绝缘电阻在线检测研究

绝缘电阻在线检测研究（精选5篇）

绝缘电阻在线检测研究 篇1

摘要：针对电力电子器件的发展,分析了绝缘电阻在线检测的设计原理,提出了绝缘电阻测量的电路设计方案,深入阐述了绝缘电阻在线检测的硬件设计方法和关键技术,指出了该装置对现代化大型电力电子设备具有较大的使用潜力和推广价值。

关键词：绝缘电阻,在线检测,测量,电路设计,信号

引言

随着电力电子器件的发展,伴随着大量的电力电子设备应用范围越来越广泛,衡量电力电子设备绝缘性能好坏的重要参数是它的绝缘电阻值的大小。在线检测大量电力电子设备的绝缘性的好坏不能采用常用的测量仪器,如数字多用表、兆欧表、绝缘多用表、耐压测试仪等。原因是采用常用的手段在测量时存在很大的弊端:1)一部分设备使用专用的测量仪器来测;2)测量时一些仪器操作很不方便,测量精度很低,主要用在非在线测量中。常用的兆欧表就是一种常用的绝缘电阻测量仪器,它是通过在高压条件下测量电阻来衡量绝缘退化状况的高电阻兆欧表。由于电力电子器件耐压的敏感度很强,在高压情况下很容易造成器件因高压而损坏。因此针对以上存在的问题,在原有的检测基础上进行新的功能改进,除了能在线进行绝缘电阻检测外,还能非在线

进行检测,测量速度快,系统稳定、可靠。

1 总体设计方案

绝缘电阻在线检测系统采用模拟电路与数字电路相结合,对电力电子设备在交流和直流两种情况都可以进行测量,要求在启动开机3 s～5 s后测量仪器处于稳定状态,该系统由电源转换电路、信号发生电路、测量电路、采样保持电路、信号转换电路、显示器电路以及报警电路构成,如图1所示。

测量电路是采用恒流电流供电原理,将被测绝缘电阻转换成相应的电流值,再通过转换电路将电流转换成与被测绝缘电阻值相等的电压值,从而得到所需测量的绝缘电阻参数。

采样保持电路在信号发生器产生脉冲信号控制下,根据实际被测对象的电压值进行快速采样与保持。分别去显示电路和报警电路,显示电路由A/D转换器、微处理器和显示器构成。A/D转换器可以接受0 V～10 V电压,通过A/D转换电路将采样值转换成数字信号送到微处理器进行滤波与计算后再送到显示器显示出所测量的绝缘电阻参数。如果被测参数低于预设标准参数值,则通过报警电路进行故障报警和低绝缘电阻预报警。

电源电路产生直流5 V和±12 V电压为整个设备提供工作电源。为了增大该仪器的适用范围,电源电路采用交、直流两用电源,既可使用交流供电,又可使用直流供电。直流供电采用逆变技术产生AC 220 V经过降压、整流、滤波形成所需工作电源;交流供电首先采用变压器隔离降压,再整流、滤波形成直流电源。

2 绝缘电阻测量电路设计

如图2所示,本电路由测试电路和I/U电路两部分组成,对不同量程采用了不同的恒流电流供电,其测试量程分为四档,测量满度值为0.1 K,1 K,10 K,100 K,1 000 K,2 M。量程转换通过开关S选择R3～R8来实现,用来改变恒流源的内阻。恒流源由-6 V电源提供电源,串上阻值远大于实际被测电阻Rx的R3～R8中的一个,具备了恒流源特性要求。三极管VT组成射极跟随器,目的在于用以扩大IC1输出电流,从而满足低电阻测量时输出大电流的需要。R12～R23,IC2构成I/U转换电路,将电流转换成与电阻值相等的电压值。

3 信号发生电路设计

如图3所示,该电路在IC3产生方波信号,经IC4-1比较放大后所产生的信号一路加在与门D1的一个输入端,另一路在经过由IC4-2够成的移项放大器进行移项放大加在与门D1的另一输入端。每当D1产生了一个高电平脉冲信号时开关管Q1导通,采样保持电路就进行一次信号采样保持。

4 结语

用该方案设计研制成的绝缘电阻在线检测装置在实验室进行了某大型电力电子设备系统绝缘电阻检测中,能够快速、准确地完成整个测量过程。证明了用此方案设计的绝缘电阻测量装置的实用性,所以该装置对现代化大型电力电子设备具有较强的使用潜力和较大的推广价值。

参考文献

[1]刘表万.高压兆欧表组成方式的研讨[J].电测与仪表,1996(9):44-45.

[2]臧广才.特殊应用电路[M].北京:中国计量出版社,2001.

[3]史保壮,史铁华.高压设备在线监测系统技术条件的原则框架[J].高压技术,2005(6):23-24.

[4]蔡丽虹,徐义.简单易用的绝缘测试仪[J].新自动化,2006(9):88-89.

[5]娄会超,戴新生,万少松.多路绝缘电阻检测仪设计[J].计算机测量与控制,2003,11(8):77-78.

[6]张金波,李政金,权小平,等.数字式绝缘电阻测试仪高压发生器电路设计[J].工矿自动化,2002,5(2):23-24.

绝缘电阻在线检测研究 篇2

复合绝缘子广泛地应用于电网各个电压等级线路,其绝缘性能的好坏对于电网的安全至关重要。憎水性是反映复合绝缘子绝缘性能的一个重要技术指标,复合绝缘子在高压电磁场作用、阳光直射、湿度、污秽、大气腐蚀性物质等作用下,绝缘性能老化,憎水性将逐渐下降,由此导致伞群污区扩大,进而会产生电晕、电弧等放电和泄漏电流增大现象,而电晕、电弧放电等又加剧了复合绝缘子的老化过程,反复加剧恶化,最终难免会造成严重事故,影响电力系统的安全运行[1,2]。

1 复合绝缘子性能检测方法发展

1.1 复合绝缘子性能检修现状

复合绝缘子有定期计划检修、定期抽查检修、状态检修三种检修手段。定期计划检修的特点是有计划地对绝缘子设备进行检修及轮换,但会出现使用尚好的绝缘子被换下,而问题绝缘子又得不到及时更换的现象;而定期抽查检修更是不能及时替换出问题的复合绝缘子。

在检修工作不断发展的过程中,电力部门采取了各种方法来检测绝缘子,包括目测法、红外检测、紫外检测、电场法、盐密度和灰密度检测等,它们都是以不同的科学技改和维护方案来监测和检测运行中的绝缘子,都以提高绝缘子的绝缘性能、防止发生恶性停电事故为最终目的。

1.2 复合绝缘子憎水性研究状况

对于憎水性的研究,目前只处于实验室研究阶段,憎水性由复合绝缘子的表面张力所决定,表征水分对复合绝缘子外绝缘的湿润能力。IEC/TS 62073:2003给出了三种憎水性测试方法,即接触角法、表面张力法、喷水分级法[3]。

(1)接触角法:通过放置在试样表面的水珠的边沿与材料表面之间形成的接触角来表征憎水性状态。通过测量接触角θ大小来判断绝缘子憎水性,在θ∈[80°,180°)时,表现出憎水性能良好。

(2)表面张力法:在特定环境下,利用特定的混液在测试样本上的表面张力来反映样本的憎水性能。在试样表面保持连续层的时间最接近2 s的混合液体所具有的表面张力被定义为试验表面张力。

(3)喷水分级法:此法操作简单,可以在现场环境下直接操作。采集喷在样本上的水样图片样本,通过建立的憎水性指示函数软件模型,在现场利用专家分析软件直接判定并存储待测样本憎水性HC等级(Hydrophobicity Class)。即HC1~HC3为憎水性状态,HC4为中间过渡状态,HC5~HC7为亲水性状态[4]。

1.3 复合绝缘子憎水性检测方法比较

上述三种检测憎水性的方法中,接触角法与表面张力法只能在实验室进行测试,且对测试环境要求比较高,无法现场应用。接触角法检测时还需取伞群小块样本,达不到检修的目的;而表面张力法极少应用,其测量样本对象范围也有限。

喷水分级法操作最为简单、便捷,能够对样本进行非破坏性检测,适用于巡检现场的应用环境,因而得以在运行复合绝缘子的憎水性评价中获得广泛应用。目前,清华大学提出了基于四参数测量的综合评价方法。该方法通过静态接触角θ和HC等级来联合表征憎水性状态。该方法被应用于在实验室内对运行复合绝缘子憎水性状态退化行为进行综合评价。

综上,适于现场应用的检测的有效手段为喷水等级法,但是该方法从软件层面去执行等级判定,需要采用软件识别加人工判定审核的方式。如果能不断优化图像识别技术,得出有效的特征值,并利用软件算法对该判定结果加以升级改进,喷水等级法将成为一种高效的检测手段,这对现场应用具有重要意义。

2 复合绝缘子检修问题

根据长时间使用所得出的经验来看,硅橡胶外绝缘子憎水性和憎水迁移性并非恒定不变的,随着运行时间的延长、绝缘子的老化以及环境因素的影响等,憎水性可能会下降甚至丧失,憎水性迁移速度也可能会减慢。

对于性能良好的复合绝缘子绝缘,绝缘性能下降之后,通过检修维护等手段,其绝缘性能能够得到恢复,进而延长使用寿命,并保持线路正常运行。因此,对于复合绝缘子的绝缘性能进行长期检测,从而形成一份绝缘子性能运行档案,是对复合绝缘子进行有效管理维护、保障输电线路安全运行的一个重要方式。

目前,在对复合绝缘子进行检修的方式方法中,利用喷水等级法判定复合绝缘子憎水性是一种简单有效的手段。根据瑞典输电研究所提出的理论模型,国内各研究机构都进行了一系列的研究,研究的重点在于以下两点:

(1)如何快速有效地采集到符合判定标准的图片样本;

(2)如何通过图像识别技术来对采集的数据进行有效分析,从而得出复合绝缘子憎水性HC1~HC7的结果。

3 复合绝缘子性能检测方法———喷水等级法

3.1 喷水等级法判定依据

表1为喷水等级法判定依据。

3.2 喷水等级法问题改进

如何快速有效地采集符合判定标准的样本,是进行判定分析的基础。因此,在图片样本的采集过程中,需要注意采集时间,在喷水过后,在天气、光照、拍摄角度等因素不同的情况下,采集的图像样本也不尽相同。例如:阳光强烈特别是绝缘子拍摄面处于向阳面或者阳光对摄像头直射的情况下会出现水珠边缘不明显和拍摄图片偏白的现象。鉴于此特殊情况,应尽量选择在天气晴好的清晨或者傍晚、且光线较好的时间段进行图像采集。

另外,在进行分析之前,还需要挑选采集样本,即对采集图片样本上的目标区域进行筛选。目标区域的选择需遵循以下原则:

(1)该区域是喷水装置的喷头正对着喷射的区域;该区域必须充分受水,是喷水时就选定的检测区域。

(2)该区域图像清晰,可以用肉眼明确辨认出湿区(水珠或水迹)和干区。

(3)该区域不能包括绝缘子伞裙的边缘,也要尽量避免边缘效应的影响。所谓“边缘效应”,是指在绝缘子伞裙靠近芯棒的地方和伞裙的外边缘处,水会发生淤积现象,而这并不能代表整片绝缘子伞裙的憎水性。如果将外边缘部分的图像也包括进去,就会使判断出来的结果存在偏差,从而造成不必要的误差。

(4)该区域必须是喷水区内憎水性最差的部分。因为即使是同一片伞裙,不同部分的憎水性也可能是不同的,有的部分会好些,有的部分会差些。憎水性检测的目的是要看复合绝缘子在这种憎水状况下继续运行的危险程度,而憎水性最差的状况也是最危险的状况,所以必须把最差的部分的憎水性检测出来,以此来判断整片伞裙乃至整串绝缘子的憎水性状况。

基于图像分析技术,对采集样本进行分析,是判定复合绝缘子憎水性等级的关键步骤。图像分割算法通过水滴与背景色的灰度值来进行比对,直方图均衡算法除了提高对比度,也使得灰度分布更加标准,更适用于分割算法计算[3]。

噪声消除是经直方图均衡后的处理步骤,它以一张噪声最小、水珠边缘最清晰的图片作为分析样本。将选取出的最好的一张图片(图1)灰度化之后(图2),利用二值重构算法,滤除小的水珠和噪点,再采用图像负片算法,得到一张黑白的水珠图片(图3)。可以对这张图片再次采用二值重构算法,来消除图片中水珠中间的孔洞,得到最好的效果[4]。

结合HC图像等级原理,利用图像分析算法对采集到的喷水样本进行处理,水迹的形态显示、面积比或是形状因子、最大水迹特征都是最显著的,能够表征待测样本的憎水性特点,因而可以成为复合绝缘子憎水性等级分级判断的依据。

根据数据分析,传统的憎水性等级不能很好地应用于现场,而采用喷水等级分级方法能够实现憎水性等级的客观判定,判断准确率较高、现场操作便捷,能够形成一套比较完整的憎水性分级体系,这对复合绝缘子表面憎水性的诊断具有重要的现实意义。

4 复合绝缘子憎水性季节检测特点

4.1 憎水性丧失特性

可在冬末春初第一场降雨到来前并且环境温度上升至15℃时进行测量,测量时刻为中午前后。通过这个参数,可以获知运行复合绝缘子在一年中憎水性最差的情况。

4.2 憎水性恢复特性

可在每年最热的6—8月进行,测量尽量选择晴好天气,测量时刻为早晨或傍晚。通过这个参数,可以得出现场复合绝缘子在一年中憎水性最好的情况。若这个时候现场的某支复合绝缘子憎水性还比较差,那说明这支复合绝缘子在一年中的其他时候憎水性也难以恢复,就需要对这支复合绝缘子的运行状况进行关注。

对于冬季憎水性达到HC6级及以上的运行复合绝缘子,建议应对其进行清扫或冲水。对于夏季憎水性达到HC6级及以上的运行复合绝缘子,根据DL/T 864—2004的规定,建议将其退出运行。

5 结语

运行中的复合绝缘子憎水性的分析判断及相关实验研究,涉及电气学、材料学、化学物理等多种交叉学科。运行中的复合绝缘子影响因素有很多,近几年出现了越来越多的复合绝缘子“不明闪络”等问题,表明了对复合绝缘子运行环境的研究工作还处在一个前期阶段,此研究的后续发展还是一项较为复杂且艰难的任务。全面研究运行中复合绝缘子的憎水性需要大量的实验和丰富的理论知识,目前展望的后续工作包括了以下两点:

(1)利用水滴接触角度判断憎水性等级,需要进行大量的角度比对和光谱分析,以建立基于角度分析的数据评判库。

(2)复合绝缘子运行时所处的环境外界因素较多,较为复杂。复合绝缘子表面的憎水性会受到电晕、紫外线、污秽、温度等环境因素的影响,目前对于更多的复杂情况,软件的识别排除分析能力还是比较弱的,要做到综合考虑影响因素,从而准确地进行分析验证。

参考文献

[1]张乔根,周建博,奚海波,等.复合绝缘子表面不同状态时的放电特征[J].高电压技术,2014,40(4):987-994.

[2]张晶.基于FCM的绝缘子憎水性图像处理方法研究[D].北京:华北电力大学,2008.

[3]谭志存,鲁瑞华.基于最大类间方差的图像分割改进遗传算法[J].西南大学学报:自然科学版,2009,31(1):87-90.

起重机绝缘电阻检测方法探讨 篇3

1 绝缘电阻的检测准备工作

为了能够确保起重机绝缘电阻检测的准确性, 在检测前应该注意以下几个方面的问题:

(1) 利用绝缘电阻表对起重机绝缘电阻进行检测前, 应该将起重机地面供电的总电源开关断开, 接着, 将和起重机相关设备连接的线拆除, 进而达到将起重机的相关设备接地放电的目的。对于变频器、电缆、电动机等容量较大的设备进行充分放电。

(2) 在检测过程中使整个电路的绝缘电阻连接起来。在检测时, 起重机上的总电源开关、凸轮控制器、主接触器等应该处于关闭状态。在有单相负载的情况下, 应该将各相线上的负载断开。

(3) 检测过程中兆欧表必须平稳, 并且远离大的外磁场和电流导体。检测引线必须充分分开, 不能和起重机相关设备的其余位置接触。

(4) 如果起重机的电气设备和线路存在污物应该利用清洁的软布将设备外绝缘表面上的污物清除。

2 起重机绝缘电阻检测电压的确定

为了能够确保起重机绝缘电阻检测的稳定性和准确性, 检测电压即不能过高, 也不能过低。根据JB/T 4315-1997《起重机电控设备》6.4.4条的规定, 电路工作电压应该处于48-500V之间, 并且利用500V电压进行绝缘电阻的检测。

3 检测时间的选取

利用绝缘电阻仪对起重机电气设备进行检测时, 当绝缘介质通入直流电压时, 由于流经绝缘介质的电流会发生改变, 绝缘电阻的大小随时间的变化而改变。为了能够减小检测结果误差, 可以在加检测电压一分钟后来检测电流值。

4 温度对起重机绝缘电阻检测的影响

温度对起重机绝缘电阻检测具有较大的影响, 起重机现场检测时不能确定统一的检测温度。为了能够考虑到温度对起重机绝缘电阻检测的影响, 可以在检测时将当时的温度记录下来, 并且根据如下的公式换算到需要温度下的绝缘电阻:

式中, R1和R2分别表示需要温度下的电阻和检测温度下的电阻;T1和T2分别表示需要温度和检测温度。

5 湿度对起重机绝缘电阻检测的影响

当检测湿度较大时, 绝缘电阻将减少, 因此在进行起重机绝缘电阻检测时应该考虑湿度的影响, 在进行检测时应该利用湿度计来测试检测时周围环境的湿度, 当相对湿度超过60%时, 起重机的电气设备的绝缘电阻应该超过0.4MΩ。

6 结论

起重机电气设备的绝缘电阻的检测对其安全使用具有非常重要的作用。在检测过程中, 一定要考虑到准备工作、检测电压、检测时间、湿度和温度等因素, 只有这样才能确保起重机绝缘电阻检测的准确性。

摘要：为了能够提高起重机绝缘电阻检测的准确性, 详细地讨论了起重机绝缘电阻检测的相关方法, 从检测准备工作、检测电压的确定、检测时间的选取、温度和湿度对检测的影响进行了分析, 并且提出相应的解决方法。

关键词：起重机,绝缘电阻,检测

参考文献

[1]徐俊刚.绝缘电阻在线检测研究[J].山西建筑, 2008, (4) :185-186.

绝缘电阻在线检测研究 篇4

绝缘子是电网中尤其是输电线路的主要绝缘部件, 是保障电气性能的重要部件。国内外学者提出了多种针对故障绝缘子的检测方法, 都是利用表征绝缘子状态的一个或几个特征量进行故障早期预报, 主要有分布电压法、敏感绝缘子法、脉冲电晕电流法、泄漏电流法、电场法、超声波测量法、绝缘电阻测定法等[1]。但这些方法检测精度较低, 易受电磁干扰, 安全隐患大、检测成本高的同时劳动强度大, 并且缺少对设备外绝缘性能实时信息的获取, 不能做到及时准确地判断。为此, 亟需一种安全准确、经济高效的故障绝缘子检测方法, 以实现输电线路由定期检修到状态检修的转变。

通过红外测温技术研究故障绝缘子的检测方法具有比较明显的技术优势和使用便利性, 将在电力系统运行和维护中发挥重要作用, 具有较大的使用价值和广阔的应用前景, 目前国内外有较多学者做了相应研究[2~4]。该技术在绝缘子检测方面的广泛应用仍有待于红外热成像设备分辨率的进一步提高。文献[5]在劣化绝缘子发热机理和热像特征方面做了有益的理论研究, 但没有现场实际的红外热像特征图谱, 对绝缘子电阻劣化机理方面也未做更深入的探讨。近几年红外热像仪的温度分辨率和空间分辨率较以前有了较大提高, 这为进一步深入研究绝缘子的发热机制及其红外测温提供了保障。

本文对故障绝缘子发热机理进行了详细分析, 通过试验模拟采用红外测温技术分别对零值绝缘子和污秽绝缘子进行快速在线检测辨别, 以验证该方法的有效性和实用性。

1 检测原理

1.1 绝缘子分布电压

由于绝缘子的钢脚/钢帽等金具部分、接地的杆塔和带电的输电线路之间都存在杂散电容, 因此绝缘子串的电压分布不均匀。随着绝缘子串长度的增加, 电压分布不均的现象更为显著。

正常情况下, 绝缘子串中绝缘子的电容C为40~60pF, 绝缘子对杆塔的杂散电容CE为4~5pF, 而绝缘子对导线的杂散电容CL为0.5~1pF, 由此可知CE的影响比CL大, 即绝缘子串中电压分配不均, 靠近导线的绝缘子承担的电压降较大, 靠近杆塔的绝缘子承担的电压降较小, 整串绝缘子的电压分布呈不对称的马鞍形[2]。绝缘子串各绝缘子承受的电压如图1所示。

1.2 绝缘子发热机理

绝缘子的发热由三部分组成[2,3]。一是在交变电场作用下电介质的极化效应引起的发热, 其发热功率可表示为:

式中, Ud为绝缘子的分布电压;ω为角频率;C0为绝缘子的极间电容 (约40~60pF) ;tanδ为绝缘子介质损耗角的正切值。

二是内部穿透性泄漏电流所引起的发热, 其发热功率可表示为:

式中, Ip为贯穿绝缘子的泄漏电流;Rp为绝缘子劣化后穿透性泄漏电流损耗的等值电阻。

三是绝缘子表面污秽产生的表面爬电泄漏电流所引起的发热, 其发热功率可表示为:

式中, Ic为绝缘子爬电泄漏电流;Rc是绝缘子表面污秽层泄漏电流损耗的等值电阻。

绝缘子串的电压分布呈不对称的马鞍形, 靠近导线的绝缘子的分布电压相对较高, 中间绝缘子承受的电压则低一些, 而靠近横担分布电压又有所回升。绝缘子的发热功率与分布电压的平方成正比, 正常绝缘子串的热像分布规律同电压分布规律相对应, 即呈不对称的马鞍形。

图2是绝缘子的并联等效电路, C0为极间电容, 通常约为40~60pF, 对应工频电压下容抗约为79.6~53.1MΩ;Rm为介质极化损耗等效电阻;Rp为内部穿透性泄漏电流损耗等效电阻, 其值取决于绝缘子内部劣化情况, 正常绝缘子为无穷大;Rc为表面泄漏电流损耗等效电阻, 其值与绝缘子表面清洁程度和气象条件有关, 正常情况下认为趋于无穷大。

绝缘子的等效电阻满足:

绝缘子总发热功率为:

式中, XD为等效容抗。显然P与RE呈非线性关系, 与分布电压Ud的平方成正比, 因此若零值绝缘子出现在不同位置, 则发热功率也不同。用求函数极值的方法求出其最大发热时的电阻值, 即:

由此可知, 故障绝缘子 (零值绝缘子或严重污秽绝缘子) 的发热功率只有一个极大值, 当绝缘子的绝缘电阻降到等效容抗XD值时, 绝缘子的发热功率最大。此时绝缘电阻称为最大发热电阻, 其值决定于绝缘子的极间电容值C0和绝缘子串的片数。

对于一个正常绝缘子来说, Rp和Rc均明显大于Rm, 故RE≈Rm, 此时的发热功率P值很小, 与分布电压的平方成正比。绝缘子发生劣化时, Rp值开始变小, 当小于300MΩ时, RE≈Rp, 此时发热功率集中在钢帽内部, 钢帽温度明显升高;当Rp继续下降且明显小于XD时, 尽管流过Rp的电流随Rp的下降而增大, 但其发热功率呈下降趋势;当Rp降至5MΩ以下时, 发热功率小于正常值, 理论上零值绝缘子的发热功率接近于零。相同电压下积污越严重, 绝缘子发热量就越大。

1.3 红外测温法

红外测温技术能够实现远距离、大面积快速扫描, 进而快速成像, 工作效率高。使用红外热像仪检测能够以图像的形式直观地显示、记录绝缘子的运行状态[6], 只要在适当位置用红外热像仪扫描绝缘子, 就可初步找出故障绝缘子。另外, 红外热像仪的响应速度快、数据采集速度高, 可批量检测绝缘子运行状况, 与以往人工徒步观测和登塔检测方法相比, 不仅大幅提高了工作效率, 降低了劳动强度, 同时还保障了工作人员的人身安全。

零值绝缘子是指绝缘子绝缘特性完全丧失, 其绝缘电阻为零或极低。理论上零值绝缘子不会发热, 其温度与环境温度一致, 因此通过红外测温法的特征图谱判别法可快速检测出绝缘子串中的零值绝缘子。

2 模拟试验与结果分析

2.1 试验方法

采用盘形悬式陶瓷绝缘子串进行模拟试验, 共4串绝缘子串, 每个绝缘子串从上到下分别标记为第1到第8片, 试验电压为65kV, 且上端为高压端。

首先对清洁绝缘子串与污秽绝缘子串进行对比试验, 4串依次为清洁串、污秽串、污秽串、清洁串, 污秽为硅藻土与氯化钠的混合物。人工均匀涂刷第2和第3串绝缘子串各绝缘子, 各绝缘子等值附盐密度均为0.15mg/cm2。上电工作30min后每隔10min利用红外热像仪得到污秽串和清洁串的红外图谱;然后对绝缘子串含有1个零值绝缘子的情况进行带电试验, 第2串绝缘子串中第2片绝缘子被短接, 为零值绝缘子, 第3串绝缘子串中第4片绝缘子为零值绝缘子, 第4串绝缘子串中第7片绝缘子为零值绝缘子。同样加压30min后每隔10min用红外热像仪得到零值绝缘子在不同位置时的红外图谱。通过以上两组试验以验证红外测温技术在故障绝缘子检测中的效果。

2.2 试验结果分析

图3 (a) 、 (b) 分别为清洁串绝缘子与污秽串绝缘子的红外热像图及其对应的温度曲线图。通过对比可知, 图3 (a) 的温度曲线较为平缓, 而图3 (b) 的温度曲线突变较多, 绝缘子串间温差较显著。污秽绝缘子的发热比正常绝缘子大, 因此与正常清洁绝缘子相比, 污秽绝缘子的热像表征图像会有明显的突变, 可通过精度较高的红外热像仪对不同污秽程度的绝缘子红外图像进行辨别。同时可发现靠近两端的两片绝缘子发热较大, 这主要是由于该处绝缘子承受的电压较高。

图4 (a) 、 (b) 、 (c) 分别为第2、4、7片为零值绝缘子的绝缘子串的红外热像图及其对应的温度曲线图。

零值绝缘子的位置对红外检测有一定的影响。零值绝缘子处于高压端与低压端时, 与相邻正常绝缘子平均温差较大;零值绝缘子处于绝缘子串中部时, 相对温差较小。因此, 靠近高压端与低压端的零值绝缘子易于被红外测温法检测, 中部零值绝缘子次之。

2.3 试验结论

通过对故障绝缘子的发热机理进行探讨分析, 以及基于红外测温的故障绝缘子快速在线检测模拟试验, 可得到以下结论。

(1) 污秽绝缘子发热比正常绝缘子大, 理论上零值绝缘子发热功率很低甚至为零, 其温度与环境温度接近;污秽绝缘子和零值绝缘子与相邻正常绝缘子温度变化大, 故当绝缘子有严重污秽或零值绝缘子存在时, 其热像表征图像会有明显的突变发生。

(2) 当零值绝缘子位于串中靠近高压端或低压端时, 其热像图像显示零值绝缘子与相邻正常绝缘子平均温差较大, 位于中部时与相邻正常绝缘子平均温差较小。

(3) 利用精度较高的红外热像仪基于红外测温法可对不同污秽程度的绝缘子进行辨别;靠近高压端与低压端的零值绝缘子易于被红外测温法检测, 中部次之。

3 结束语

本文通过试验验证了红外测温法在故障绝缘子在线检测中的有效性。该方法通过遥测绝缘子串温度分布来检测零值和污秽绝缘子, 不需要进行人工爬塔检测, 工作量小、工作效率高、安全性高且检测速度快。

摘要：分析故障绝缘子发热机理和红外测温法的原理, 采用红外热像仪对盘形悬式陶瓷绝缘子串进行模拟试验, 验证了红外测温法在故障绝缘子在线检测中的有效性。

关键词：红外测温法,在线检测,零值绝缘子,污秽绝缘子

参考文献

[1]李波, 黄嫄.国内外绝缘子在线检测方法的研究[J].电气技术, 2011 (9) :1~5

[2]胡世征.劣化绝缘子的发热机理及热象特征[J].电网技术, 1997, 21 (10) :44~46

[3]邱东晓, 陈永根, 刘伟, 等.影响带电设备红外检测及诊断的因素[J].电力安全技术, 2011 (9) :62, 63

[4]陈金法.基于红外热像技术的绝缘子状态检测与诊断[J].电工电气, 2011 (12) :42~47

[5]金光熙, 权光日, 郎成, 等.故障绝缘子的发热机理及其红外热像检测[J].电瓷避雷器, 2011 (5) :12~15

绝缘电阻在线检测研究 篇5

在机场助航灯光系统中,几乎所有的灯具都安装在户外,灯具的供电电缆也大都采用野外地埋的方式,相应的对电缆接头的绝缘处理一般是使用环氧树脂或热缩管等材料加强很薄弱的接头处的绝缘,但是由于温度、湿度、霉菌等环境因素的影响都会使电缆的绝缘性变差,如果长时间不对绝缘变差的地方进行技术处理,就很可能出现电缆芯对地短路的情况。在一点接地的时候,调光器的输出与地不构成回路,对灯光还没有太大的影响,但是如果出现了两点或多点接地的情况,就会使接地两点之间电路短路,从而造成几个甚至大面积灯泡不亮的情况,这就不同程度地影响了飞机飞行、着陆的安全。

为了解决这个问题,机场的维修人员大都采取定期检测的方法,即每隔一段时间用兆欧表测量回路的绝缘电阻,这种方法实时性很差,误差也较大,而且浪费大量的人力,如果不能频繁测量就很难及时了解回路的绝缘情况。由于在运行过程中灯光回路电缆上有几千伏的高压,因为耐压的问题,用普通的兆欧表不能实现在线测量,针对以上一系列问题,经过研究和实验,完成了绝缘电阻检测硬件电路的设计。解决了机场助航灯光系统中绝缘电阻在线测量的问题。

1 绝缘电阻测量原理

普通电阻的测量通常有低压下测量和高压下测量2种方式。而绝缘电阻的测量根据其耐压要求,所施加的测量电压都是直流高电压,因此绝缘电阻检测电路中应该具有直流高电压产生电路,本文所研究的助航灯回路绝缘电阻检测需要的高电压为900 V左右。绝缘电阻测量原理如图1所示。

在测量电阻Rx时,需直流高压稳压电源输出一个直流高压,随着Rx的变化,R1、R2分得电压Ui、Uv,通过采集量转换电路后,将标准的采集量送入到调光器监控单元中,便可以得到被测电阻Rx的阻值。

2 总体设计思路

绝缘电阻检测硬件电路由直流高电压测量电路和采集量转换电路构成,如图2所示。

直流高电压测量电路产生恒定的直流高电压,用于测量助航灯回路和大地之间的绝缘电阻,然后经采集量转换电路,将采集的电压转换为标准的4～20 mA的电流,送入助航灯光调光器监控系统中。

2.1 直流高电压测量电路设计

绝缘电阻的测量根据其耐压要求,所施加的测量电压都是直流高压,因此绝缘电阻测试电路中应该具有直流高压产生电路。直流电压测量电路首先将220 V交流电压通过升压变压器转换成660 V左右的高压交流电,然后经过桥式整流、电容滤波,将电压转换为900 V左右的直流电压,将该高电压一端接在助航灯回路上,另一端与大地相连,来测量助航灯回路和大地之间的电阻,电路图见图3。

通过测量R2两端的电压Uv,R1两端电压Ui,来计算绝缘电阻Rx。

假定R2和R3串联电路两端电压为U,流过R1电流为I,则R2两端电压;绝缘电阻上电流;总电阻;所以

2.2 采集量转换电路设计

采集量转换电路主要采用运算放大器和线性光耦组成。采集量转换电路是将测量的电压Uv、Ui转换为标准的4～20 m A电流,送到助航灯光调光器监控系统中。这部分电路由电压转换电路和电压/电流隔离转换电路来实现。

2.2.1 电压转换电路

由于Uv转换电路与在Ui转换电路原理一样,在这里介绍Uv转换电路即可。电压转换电路见图4。

首先通过电压跟随器将采集到的电压送到下一个运算放大器中,当运算放大器工作在放大状态下时,分析计算输出电压与输入电压关系:输出电压选定可得

此时,根据检测出的电压Uv的范围,将电压调整为:0.1～0.7 V。

2.2.2电压/电流隔离转换电路

在这部分电路中,为了隔离测量电路与控制电路,采用了性价比较高的线性光耦隔离转换电路,由于线性光耦输入端和输出端是通过光耦进行耦合的,并且芯片本身的电气隔离性能可靠,所以不仅能够对直流电压进行高精度检测,也不会将高电压侧的电磁干扰耦合到控制电路中,从而实现直流电压侧和控制电路的高强度电气隔离[1]。

图5是电压/电流隔离转换电路,将采集到的电压Uv转换为4～20 m A的电流。

电路中采用HCNR201型线性光耦,它包括一个高性能的发光二极管LED和两个同种工艺制成的具有严格比例关系的光电二极管[2]。LED是隔离信号的输入端,当有电流流过时就会发光,两个光敏二极管在有光照射时就会产生光电流,光敏二极管感应出的电流正比于LED的光电流。

在该电路中发光二极管LED与两个光电二极管在一个线性光耦芯片内,运放的输入端输出端分别接有PD1和LED,并构成反馈电路。假设运放的反向输入端电势不变,若同向端电势升高,经运算放大器放大,输出端电势明显增加,输出端所接三极管基极电势也会明显增加,这样流过发光二极管LED上的光电流就会减少,发光强度也会减弱。而流过光电二极管PD1的光电流取决于线性光耦芯片内的LED光照强弱。LED发光减弱,流过PD1和PD2的电流就会变小(IPD1=IPD2)。而为了使输出电流不变,所以R20上的电压就会增加,假定运放同向端电势不变,反向电势会减少。这样,运放两端形成负反馈,两个输入端相当于“虚短”,电压为零,假设输出电流为I0流过PD2两端电流为:IPD2=(-I0)×R20/(R19+R20)。假设输入电压为:U0=IPD1R21;又IPD1=IPD2;综合可得:。

从而可以看出输出和输入是成正比关系的,由于U0的范围已经通过上一部分计算出来,则I0可以计算出范围。通过设定R19=25Ω、R20=10kΩ、R21=10 kΩ,来确定U0、I0的比例。则该比例值为0.000 1。得出I0在4～12 m A之间,符合要求。

3 测试结果

将I0送入到助航灯光调光器监控系统中,测试结果如表1所示。

经过测试,误差在允许范围内,达到了满意的效果。从而可以判断助航灯回路的绝缘性、安全性是否良好,便于及时发现问题。

4 结语

本文所设计的助航灯回路绝缘电阻检测硬件电路,在实验室的助航灯光调光器监控系统中进行了测试,能够快速、准确的完成测量。

摘要：针对机场助航灯回路的安全性问题,设计了机场助航灯回路绝缘电阻检测硬件电路。介绍了绝缘电阻检测的原理,给出了直流高电压测量电路和采集量转换电路两个主要的硬件电路设计方法,测试结果表明,该电路能快速准确地完成测量,误差在允许范围内,达到了满意的效果。

关键词：机场助航灯回路,绝缘电阻检测,硬件电路设计

参考文献

[1]郑良广,倪喜军,闫安心,等.基于线性光耦的强隔离直流电压检测方法[J].电工电气,2009(11):53-55.