電氣設(shè)備的絕緣測試方法研究

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司長興分公司 張靳龍

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電氣設(shè)備的不斷普及和更新，電氣設(shè)備的絕緣性能對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和設(shè)備的正常運(yùn)行起著越發(fā)重要的作用。絕緣缺陷是導(dǎo)致電氣設(shè)備事故和故障的主要原因之一，如絕緣擊穿、絕緣老化、絕緣污穢等。因此，對電氣設(shè)備進(jìn)行絕緣測試，評估其絕緣性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理絕緣缺陷，具有重要的工程實(shí)踐價(jià)值[1]。

1 電氣設(shè)備絕緣測試概述

1.1 絕緣測試的定義和意義

絕緣測試是指在一定的電壓或電場作用下，通過測量電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)上的電流、電阻或局部放電等參數(shù)，來評估設(shè)備絕緣性能的一種檢測手段。絕緣測試可以檢測絕緣缺陷，如絕緣擊穿、絕緣老化、絕緣污穢等，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障和事故隱患，保障電氣設(shè)備的安全運(yùn)行[2]。

1.2 絕緣測試的分類

根據(jù)測試電壓的類型和測試對象的特點(diǎn)，絕緣測試可以分為多種分類方式。常見的分類方式包括以下三種。

一是直流絕緣電阻測試。直流絕緣電阻測試是指在設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)上施加直流電壓，并測量絕緣結(jié)構(gòu)上的電流和電阻等參數(shù)，從而評估絕緣性能。直流絕緣電阻測試主要用于評估電氣設(shè)備的整體絕緣性能，如絕緣電阻測試、極化指數(shù)測試等。

二是交流絕緣電阻測試。交流絕緣電阻測試是指在設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)上施加交流電壓，并測量絕緣結(jié)構(gòu)上的電流和電阻等參數(shù)，從而評估絕緣性能。交流絕緣電阻測試主要用于評估電氣設(shè)備在交流電網(wǎng)中的絕緣性能，如交流絕緣電阻測試、諧波測試等。

三是局部放電測試。局部放電測試是指通過檢測設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)上的局部放電現(xiàn)象，從而評估其絕緣性能。局部放電是指在絕緣結(jié)構(gòu)中的局部區(qū)域產(chǎn)生放電現(xiàn)象，通常是由于絕緣缺陷引起的。局部放電測試主要用于檢測絕緣結(jié)構(gòu)中的隱患缺陷，如絕緣老化、絕緣污穢、絕緣擊穿等。

2 電氣設(shè)備絕緣測試方法研究

2.1 介紹絕緣測試的常見方法和原理

2.1.1 直流絕緣電阻測試

直流絕緣電阻測試是利用電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)對直流電流的阻抗特性進(jìn)行測試。通常，直流電壓施加在絕緣結(jié)構(gòu)上，通過測量絕緣結(jié)構(gòu)上的電流和電壓，可以計(jì)算出絕緣電阻值。絕緣電阻值越大，表示絕緣性能越好。

直流絕緣電阻的計(jì)算公式為：絕緣電阻值（R）=施加的直流電壓（V）/測量得到的電流（I）。其中，直流電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），絕緣電阻值的單位通常使用歐姆（Ω）表示。

2.1.2 交流絕緣電阻測試

交流絕緣電阻測試是利用電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)對交流電流的阻抗特性進(jìn)行測試。通常，交流電壓施加在絕緣結(jié)構(gòu)上，通過測量絕緣結(jié)構(gòu)上的電流和電壓，可以計(jì)算出交流絕緣電阻值。交流絕緣電阻值越大，表示絕緣性能越好[3]。

交流絕緣電阻的計(jì)算公式是：絕緣電阻值（R）=施加的交流電壓（V）/測量得到的電流（I）。其中，交流電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），絕緣電阻值的單位通常使用歐姆（Ω）表示。

2.1.3 局部放電測試

局部放電測試是通過檢測絕緣結(jié)構(gòu)中的局部放電現(xiàn)象，從而評估絕緣性能。局部放電通常是由于絕緣結(jié)構(gòu)中的缺陷導(dǎo)致的，如絕緣老化、絕緣污穢、絕緣擊穿等。局部放電測試通常通過檢測絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的放電信號的幅值、頻率、相位等參數(shù)來評估絕緣性能，從而判斷絕緣結(jié)構(gòu)是否存在隱患缺陷。

局部放電（PD）的幅值（Pd）可以通過下面的公式計(jì)算：Pd=K×C。其中，K 為放電幅值系數(shù)，C 為放電容量。

局部放電頻率（f）通常通過計(jì)算放電脈沖的數(shù)量（N）與測試時(shí)間（T）的比值得到：f=N/T。其中，N 為放電脈沖的數(shù)量，T 為測試時(shí)間。

2.2 電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備絕緣測試試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備及條件

試驗(yàn)設(shè)備：使用Fluke 型號1587數(shù)字絕緣電阻測試儀，測試范圍為1kΩ 至2GΩ，測試電壓為500V。

電源：提供試驗(yàn)電壓，設(shè)置為設(shè)備額定電壓的1.2倍，設(shè)備額定電壓為380V，則設(shè)置試驗(yàn)電壓為456V。

試驗(yàn)樣品：選取一臺額定電壓為380V 的三相異步電動(dòng)機(jī)作為試驗(yàn)樣品。

溫濕度控制設(shè)備：控制試驗(yàn)環(huán)境的溫度和濕度，設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫濕度，例如溫度為25℃，相對濕度為50%。

2.2.2 試驗(yàn)方案

準(zhǔn)備測試樣品：本試驗(yàn)采用三相異步電動(dòng)機(jī)作為測試樣品，并確保其處于停電狀態(tài)。

連接測試儀器：將絕緣電阻測試儀連接到待測試設(shè)備的絕緣部分，按照測試儀器的使用說明進(jìn)行正確的連接。

設(shè)置測試參數(shù)：根據(jù)實(shí)際需要和試驗(yàn)要求，設(shè)置以下測試參數(shù)。

測試時(shí)間：設(shè)置測試時(shí)間為3分鐘；電源電壓：設(shè)置電源電壓為500V；試驗(yàn)溫度：設(shè)置試驗(yàn)溫度為25℃。

開始測試：按下測試儀器的啟動(dòng)按鈕，開始進(jìn)行絕緣電阻測試。在測試過程中，記錄測試儀器顯示的電阻值，并記錄測試時(shí)間。

按照預(yù)定的測試時(shí)間進(jìn)行測試：按照設(shè)定的測試時(shí)間進(jìn)行測試，通常為5min 或更長時(shí)間。

完成測試：在測試結(jié)束后，停止測試并記錄最終的電阻值。同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，包括測試時(shí)間、電源電壓、試驗(yàn)溫度等。

數(shù)據(jù)處理：根據(jù)測試儀器顯示的電阻值和試驗(yàn)要求的數(shù)據(jù)處理方法，計(jì)算絕緣電阻值，并記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。

2.2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集及計(jì)算

第一，在絕緣電阻測試過程中，記錄測試儀器顯示的電阻值，并記錄測試時(shí)間。假設(shè)在測試過程中記錄到的電阻值如下：第1分鐘，1.85GΩ；第2分鐘，1.82GΩ；第3分鐘，1.87GΩ。

第二，將收集到的測試數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)表格中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。數(shù)據(jù)見表1。

表1 測試數(shù)據(jù)

第三，進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，例如計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

平均值（Mean）的計(jì)算：

平均值=(電阻值1+電阻值2+電阻值3)/測試次數(shù)

平均值=(1.85+1.82+1.87)/3=1.847GΩ

標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation）的計(jì)算：

標(biāo)準(zhǔn)差=√[(Σ(電阻值-平均值)^2)/(測試次數(shù)-1)]

標(biāo)準(zhǔn)差=√[((1.85-1.847)^2+(1.82-1.847)^2+(1.87-1.847)^2)/(3-1)]

標(biāo)準(zhǔn)差=√[(0.0009+0.0009+0.0009)/2]

標(biāo)準(zhǔn)差=√0.00135標(biāo)準(zhǔn)差≈0.0367GΩ

通過以上的數(shù)據(jù)處理，可以得到初步的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)：平均值為1.847GΩ，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0367GΩ。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到了測試樣品在絕緣電阻測試中的電阻值數(shù)據(jù)，以及計(jì)算得到的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)測試數(shù)據(jù)和初步的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，可以進(jìn)行以下分析。

第一，電阻值數(shù)據(jù)。在測試過程中，電阻值的變化可以反映電氣設(shè)備的絕緣狀況。較高的電阻值通常表示較好的絕緣性能，而較低的電阻值可能表示存在絕緣故障或缺陷。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測設(shè)備的絕緣性能，并判斷其是否符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

第二，平均值。平均值是測試樣品在整個(gè)測試過程中的平均絕緣電阻值，可以作為評估設(shè)備絕緣性能的指標(biāo)。在本次試驗(yàn)中，得到的平均值為1.847GΩ，可以作為評估設(shè)備絕緣性能的參考值。

第三，標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差是測試樣品絕緣電阻值數(shù)據(jù)的離散程度的量化指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)差越小，說明數(shù)據(jù)越集中，絕緣性能越穩(wěn)定。在本次試驗(yàn)中，得到的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0367GΩ，說明測試數(shù)據(jù)相對集中，絕緣性能相對穩(wěn)定。

綜合以上分析，可以得出結(jié)論：在本次試驗(yàn)中，測試樣品在絕緣電阻測試中表現(xiàn)出較好的絕緣性能，平均值為1.847GΩ，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0367GΩ，符合規(guī)定的絕緣性能要求。

3 絕緣測試的設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)新

隨著科技的不斷發(fā)展，絕緣測試的設(shè)備和技術(shù)也在不斷更新和創(chuàng)新。以下分別介紹了基于無線傳輸?shù)慕^緣測試設(shè)備、基于人工智能的絕緣測試設(shè)備、可視化絕緣測試技術(shù)和基于深度學(xué)習(xí)的絕緣缺陷診斷技術(shù)。

3.1 新型絕緣測試設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用

3.1.1 基于無線傳輸?shù)慕^緣測試設(shè)備

傳統(tǒng)的絕緣測試設(shè)備通常需要使用有線連接，測試過程中存在數(shù)據(jù)傳輸和干擾的問題?；跓o線傳輸?shù)慕^緣測試設(shè)備可以通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的傳輸和管理，降低了設(shè)備連接的復(fù)雜度和干擾的影響，提高測試效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，無線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)也使得測試設(shè)備更加便攜和靈活，可以適用于各種場景和環(huán)境[4]。

3.1.2 基于人工智能的絕緣測試設(shè)備

基于人工智能的絕緣測試設(shè)備可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試和故障診斷。該技術(shù)可以大大提高測試效率和準(zhǔn)確性，減少人工操作的誤判和漏判。同時(shí)，基于人工智能的絕緣測試設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析和維護(hù)管理，為絕緣系統(tǒng)的安全和可靠性提供更好的保障。

3.2 絕緣測試技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用

3.2.1 可視化絕緣測試技術(shù)

可視化絕緣測試技術(shù)可以通過紅外熱成像和數(shù)字圖像處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對絕緣缺陷的可視化識別和分析。該技術(shù)可以大大提高絕緣缺陷的診斷準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)還可以通過圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對絕緣系統(tǒng)的自動(dòng)檢測和分析，減少人工操作的誤判和漏判[5]。

3.2.2 基于深度學(xué)習(xí)的絕緣缺陷診斷技術(shù)

基于深度學(xué)習(xí)的絕緣缺陷診斷技術(shù)可以通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對大量絕緣測試數(shù)據(jù)的自動(dòng)識別和分析，從而實(shí)現(xiàn)對絕緣缺陷的快速診斷和定位。該技術(shù)可以大大提高診斷效率和準(zhǔn)確性，減少人工操作的誤判和漏判。同時(shí)，基于深度學(xué)習(xí)的絕緣缺陷診斷技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對絕緣系統(tǒng)的自動(dòng)化維護(hù)和管理，為絕緣系統(tǒng)的安全性和可靠性提供更好的保障。

4 結(jié)語

絕緣測試是電氣設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它可以檢測絕緣系統(tǒng)的質(zhì)量和缺陷，預(yù)測絕緣系統(tǒng)的壽命和健康狀況，為電氣設(shè)備的安全運(yùn)行提供重要的保障。本文綜述了電氣設(shè)備絕緣測試的概念和意義，分析了絕緣測試的分類、常見方法和原理，探究了絕緣測試方法在不同電氣設(shè)備中的適用性，并介紹了新型絕緣測試設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。其中，基于無線傳輸?shù)慕^緣測試設(shè)備和基于人工智能的絕緣測試設(shè)備可以提高測試效率和準(zhǔn)確性，可視化絕緣測試技術(shù)和基于深度學(xué)習(xí)的絕緣缺陷診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對絕緣缺陷的可視化診斷和自動(dòng)化分析。

但是，隨著電氣設(shè)備的不斷更新和發(fā)展，絕緣測試面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，新型電氣設(shè)備的復(fù)雜性和多樣性需要更加靈活和多功能的絕緣測試設(shè)備和技術(shù)，同時(shí)，新型材料和新型工藝也需要更加精準(zhǔn)和敏感的絕緣測試方法和技術(shù)。因此，未來的絕緣測試需要不斷創(chuàng)新和進(jìn)步，加強(qiáng)學(xué)術(shù)研究和技術(shù)創(chuàng)新，為電氣設(shè)備的安全運(yùn)行提供更好的保障。