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1绝缘子直流绝缘电阻测量系统背景介绍
1.1绝缘子简介
绝缘子是将导线绝缘的固定和悬吊在杆塔上的电器元件。一般由绝缘体（如瓷件、玻璃钢）和金属附件（如钢脚、铁帽等）等部分构成。在电力系统工程中，绝缘子的应用很广，它一般在大气条件下工作，属于外绝缘设备。架空输电线路、发电厂和变电所的母线和各种电气设备的外部带电导体均须用绝缘子支持，并使之与大地（或接地物）或其他电电位差的异体绝缘[2]。线路绝缘子在输配电线路中起到固定导线的作用，据此按其结构不同分为针式、悬式和横担式三类。在架空线路所用绝缘子中，我们常用的绝缘子有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。另一方面，依绝缘子的材质分类，有瓷质绝缘子，玻璃钢绝缘子和复合绝缘子[3]。
1.2测量方法
针对绝缘子运行状况，从电的角度，可分为电量和非电量两种检测方法，电量主要有分布电压法、绝缘电阻法和泄漏电流法，非电量主要有超声波检测法、激光多普勒振动法和红外热像仪法。
在经过现场调研和与客户沟通后，决定采用绝缘电阻法，其原理是：将待测绝缘子放入加热箱加热至120℃并保持恒温，缓慢调压至30KV，待稳定后开始测量电压和电流信号。通过人机界面进行测量通道、精度等设定，完成滤波和在线测量，实时显示待测绝缘子阻值。
2硬件部分设计
2.1系统总体结构概述
本系统采用ZGF-60型便携式直流高压发生器产生0～30KV高压直流电压。将此高压加在串联的待测电阻和测量电阻上，通过测量测量电阻上的电压，通过分压计算来推算出待测电阻的阻值。测量电阻电压由测量模块测得，经过通信模块传入上位机，上位机进行数据统计和处理后存入上位机内或者通过打印机打印，见图1。
本系统将高压集装化技术和高压测流技术相结合，以提高绝缘子电阻测量自动化的水平，尽可能减轻工人的劳动强度，提高工作效率[4]。所实现的主要功能和性能如下：
（1）利用变压以及倍压整流技术用于产生0～30KV直流连续可调电压，并且具有过压和过流保护;
（2）实现档位切换功能，在测量不同大小阻值的绝缘子阻值时，可以切换到不同的档位;
（3）完成微机显示、录入数据库等人机界面功能，实现模/数转换，高压和低压两部分之间的连接安全可靠，并且不影响测量;
（4）测试时电流的档位是0～1000nA和1μA～200μA。
2.2绝缘子电阻测量方法
本系统使用的高压发生器为大连理工大学研发的ZGF-60型便携式直流高压发生器。便携式直流高压发生器亦称直流高压试验器，是电力系统绝缘检测用的常用仪器，广泛用于电力工业生产、基建和科研的各个部门，对电缆、电机、变压器避雷器等高压电器进行耐压试验和泄漏电流的测试，同时亦可用于静电技术和其他需要直流高压的场合。
其中， 为高压发生器产生的电压， 为测得的电压。
在在测得电压信号后，由PEC8000型PLC把数据传送至上位机。
3绝缘子特性分析及软件部分设计
3.1绝缘子特性
在对绝缘子的特性进行分析后，得出绝缘子本身具有容性负载特性，据此做出绝缘子的RC网络等效电路，如图3。
图中 为泄漏电阻（包括体泄漏电阻和表面泄漏电阻）; 为漏导电流; 为电介质真空和无损耗极化所形成的电容; 为流过 的电流; 为有损耗极化所形成的电容; 为有损耗极化所形成的等效电阻; 为流过 、 支路的电流，可分为有功分量 及无功分量 。
直流线路所用瓷质绝缘子的电介质瓷是中性固体电介质，其极化主要是电子位移极化和离子位移极化，他们是无损的或者几乎是无损的;气体电介质的极化率很小。因此，瓷质绝缘子的等效电路可以化简为 与 的并联，如图4所示。
3.2滤波算法
由于绝缘子具有容性负载特性，以及高压直流电源提供的50Hz电压会有高次谐波干扰，所以本文对一阶滞后滤波法、数字低通滤波器滤波法、和把均值滤波与限幅滤波结合的均值限幅滤波法三种方法进行了比较[5]。
在真值为8.5453e-5的测试条件下，经过三种方法处理后的结果对比表1[6]。由表中数据可以清楚的看到，均值限幅滤波法无论在结果还是标准差上都优于其他两种方法，因此选用此方法。
3.3人机界面设计
在启动测量软件进行绝缘子直流绝缘电阻测量之前，按相关的绝缘子测量操作规程将待测绝缘子置入保温箱，升温至要求温度后启动测量软件。图5所示为主页面，可以设置测试次数、试样、精度等参数并实时显示数据。通过主页面下方的几个按钮可以进入其他页面，包括产品型号管理页面，数据管理页面，历史参考页面。产品型号管理页面用于用户添加和删除产品型号，数据管理页面用于查询数据和打印报表，历史参考页面用于查询历史数据。页面设计合理，功能完善，方便用户操作。图6为数据管理页面。
结论
本文给出了绝缘子直流绝缘电阻测量系统的设计和实现。根据现场调研设计了合理的测量方法和硬件装置，开发了易于操作、功能完善的人机界面，使每组产品测量时间间隔缩短，提高了工作效率。系统经现场安装调试后，运行稳定，得到客户的认可和好評。
1.1绝缘子简介
绝缘子是将导线绝缘的固定和悬吊在杆塔上的电器元件。一般由绝缘体（如瓷件、玻璃钢）和金属附件（如钢脚、铁帽等）等部分构成。在电力系统工程中，绝缘子的应用很广，它一般在大气条件下工作，属于外绝缘设备。架空输电线路、发电厂和变电所的母线和各种电气设备的外部带电导体均须用绝缘子支持，并使之与大地（或接地物）或其他电电位差的异体绝缘[2]。线路绝缘子在输配电线路中起到固定导线的作用，据此按其结构不同分为针式、悬式和横担式三类。在架空线路所用绝缘子中，我们常用的绝缘子有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。另一方面，依绝缘子的材质分类，有瓷质绝缘子，玻璃钢绝缘子和复合绝缘子[3]。
1.2测量方法
针对绝缘子运行状况，从电的角度，可分为电量和非电量两种检测方法，电量主要有分布电压法、绝缘电阻法和泄漏电流法，非电量主要有超声波检测法、激光多普勒振动法和红外热像仪法。
在经过现场调研和与客户沟通后，决定采用绝缘电阻法，其原理是：将待测绝缘子放入加热箱加热至120℃并保持恒温，缓慢调压至30KV，待稳定后开始测量电压和电流信号。通过人机界面进行测量通道、精度等设定，完成滤波和在线测量，实时显示待测绝缘子阻值。
2硬件部分设计
2.1系统总体结构概述
本系统采用ZGF-60型便携式直流高压发生器产生0～30KV高压直流电压。将此高压加在串联的待测电阻和测量电阻上，通过测量测量电阻上的电压，通过分压计算来推算出待测电阻的阻值。测量电阻电压由测量模块测得，经过通信模块传入上位机，上位机进行数据统计和处理后存入上位机内或者通过打印机打印，见图1。
本系统将高压集装化技术和高压测流技术相结合，以提高绝缘子电阻测量自动化的水平，尽可能减轻工人的劳动强度，提高工作效率[4]。所实现的主要功能和性能如下：
（1）利用变压以及倍压整流技术用于产生0～30KV直流连续可调电压，并且具有过压和过流保护;
（2）实现档位切换功能，在测量不同大小阻值的绝缘子阻值时，可以切换到不同的档位;
（3）完成微机显示、录入数据库等人机界面功能，实现模/数转换，高压和低压两部分之间的连接安全可靠，并且不影响测量;
（4）测试时电流的档位是0～1000nA和1μA～200μA。
2.2绝缘子电阻测量方法
本系统使用的高压发生器为大连理工大学研发的ZGF-60型便携式直流高压发生器。便携式直流高压发生器亦称直流高压试验器，是电力系统绝缘检测用的常用仪器，广泛用于电力工业生产、基建和科研的各个部门，对电缆、电机、变压器避雷器等高压电器进行耐压试验和泄漏电流的测试，同时亦可用于静电技术和其他需要直流高压的场合。
其中， 为高压发生器产生的电压， 为测得的电压。
在在测得电压信号后，由PEC8000型PLC把数据传送至上位机。
3绝缘子特性分析及软件部分设计
3.1绝缘子特性
在对绝缘子的特性进行分析后，得出绝缘子本身具有容性负载特性，据此做出绝缘子的RC网络等效电路，如图3。
图中 为泄漏电阻（包括体泄漏电阻和表面泄漏电阻）; 为漏导电流; 为电介质真空和无损耗极化所形成的电容; 为流过 的电流; 为有损耗极化所形成的电容; 为有损耗极化所形成的等效电阻; 为流过 、 支路的电流，可分为有功分量 及无功分量 。
直流线路所用瓷质绝缘子的电介质瓷是中性固体电介质，其极化主要是电子位移极化和离子位移极化，他们是无损的或者几乎是无损的;气体电介质的极化率很小。因此，瓷质绝缘子的等效电路可以化简为 与 的并联，如图4所示。
3.2滤波算法
由于绝缘子具有容性负载特性，以及高压直流电源提供的50Hz电压会有高次谐波干扰，所以本文对一阶滞后滤波法、数字低通滤波器滤波法、和把均值滤波与限幅滤波结合的均值限幅滤波法三种方法进行了比较[5]。
在真值为8.5453e-5的测试条件下，经过三种方法处理后的结果对比表1[6]。由表中数据可以清楚的看到，均值限幅滤波法无论在结果还是标准差上都优于其他两种方法，因此选用此方法。
3.3人机界面设计
在启动测量软件进行绝缘子直流绝缘电阻测量之前，按相关的绝缘子测量操作规程将待测绝缘子置入保温箱，升温至要求温度后启动测量软件。图5所示为主页面，可以设置测试次数、试样、精度等参数并实时显示数据。通过主页面下方的几个按钮可以进入其他页面，包括产品型号管理页面，数据管理页面，历史参考页面。产品型号管理页面用于用户添加和删除产品型号，数据管理页面用于查询数据和打印报表，历史参考页面用于查询历史数据。页面设计合理，功能完善，方便用户操作。图6为数据管理页面。
结论
本文给出了绝缘子直流绝缘电阻测量系统的设计和实现。根据现场调研设计了合理的测量方法和硬件装置，开发了易于操作、功能完善的人机界面，使每组产品测量时间间隔缩短，提高了工作效率。系统经现场安装调试后，运行稳定，得到客户的认可和好評。