高濕度下機車車輛絕緣性能測試方法研究

李康民，蘇竹青，張明明

(國能鐵路裝備有限責任公司滄州機車車輛維修分公司,河北滄州,061113)

1 高濕度下機車車輛絕緣性能測試方法設(shè)計

1.2 選取機車車輛絕緣性能測試項目

在進行絕緣性能測試的開始，需要選取機車車輛的絕緣性能測試項目，必須要使用無損檢測法進行檢測，避免由于檢測對機車造成的損害。首先需要進行繞組對地絕緣檢測，需要根據(jù)機車電機的相應(yīng)狀態(tài)，選取需要檢測的電機，假設(shè)電機在5種狀態(tài)下的狀態(tài)不同，此時分別檢測五種狀態(tài)下的電機穩(wěn)定狀態(tài)，擬定1為標準穩(wěn)定狀態(tài)，檢測結(jié)果如下表1所示。

表1 電機穩(wěn)定性狀態(tài)

由表1可知，此時電機各個狀態(tài)下多次檢測的穩(wěn)定性數(shù)值都高于1，證明電機處于穩(wěn)定狀態(tài)，測出此時電機的電阻值，將其與標準的電阻值進行對比，實現(xiàn)繞組檢測，電阻值的計算公式如下（1）所示。

公式（1）中，V代表檢測電壓， 代表標準電阻值，RX代表檢測電阻值，為了保證檢測效果的準確性，需要預(yù)留一定的臨界范圍，在標準的絕緣測定中，檢測到的數(shù)值必須比規(guī)定數(shù)值低一定的范圍，如果檢測到的數(shù)值與標準值過于接近，則證明此時的檢測不合格。

在高濕度狀態(tài)下，機車智能絕緣性能測試更傾向于環(huán)境因子的轉(zhuǎn)換測試，因此需要測試機車電機的管理電路性能，電機管理電路內(nèi)部的組成成分較復(fù)雜，包括單片機，儲存器，芯片，濕溫度測試裝置等，其主要組成部分是ICL7660低壓直流電源變換器，可實現(xiàn)電源的對稱輸出轉(zhuǎn)換，因此在測試電機穩(wěn)定狀態(tài)后隨即可開始檢測供電干線的耐壓性，判斷此時的機車絕緣性能是否符合高濕度下的機車需求。

使用標準的絕緣電阻，與ICL7660低壓直流電源進行連接，設(shè)計高壓直流電源檢測模塊和充放電模塊，經(jīng)過電源變換后保證測試電壓與標準電壓呈一致性，使用電源變換器，不斷變換機車電機內(nèi)部的電源輸出功率，使用PFM、PWM進行控制，在輸出電流與輸出電壓達到檢測標準時即可對低壓直流電源變換器進行測試。在電源變換器內(nèi)部添加MAX639引腳，在檢測初期使用VOUT進行電壓輸出，使用振蕩器穩(wěn)定電源的輸出端。接下來使用LBO安檢測低電池電壓，使用N溝道進行開路輸出，接入吸收電流。經(jīng)過LBI/GND/LX處理后，通過推動PMOS開關(guān)來驅(qū)動外部電源檢測反饋點，進行耐壓性檢測后使用標準的耐壓性數(shù)值與檢測的耐壓性數(shù)值進行對比，得到對比結(jié)果后再關(guān)閉電源控制端。

整個高壓電源模塊在絕緣性能測試中利用了DC-DC轉(zhuǎn)換升壓技術(shù)，能保證檢測結(jié)果的準確定，避免其受到檢測裝置的影響出現(xiàn)檢測誤差，因此設(shè)計了檢測裝置的主要技術(shù)指標，檢測裝置的輸入電壓控制在10V～1000V范圍內(nèi)，且必須時刻可調(diào)，在檢測過程中需要保證加測效率大于百分之七十，輸出電壓的調(diào)整率小于百分之0.1，整個輸出負載率也有額定的標準。

在上述測試完成后還需要測試絕緣檢測控制單片機的檢測性能，將V5與單片機P3.4相連，輸出的高電平使用三極管導(dǎo)通，在雙擲繼電器RELAY-DPDT啟停后，檢測接電器1連接2，4連接5，調(diào)節(jié)檢測電阻的電阻值，保證adj與Vref之間的電阻調(diào)節(jié)性，根據(jù)繼電器狀態(tài)，使用輸出裝置調(diào)節(jié)電阻值，保證繼電器狀態(tài)，經(jīng)過上述檢測，若此時符合絕緣性能檢測需求，即將其作為絕緣性能測試項目進行測試。

1.2 繪制絕緣極化曲線

在繞組檢測后，需要進行極化檢測，繪制相應(yīng)的極化曲線，保證性能測試的準確性。在檢測前，首先需要選取極化指數(shù)，極化指數(shù)往往根據(jù)檢測機車的電極狀態(tài)選取，必須選用與電機擬合度高的極化指數(shù)，避免產(chǎn)生檢測誤差，此時繪制的極化曲線如下圖1所示。

圖1 極化曲線

由圖1可知，在一定的時間內(nèi)，極化曲線會隨著電壓的時間變化而變化，L1代表標準的極化曲線，L2、L3代表加壓后的極化變化曲線。在上述極化曲線的基礎(chǔ)上進行加壓檢測，可以檢測此時絕緣值差異對絕緣檢測的影響，還需要排除外界干擾因素，避免由于干擾因素帶來的檢測異常。

極化曲線的實際變化幅度與絕緣性能檢測中的極化指數(shù)密切相關(guān)，隨著電壓增加時間的提高，極化曲線的曲率也在逐漸轉(zhuǎn)化，證明電壓的改變與實際極化電流的變化有關(guān)，常規(guī)狀態(tài)下，隨著時間的增加電流呈下降的趨勢，極化曲線的極化數(shù)值也在逐漸改變后慢慢變穩(wěn)定，最后的極化數(shù)值相差較小。

在極化曲線繪制后，為了驗證各個階段極化曲線的極化效果需要選取LA、LB、LC、LD、LE幾條曲線，檢測不同曲線的極化效果，極化效果滿分數(shù)值為10，利用公式（2）可以計算幾條曲線的極化效果數(shù)值，數(shù)值越高證明極化效果越好。

公式（2）中，U代表電機穩(wěn)定性數(shù)值，G代表極化系數(shù)，此時帶入上表1的電機穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，計算的極化數(shù)值如下表2所示。

表2 極化數(shù)值

由表2可知，LA的極化數(shù)值較高，證明應(yīng)用LA繪制的極化曲線的極化效果最佳。機車的極化曲線往往對機車的絕緣檢測結(jié)果有重要影響，因此在進行絕緣性能測試時務(wù)必要根據(jù)極化數(shù)值，判斷此時機車的情況。

機車在高濕度下可能存在絕緣性能測試基礎(chǔ)差，由于機車的儲存電路有限，數(shù)據(jù)采集精度也無法得到保證，因此在機車絕緣性能測試的過程中外界高濕度的惡劣環(huán)境導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集效果差，采集到的數(shù)據(jù)無法反應(yīng)此時機車的絕緣性能，因此可以設(shè)置單片機儲存器，在未處于高濕度環(huán)境下時采集外界環(huán)境與實際絕緣性能測試之間的測試誤差，其次在采集高濕度環(huán)境下機車車輛的絕緣性能數(shù)據(jù)，將兩者進行處理，劃分高濕度環(huán)境下與常規(guī)環(huán)境下的絕緣性能測試數(shù)據(jù)差異，計算出兩種狀態(tài)下測試的差異系數(shù)，根據(jù)該差異系數(shù)，可以計算高濕度環(huán)境對機車車輛絕緣性能測試的初步影響，判斷測試舉出差值，在實際高濕度機車車輛絕緣性能測試時，剔除環(huán)境誤差，保證測定的性能檢測指標始終具有準確性，可以進行后續(xù)的車輛絕緣性能測試。

1.3 實現(xiàn)機車車輛絕緣性能測試

實現(xiàn)機車車輛絕緣性能測試還需要排除其他因素對絕緣性能產(chǎn)生的影響，為了進行絕緣性能的對比，繪制了標準的PI值推薦表，如下表3所示。

表3 PI值推薦表

由表3可知，此時經(jīng)過Class A、Class B、Class F、Class H檢測的各項PI值均符合國際檢測標準，可以根據(jù)該PI值推薦表規(guī)劃檢測過程中需要對比的各項指標，實現(xiàn)準確的絕緣性能檢測。

在機車絕緣性能測試的過程中，還需要避免牽引電機的制約因素，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)牽引電機的主要影響因素為軸承和定子絕緣性能問題，因此在性能測試時需要判定電極返修時是否存在直流電機牽引問題，需要使用定子絕緣VPI測試后進行判斷，首先對機車車輛的電動機繞組進行初步處理，增加繞組的絕緣特性，提高繞組的化學(xué)穩(wěn)定性，其次需要進行真空浸漆處理，消除電機性能影響。

在測試實現(xiàn)階段，可以使用電纜絕緣診斷技術(shù)對機車的電阻、電流、介質(zhì)等進行檢測，首先需要根據(jù)電氣性能參數(shù)計算絕緣介質(zhì)的絕緣能力，其次測量絕緣電阻數(shù)值，從而得到車輛絕緣性能測試的結(jié)果，絕緣電阻數(shù)值對絕緣檢測結(jié)果起直接作用，因此進行絕緣性能測試的核心就是檢測機車的絕緣電阻數(shù)值，本文設(shè)計的方法使用的測量原理如下：

第一是電流測量原理，保證測試電源與樣品在恒定電壓的條件下組成回路，從而得到檢測樣品的絕緣電阻數(shù)值，第二是電流電壓原理，可以測試上述組成的閉合回路中的泄露電流數(shù)值，從而換算成樣品的電壓，第三是直接使用阻抗法檢測樣品的絕緣電阻值，最后一種是將樣品與標準電容器串聯(lián)，組成閉合回路后檢測樣品在電容器中積聚的電荷，換算成電阻值，在檢測過程中一定要保證樣品處于有電的狀態(tài)，能進行自然放電，設(shè)置放電常數(shù)，從而實現(xiàn)絕緣電阻的測量。

根據(jù)上述的測量原理進行測量時發(fā)現(xiàn)，有很多外界因素會影響絕緣電阻的測試數(shù)值，在溫度升高過程中，絕緣電阻的數(shù)值往往會呈下降狀態(tài)，因此在高濕度下對機車進行絕緣檢測時一定要進行溫度修正，避免由于溫度不同產(chǎn)生的絕緣電阻誤差，其次濕度也對絕緣電阻的檢測數(shù)值有一定的影響，隨著濕度的增加，絕緣電阻的數(shù)值逐漸降低，因此在高濕度下進行絕緣性能測試時需要格外注意濕度對絕緣性能檢測結(jié)果帶來的影響，排除濕度干擾，保證絕緣性能測試的準確性。

在高濕度下，電氣設(shè)備的表面很容易受潮，一旦出現(xiàn)了受潮反應(yīng)，會大大降低電氣設(shè)備的表面電阻率，對絕緣電阻數(shù)值檢測也帶來很大的影響，最后試驗電壓的大小和剩余電荷的大小也對絕緣電阻的檢測數(shù)值有很大的影響，試驗電壓越高，絕緣電阻的數(shù)值越小。剩余電荷如果存在測試結(jié)果也會存在虛假現(xiàn)象，因此測試絕緣電阻數(shù)值之前需要對電氣設(shè)備進行放電處理。

根據(jù)絕緣電阻的檢測數(shù)值以及上述繪制的極化曲線，可以得出高濕度下機車車輛絕緣性能測試的最佳結(jié)果，實現(xiàn)準確的機車車輛絕緣性能測試，但在測試中仍然需要注意外界環(huán)境的變化問題，在高濕度狀態(tài)下，機車車輛的絕緣性能測試過程中由于外界環(huán)境較惡劣，可能會存在安全隱患問題，因此務(wù)必保證測試安全再進行絕緣性能測試。

2 實驗

2.1 實驗準備

為了保證絕緣性能測試的準確性，需要確定檢測過程中的壓力變化在標準的范圍內(nèi)，因此需要記錄不同情況下的漏電流比重，確定高濕度對機車車輛電極的影響因素，此時需要設(shè)定絕緣測試的電壓，如下表4所示。

表4 絕緣測試電壓

由表4可知，此時的絕緣測試電壓變化較規(guī)律，符合后續(xù)的測試需求，兩種電壓的變化范圍較接近，因此可以進行后續(xù)的絕緣性能測試。

2.2 實驗結(jié)果與討論

分別使用本文設(shè)計的絕緣性能測試方法和傳統(tǒng)的絕緣性能測試方法測試在高濕度下不同標準的測試指標差異，測試結(jié)果如下表5所示。

表5 測試結(jié)果

由表5可知，在不同標準下進行測試，設(shè)計的絕緣性能測試方法測試的指標與標準的指標數(shù)值最接近，證明設(shè)計的絕緣性能測試方法的測試效果好，有一定的應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

及時對機車車輛的絕緣性能進行檢測，不僅能夠保證機車車輛具有良好的的維修狀態(tài)，還能夠保證機車正常的運行安全，避免出現(xiàn)安全事故有重要作用，尤其是在外界惡劣的環(huán)境下，高濕度很容易造成車輛絕緣性能失常，因此本文設(shè)計了新的車輛絕緣性能測試方法，并通過實驗證明設(shè)計的絕緣性能測試方法的測試效果好，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)車輛絕緣檢測的參考。