高压绝缘试验参数测量装置研发

1、键入文字高压绝缘试验参数测量装置研发摘 要电气设备必须在长年使用中保持高度的可靠性，为此必须对设备按设计的规格进行各种试验，进行一些绝缘试验参数的测量。其中，主要对工频试验电压，冲击试验电压，直流试验电压进行测量。本文就是设计一个高压绝缘试验参数测量装置，主要是以单片机为主，设计其接口电路，输入电路，测量电路，还有其设定电路，显示电路和相应程序。因为本次设计用到的是单片机，而要测试的几千千伏的电压，这首先就要对其电压进行分压，这里用到的是电容分压器和电阻分压器，另其电压降至5V左右。得到此电压后，就要对三个不同电压进行其三种不同的电路进行处理。对于工频试验电压，要测出其正峰值，负峰值，然后测出

2、其峰峰值，比较是否对称，以及有效值。对于冲击试验电压，运用其工频的测量方法，但只需测其正峰值。对于直流来说，只需测出其值即可。测量完成后将模拟量接入单片机进行A/D转换。除了测量电路还有最大值再现电路，报警电路，显示电路和分压比设定电路。通过以上的所有电路和单片机之间的控制，实现了本次课题的功能，完成了高压绝缘试验参数测量装置的研发。关键词：工频绝缘试验；单片机；参数测量第1章 绪论1.1 课题的来源、研究的目的和意义电气设备必须在长年使用中保持高度的可靠性，为此必须对设备按设计规格进行各种试验，进行一些绝缘试验参数的测量。通过这些测量，掌握电气设备的绝缘情况，及早发现其缺陷，进行相应地维护与

3、检修，以免运行中的设备绝缘在工作电压或过电压作用下击穿，造成事故。因此，对绝缘试验参数测量装置的研发，可以更好的预防绝缘事故。电气设备的绝缘缺陷有一些是制造时潜伏下的，另一些则是运行中在外界作用的影响下发展起来的。外界作用有工作电压、过电压、大气影响（如潮湿等）、机械力、热、化学等，当然这些外界作用的影响程度还和制造质量有关。目前，还不能做到使电气设备的绝缘在运行中不发生明显的劣化，所以在电力系统中经常进行绝缘试验，及时发现缺陷，进行维修，可减少许多事故的发生。绝缘的缺陷通常可分为两大类：一类是集中性缺陷，例如绝缘局部损伤（开裂、磨损、腐蚀等）、局部受潮或存在气泡以及侵入电导性物质等；另一类是

4、分布性缺陷，指电气设备绝缘整体性能的下降，例如绝缘的老化变质、普遍受潮或脏污等。时至今日，电介质理论及其应用技术还不完善，电介质的性能与其微观结构的关系仍处于研究阶段；工程绝缘材料(电介质)就现阶段的工艺及生产水平，往往会含有一些杂质，而杂质对绝缘材料的电器性能有很大的影响，导致绝缘材料的绝缘性能具有一定的分散性，定量的确定该分散性，现阶段具有难度：就电介质本身，无论是天然存在的，还是人工合成制造的，其组成结构有时会具有某些缺陷，造成绝缘材料绝缘性能的下降，同样会导致绝缘性能具有分散性；应用多种绝缘材料设计的绝缘结构(组合绝缘)，其绝缘配合及其它的经济与技术是否合理；这些问题都需要应用工频绝缘

5、试验进行研究和验证。对于新开发或新发现的绝缘材料要依靠工频绝缘试验来了解它的电气绝缘性能，新的绝缘结构要依靠工频绝缘试验来验证它的绝缘能力，新研制的高压电气设备或输电线路的绝缘，要依靠工频绝缘试验来考核它的绝缘水平，进行高电压及绝缘技术的理论研究同样需要工频绝缘试验来验证，因此工频绝缘试验在高电压技术中具有非常重要和不可替代的地位和作用。1.2 国内外研究、应用概况电气设备必须在长年使用中保持高度的可靠性，为此必须对设备按设计的规格进行各种试验，进行一些绝缘试验参数的测量。通过这些测量，掌握电气设备的绝缘情况，及早发现其缺陷，进行相应地维护与检修，以免运行中的设备绝缘在工作电压或过电压作用下击

6、穿，造成事故。因此，对绝缘试验参数测量装置的研发，可以更好的预防绝缘事故。电力设备在线监测技术是一种利用运行状态来对高压电气设备绝缘状态进行试验的方法，变电站电气设备在线监测技术的发展经历了以下3个阶段。（1）带电测试阶段。这一阶段始于20世纪70年代，当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数进行直接测量。其结构简单，测试项目少，而且要求被试设备对地绝缘，测试的灵敏度较差，所以应用范围较小。（2）从20世纪80年代开始，出现了各种专用的带电测试仪器，使在线监测技术开始从传统的模拟量测试走向数字化测量，摆脱将测试仪器直接接入测试回路中的传统测量模式，而代之以利用传感器将被测量转换成数字

7、仪器可以直接测量的电气信号。同时还出现一些其他通过非电量测量来反映设备状况的测试仪器，如远红外装置、超声装置等。这一时期具有代表性的带电测试仪器是日本的LCD4型避雷器电流测试仪。（3）从20世纪90年代开始，出现了以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。利用先进的传感器、计算机、数字波形采集和处理等高新技术，实现更多的绝缘参数（如介质损失角正切值tan、电容量、泄漏电流、局部放电、色谱等在线监测。这种在线监测系统可以实时连续地巡回监测各被测量，因此监测内容丰富、信息量大、处理速度快，对监测结果可显示、存储、打印、远传及越限报警，实现绝缘监测的全部自动化，代表了当今在线监测的发

8、展方向。作为预试中一种常规手段,电气绝缘试验通常用来反映其绝缘是否整体受潮或贯通性受潮、是否存在贯通的集中性缺陷,一般通过测量其主绝缘的绝缘电阻R、吸收比K、极化指数PI和工频电容量C、介损tan等实现。第2章 测量装置电路设计计算2.1 概述本文的设计总框图如图所示，首先对于工频试验电压、冲击试验电压、直流试验电压来说，其幅值一般在1000kV以上，而单片机的工作电压为5V，所以要对其实有电压进行降压处理，此处用分压器实现其功能。通过电容分压器和电阻分压器的搭配使用，使其试验电压降到工作电压5V。得到我们所需电压后，要分别进行处理。对于工频试验电压来说，我们要测其正峰值、负峰值和峰峰值。这里

9、采用模拟电子技术进行处理，用其电压跟随器和比例运算电路，测出其正峰值和负峰值，然后将其二者合并测出峰峰值，将其输入单片机进行A/D转换。对于冲击试验电压，同上运用模拟电子技术进行处理，将其峰值测出，同样输入单片机A/D转换。对于直流试验电压来说，不用任何处理，直接输入单片机即可，进行A/D转换。以上通入单片机的为测量输入值，还要对显示电路进行设计。显示电路采用5个数码管显示器，利用其驱动器控制其显示顺序，实际上是在数码管两遍用三极管截止，导通来控制其亮灭。图中的最大值设定电路是手动按钮电路，当按下按钮时，输入高电平，输入单片机,单片机接收到信号之后将会重现电路测量的最大值。警报电路运用三级管截

10、止导通的原理工作的，当单片机输出高电平时，其三级管导通，警报器通电，实现警报。最后是分压比设定电路，此电路中运用4个拨盘，通过其十六进制转换成十进制实现比值，最高产生9999被的比例。将以上的所有电路运用单片机连接起来，实现本文的测量三类试验电压以及显示其数值的功能。2.2 工频试验电压测量电路设计计算交流高电压可用分压器测量，但一般不用电阻分压器，电容分压器也存在对地、对试品和试验变压器的高压端、高压引线等杂散电容，使组成高压臂的电容元件上电压不等，带来测量误差。为减小误差，分压器电容值需增大，这样,不仅增加分压器的尺寸和投资，还增加工频试验变压器的负荷，而交流和直流高压测量同用一个分压器就

11、更难于实现。所以更需要研制新型的电压测量装置。我国电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互感器和电压表来实现的，把电压互感器的高压边接到被测电压，低压边跨接一块电压表，把电压表读数乘上电压互感器的变比，就可获得被测电压值。但该法在高电压试验室中用得不多，因为高电压试验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感器比较昂贵，而且很高电压的互感器也比较笨重，所以本文采用阻容式分压器来测量交流高电压。工频试验电压测量电路主要是对工频试验电压的正峰值，负峰值，峰峰值进行测量。通过对这三个值的测量，不但能测其数值，还可比较其是否对称。整个电路中，用到了高电压绝艳技术、

12、电子技术和电路原理的相关知识。由于是交流，首先要用其电容分压器，使其电压降至100V左右，然后用电阻分压器是其降至5V，得到我们所需数值。在测量部分中，用到了电容分压器、电阻分压器、电压跟随器、反相比例运算电路。2.2.1 分压器设计如图2.2分压器是一种将高电压波形转换成低电压波形的转换装置，它由高压臂和迪亚臂组成。输入电压加到整个装置上，而输出电压测取自低压臂。通过分压器可解决以低压仪表及仪器测量高压峰值及波形的问题。交流分压器可用来测量几千伏到几百伏的交流电压。其高压臂式高阻抗，低压臂是低阻抗。测电压时，大部分电压降落在高压臂上，低压臂只分到一小部分电压，该低压值乘上一个系数（称为刻度因

13、数）即可获得被测的高压值。此系数常称为分压比。 （2.1）分压比 （2.2）准确测量要求电压仅在幅值上差倍，两者的相位差几乎为零。对纯电阻分压器，分压比对纯电容分压器，分压比设定测的是01 000 kV工频交流电压，先通过电容分压器把所测电压降到2 kV，分压比K=500。然后通过电阻分压器降到单片机可测的电压范围05 V，分压比K=400。C1 U1C2U2 UR1 R21U33图2.2分压器设计图对分压器提出如下的基本要求：（1）分压器接入被测电路应基本上不影响被测电压的幅值和波形。（2）分压器所消耗的电能应不大。在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能所形成的温升不应引起分压比的改变。（3）

14、由分压器低压臂所测得的电压波形应与被测电压波形相同，分压比在一定频带范围内应与被测电压的频率和幅值无关。（4）分压比与大气条件（气压、气温、温度）无关或基本上无关。（5）分压器中应无电晕及绝缘之泄漏电流，或者说即使有极微量的电晕和泄漏，它们应对分压比的影响很小。（6）分压器应采取适当的屏蔽措施，使它的测量结果基本上或完全不受周围环境（如对墙距离）的影响。第3章 结论本文在阅读国内外相关文献资料的基础上完成了高压绝缘试验测量参数系统的研究与开发。系统中能够测量出工频交流试验电压的正负峰值、峰峰值和有效值，冲击试验电压的正极性和负极性的峰值，还有直流试验电压的数值。应用该系统使高压电气设备的绝缘预防性试验变得容易进行，确保了供电系统的运行更加安全和可靠。系统具有完善可靠的控制、保护和测量等功能。我国电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互感器和电压表来实现的，把电压互感器的高压边接到被测电压，低压边跨接一块电压表，