3上的L3和L接通，此時Z1、Z2均處于斷電狀態(tài)，繼電模塊Z1上的L1和E接通，繼電模塊Z2上的L2和E接通。

3 數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀研制及測試情況

基于前期可行性分析研究的基礎上，將該研究設計付諸于實際，根據(jù)功能邏輯及設計方案，對常規(guī)數(shù)字式兆歐表成品進行了改進，增加了內(nèi)部切換裝置，并完成裝配和調(diào)試，研制出一種數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀。

與常規(guī)數(shù)字式兆歐表測試數(shù)據(jù)進行了對比，其試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗數(shù)據(jù)對比表

通過對比試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)數(shù)字式兆歐表與數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀試驗數(shù)據(jù)無明顯差距，其測量功能及測量精度均能滿足要求，滿足《電力設備預防性試驗規(guī)程》相關(guān)要求。

通過試驗論證，數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀通過切換開關(guān)控制繼電器進行內(nèi)部接線的切換，即可實現(xiàn)安全高效、不倒換外部試驗接線測量被試設備三相絕緣電阻，且測量值精度能滿足要求，同時還保留了數(shù)字式絕緣電阻測試儀的常規(guī)測試功能，通用性高，易于推廣。但存在一個問題需后續(xù)解決，即絕緣電阻測試儀內(nèi)部接線切換裝置承受高壓的同時又需要接地，對測量精度的影響。

4 結(jié) 語

本文介紹了常規(guī)數(shù)字式兆歐表工作原理及測試方法，分析了實際工作過程中存在的問題，并根據(jù)問題導向，研究設計了一種數(shù)字式多功能絕緣電阻測試儀，通過增加內(nèi)部切換開關(guān)回路，實現(xiàn)安全、快速、不倒換外部試驗接線即可精確測量被試設備三相絕緣電阻，并保留了常規(guī)測試功能。其改進可使電力行業(yè)運維人員在進行電力設備相關(guān)絕緣電阻測量試驗時簡潔高效、安全可靠[6]，后續(xù)將針對遺留問題深入研究解決。該研究設計方案對推動數(shù)字式絕緣電阻測試儀功能升級換代具有一定意義。