CN112213603A - 基于高压脉冲法的绝缘子测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置及测试方法。所述测试装置包括高压脉冲发生单元、电压调理模块、高压采集测量单元和处理模块；高压脉冲发生单元将直流低压进行升压逆变和倍压整流处理，并通过处理模块控制升压幅值和周期产生设定周期的直流脉冲高压输出，采集绝缘子两端脉冲低压信号和采样电阻两端电压通过处理模块计算出测试结果。本发明可输出幅值和宽度可调的脉冲高压，对绝缘子电阻进行测量，并能将试验数据通过蓝牙通讯传输至手持式设备，进行数据显示，分析判断和图像处理，同时也可等效交流耐压试验。
Description
技术领域
本发明涉及电子及高压电力技术领域，特别是涉及大吨位零值或低值高压绝缘子检测的基于高压脉冲法的绝缘子测试装置及测试方法。
背景技术
高压绝缘子是电力系统中广泛使用的设备之一。其优劣程度直接关系到电力系统的安全，稳定运行，因此十分有必要检测出绝缘子中的劣质绝缘子。绝缘电阻是表征绝缘子优劣程度的一个重要参数，良好的绝缘电阻是保证其正常运行的重要前提。高压绝缘子在电力系统的长期运行中，会受到雷击、冰雹、污秽、风吹雨打等因素的影响以及强电场，强电流、强机械应力的作用，因此在挂网后长期的运行过程中出现故障的几率很大。劣质或击穿的绝缘子严重威胁电力系统的稳定安全运行，因此必须及时和定期的测定绝缘子的绝缘电阻，已确定其满足规定的使用要求。目前用于绝缘子在线检测的主要有以下几种方法：
(1)观察法：最为常用，用双筒望远镜在塔下观察可以发现常见的表面缺陷，包括绝缘伞裙受侵蚀、变粗糙，外覆层侵蚀的沟槽和痕迹，绝缘伞裙闪络，伞裙或外覆层开裂，外覆层破碎，芯棒外露等，但地面观察不够可靠，还要登塔检测而且难以发现内绝缘故障。
(2)紫外成像法：用于检测绝缘子表面的局部放电。微小但稳定的表面局部放电会导致绝缘子外覆层严重侵蚀，而这些放电现象可以通过夜视装置观测到。这种方法的不足之处是要求夜间操作且检测时正好发生局部放电。
(3)红外测温法：检测局部放电、泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗等引起绝缘子局部温度升高，可以用于地面检测，但仪器复杂且易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化的因素(如阵风、飘动的云等客观因素)的影响。
(4)声波法：检测绝缘子局部放电发出的声波，灵敏度低于红外成像法。难点在于实测时高压端金具经常发生电晕，产生的背景噪音会淹没绝缘子缺陷所发出的声波。
(5)电场测量法：华北电力大学研制成功了基于电场测量法的DL-1型绝缘子检测仪。该检测仪包括测量电场用的探头、安装探头的托架、绝缘杆以及数据显示系统等。探头内有电场测量、数据采集、数据存储等电路和与微机通讯的RS232接口、记录伞片位置的发光二极管电路。检测时用绝缘杆将探头沿绝缘子来回滑动一周，将绝缘子轴向电场数值存入探头中的存储器，经RS232接口传入计算机，做出电场分布曲线并据其形状判断内绝缘缺陷。电压分布检测的特点在于直观、能准确的判断绝缘子性能的变化。电场测量方法消除了以前测量方法的准确度不高、读数困难等缺点，虽然已研制出自爬式绝缘子检测仪，相对减轻了现场操作人员的劳动强度，但每次测量必须登高才能完成，操作人员的劳动强度依然较大、工作安全性较差。
现有技术中红外测温法、紫外线成像法和声波法对环境要求高，测量精度容易受到环境因素干扰，而且设备价格昂贵。观察法和电场测量法如果要实现较精确测量需要工作人员登高操作，操作人员劳动强度大，安全性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置及测试方法，该测试装置可输出幅值和宽度可调的脉冲高压，对绝缘子电阻进行测量，并能将试验数据通过蓝牙通讯传输至手持式设备，进行数据显示，分析判断和图像处理，同时也可等效交流耐压试验，具有输出稳定、体积小、携带方便等特点。
为了达到上述技术目的本发明提供了一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置；所述测试装置包括高压脉冲发生单元、电压调理模块、高压采集测量单元和处理模块；
所述高压脉冲发生单元将直流低压进行升压逆变和倍压整流处理，并通过处理模块控制升压幅值和周期产生设定周期的直流脉冲高压输出；
所述电压调理模块将绝缘子两端的直流脉冲高压经过分压处理成直流脉冲低压；
所述高压采集测量单元采集经电压调理模块分压处理的直流脉冲低压和与绝缘子串联的采样电阻两端电压输送至处理模块；
所述处理模块接收高压采集测量单元实时采集的脉冲低压信号和采样电阻两端的电压信号，计算出绝缘子两端的实际电压信号和实际电流信号，并计算出测试结果。
本发明进一步的技术方案：所述测试装置还包括通讯模块和显示及操控终端，所述显示及操控终端通过通讯模块与处理模块进行数据交互，对处理模块进行远程操控，并接收及显示通讯模块输出的测试结果。
本发明进一步的技术方案：所述高压脉冲发生单元包括直流低压电池、升压模块、倍压整流模块；所述直流低压电池为整个测试装置供电；所述升压模块将直流低压电池产生的直流低压通过一级或两级或两级以上的升压逆变成中频交流电压，并通过处理模块控制升压模块的升压幅值和周期，产生中频交流脉冲电压，输出到倍压整流模块；所述倍压整流模块接收升压模块升压逆变后输出的中频交流脉冲电压，并进行倍压整流形成直流脉冲高压输出。
本发明进一步的技术方案：所述高压采集测量单元包括与绝缘子串联的采样电阻和AD采集模块，通过AD采集模块实时采集分压处理后的脉冲低压信号和采样电阻两端电压输送至处理模块。
本发明进一步的技术方案：所述处理模块用于将实时采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出绝缘子的实际电压u，将采样电阻两端的电压信号通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即绝缘子的电流i，在时间周期T内积分得到有效值，计算得到绝缘子绝缘电阻的结果；其绝缘子绝缘电阻的计算具体如下：
根据采集的电压信号u和电压信号u持续的脉冲宽度T，计算电压信号的有效值U：
根据采集的电流信号i和电流信号i持续的脉冲宽度T计算电流信号的有效值I：
根据电压信号的有效值U和电流信号的有效值I计算出绝缘子在脉冲高压下的电阻R：
本发明进一步的技术方案：所述测试装置包括下层底座、下层外壳、上层底座、上层绝缘外壳和顶部端盖；在下层底座和上层底座之间设有主控板和升压板，所述主控板通过支撑架安装在下层底座上，升压板通过支撑架安装在主控板上方，所述直流低压电池安装在下层底座与主控板之间，处理模块和通讯模板安装在主控板上，升压模块安装在升压板上，所述下层外壳密封套设在主控板、升压板、直流低压电池、处理模块和升压模块外；所述倍压整流模块和高压采集测量单元安装在上层底座与顶部端盖之间，上层绝缘外壳密封套设在倍压整流模块和高压采集测量单元外；在下层底座上设有电源接口和控制开关，上层底座上设有接地端和与待检绝缘子一端连接的输出高压尾，在顶部端盖上设有与待检测绝缘子另一端连接的输出高压头。
本发明较优的技术方案：所述升压模块包括第一级升压电路及第二级升压电路，所述第一级升压电路包括推挽驱动电路，将直流低压电源产生的直流低压通过变压器升压到设定的第一级电压，所述第一级升压电路通过带隔离的闭环反馈控制系统实现输出电压可控可调，处理模块控制第一级升压的幅值大小；所述第二级升压电路将第一级升压电路输出的直流母线电压通过半桥逆变电路，逆变成中频电压，此中频电压经高压包升压电路升压到设定的第二级中频电压，处理模板控制第二级升压输出的周期。
本发明提供的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)直流低压经过升压逆变和倍压整流处理，并控制升压幅值和周期产生设定周期的直流脉冲高压输出；
(2)将直流脉冲高压分压处理成低压脉冲；
(3)采集绝缘子两端的脉冲低压信号和与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号；
(4)通过采集的脉冲低压信号计算出绝缘子两端的实际电压；通过采集的采样电阻两端电压信号，计算出绝缘子两端的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流得到绝缘子绝缘性的测试结果。
本发明进一步的技术方案：步骤(4)中的测试结果通过通讯模块发送至显示及操控终端进行结果显示；显示及操控终端通过通讯模块控制步骤(1)中的升压幅值和周期。
本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中通过AD采集绝缘子两端的脉冲低压信号和与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(4)中通过采集的绝缘子两端脉冲低压信号，经阻容分压比KU计算出绝缘子两端的实际高压电压；通过采集与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号，I/V转换计算出流过绝缘子的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流在时间周期T内积分得到有效值，计算得到绝缘子绝缘电阻的结果，其阻值的具体计算过程如下：
a.通过实时采集的绝缘子两端的脉冲低压信号u1，按照分压的电压变比KU计算出绝缘子两端的实际电压u＝u1/KU，根据绝缘子两端实际的电压u和电压信号u持续的脉冲宽度T，计算绝缘子两端电压信号的有效值U：
b.实时采集采样电阻两端的实际电压u2，根据采样电阻两端实际的电压u2和采样电阻Rs计算出流过采样电阻的电流
即绝缘子的实际电流，根据实际电流i和电流信号i持续的脉冲宽度T计算出绝缘子电流信号的有效值I：
c.根据步骤a中计算的绝缘子两端电压信号的有效值U和步骤b绝缘子电流信号的有效值I计算出绝缘子在脉冲高压下的电阻R：
本发明进一步的技术方案：所述步骤(1)的升压逆变过程如下：
a.将直流低压电池通过推挽升压电路升压到设定的第一级电压，并通过反馈回路控制第一级升压的幅值大小；
b.将第一级输出电压通过半桥拓扑结构逆变成方波后给高压包升压至第二级设定电压，并控制第二级升压的周期大小。
本发明进一步的技术方案：所述步骤(4)中的测试结果包括绝缘子电阻值和电流电压曲线图形；所述显示及操控终端为蓝牙终端操作设备，通过蓝牙终端操作设备实现可视化结论和曲线显示。
本发明包括高压脉冲发生单元、高压采样测量部分；其中蓝牙手持设备完成无线设置高压脉冲宽度、无线启动控制高压脉冲输出、无线收集测量数据和测量结果，并显示和分析数据等功能；高压脉冲发生单元为锂电池供电的便携式装置，采用工业级微处理器为核心，通过两级升压并6倍倍压整流达所需高压；通过控制直流高压的输出周期，产生设定周期的高压脉冲；高压采样测量部分通过高压脉冲加载到绝缘子两端，通过AD隔离采集绝缘子两端的电压，并通过采集采样电阻两端的电压，经过I/V转换得到电流大小，从而得到绝缘子的绝缘电阻。本发明既能测量绝缘子电阻、等效交流高压耐压试验，又携带方便、安全、操作简单。
本发明可输出幅值和宽度可调的脉冲高压，对绝缘子电阻进行测量，并能将试验数据通过蓝牙通讯传输至手持式设备，进行数据显示，分析判断和图像处理，同时也可等效交流耐压试验。此测试仪体积较小、质量较轻、使用简便等特点，同时采用可充电锂电池供电方式携带方便，便于野外测量，可以实现快捷、廉价、有效地检测劣化瓷绝缘子。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为本发明的外部结构示意图；
图3为本发明的原理结构图；
图4为本发明与绝缘子连接测试的示意图；
图5为本发明实施例中高压脉冲发生器的电路图；
图6为本发明中高压脉冲检测绝缘子信号取样回路示意图；
图7为本发明中倍压整流及分压采用电路图；
图8为第一级升压结构示意图；
图9为第二级升压结构示意图；
图10为本发明采集的信号计算分析示意图；
图11为高值绝缘子曲线示意图；
图12为低值绝缘子曲线示意图；
图13为采用兆欧表进行绝缘电阻测试的连接示意图；
图14为采用交流高压进行电阻测试的连接示意图；
图15为采用脉冲高压进行电阻测试的连接示意图；
图16-1至图16-4为T0001#绝缘子在60kV不同高压脉冲宽度条件下测试的电压电流曲线图；
图17-1至图17-4为T0002#绝缘子在60kV不同高压脉冲宽度条件下测试的电压电流曲线图。
图18-1至图18-6为试验三中的不同绝缘子的测试电压电流曲线图。
图中：1—下层底座，101—电源接口，102—控制开关，2—下层外壳，3—上层底座，301—接地端，302—输出高压尾，4—上层绝缘外壳，5—顶部端盖，501—输出高压头，6—主控板，7—升压板，8—直流低压电池，9—处理模块，10—倍压整流模块，11—高压采集测量单元，12—待检绝缘子。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例提供的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，如图1至图3所示，所述测试装置包括下层底座1、下层外壳2、上层底座3、上层绝缘外壳4、顶部端盖5、高压脉冲发生单元、高压采集测量单元、处理模块、通讯模块和显示及操控终端；所述高压脉冲发生单元包括直流低压电池块、升压模块、倍压整流模块；在下层底座1和上层底座3之间设有主控板6和升压板7，所述主控板6通过支撑架安装在下层底座1上，升压板7通过支撑架安装在主控板6上方；直流低压电池8安装在下层底座1与主控板6之间；处理模块9和通讯模板安装在主控板6上，升压模块安装在升压板7上，所述下层外壳2密封套设在主控板6、升压板7、直流低压电池8、处理模块9和升压模块外；所述倍压整流模块10和高压采集测量单元11安装在上层底座3与顶部端盖5之间，高压采集测量单元11包括包括电压调理模块、与绝缘子串联的采样电阻和AD采集模块；上层绝缘外壳4密封套设在倍压整流模块和高压采集测量单元外；在下层底座1上设有电源接口101(充电接口)和控制开关102，上层底座3上设有接地端301和与待检绝缘子12一端连接的输出高压尾302，在顶部端盖5上设有与待检测绝缘子12另一端连接的输出高压头501。
实施例中的绝缘子测试装置中的直流低压电池块8采用可充电的24V锂电池，提供整个测试装置供电，如图3、图8和图9所示，所述升压模板包括二级升压电路，所述第一级升压电路包括推挽驱动电路，将直流低压电源产生的直流低压通过变压器升压到设定的第一级电压，所述第一级升压电路通过带隔离的闭环反馈控制系统实现输出电压可控可调，处理模块控制脉宽控制器芯片，控制第一级升压的幅值大小；所述第二级升压电路将第一级升压后输出的直流母线电压通过半桥逆变电路，逆变成中频电压，此中频电压经高压包升压电路升压到第二级设定中频电压输出到倍压整流模块，处理模板控制第二级升压输出的周期。所述倍压整流模块接收升压模块升压逆变后输出的高频交流脉冲电压，并进行倍压整流形成直流脉冲电压输出；所述高压采集测量单元包括电压调理模块、与绝缘子串联的采样电阻和AD采集模块；所述电压调理模块将绝缘子两端的直流脉冲电压经过分压处理成直流脉冲低压；AD采集模块实时采集分压处理后的脉冲低压信号和采样电阻两端电压输送至处理模块；所述处理模块接收AD采集模块实时采集的脉冲低压信号经阻容分压比计算出绝缘子两端的实际高压电压，接收AD采集模块实时采集采样电阻两端的电压信号，通过I/V转换得到计算出绝缘子的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流在采集时间T内积分的有效值计算得到绝缘子绝缘性的测试结果。所述通讯模块为蓝牙模块，显示终端为自带槽孔系统和显示屏的蓝牙手持设备，可以直接采用平板或手机，所述显示及操控终端通过通讯模块与处理模块进行数据交互，对处理模块进行远程操控，并具有好的操作图形界面，接收及显示通讯模块输出的测试结果。
下面结合具体实施例针对本发明的进一步说明，根据《500kV～1000kV输电线路劣化悬式绝缘子检测规程》(Q/GDW516-2010)要求，特高压瓷绝缘子安装时，应逐只用不小于5000V绝缘电阻表测量绝缘电阻，在干燥情况下其绝缘子电阻值不小于500MΩ。目前，对于特高压线路绝缘子零值检测手段主要依靠绝缘电阻表、简易的脉冲装置、火花叉法和电压分布法测试，由于以上方法测试电压过低、装置笨重、操作复杂或准确性受外部环境影响很大，导致应用效果不理想。受制于测试方法和设备的准确性，运行单位无法有效地开展特高压线路瓷绝缘子零值检测。为此，本项目提出便携式绝缘子零值测试装置试制需求，要求：输出电压60kV以上，偏差小于5％；测试范围0～5000MΩ，分辨率：1MΩ，误差不大于10％；重量不大于3kg；电源单次充电连续使用次数不小于5000次。设备小巧便携，准确率高，可在未拆木条箱的条件下对绝缘子逐个检测。
为了达到上述技术目的，实施例中对于绝缘子测试装置的技术参数要求如下：输出高压DC60kV；高压脉冲宽度可设置为50ms、100ms、200ms；电压测量分辨率0.1kV；电压测量精度5％±1个读数；电流测量分辨率0.05uA；电流测量精度5％±1个读数；电阻测量精度10％±1个读数；高值绝缘子测试次数5000次；供电电源：DC24V。该测试装置包括两部分，一部分为蓝牙手持设备，一部分为高压脉冲测试装置。针对上述技术参数，对于装置的硬件设备参数以及信号取样方式进行研究选择。
(一)电池容量选择：根据高值绝缘子高压脉冲法检测试验5000次的要求，考虑试验电压60kV，高值电阻通常大于1G，脉冲电流持续时间10ms，所需能量为：
设定高压脉冲发生装置效率为50％，需要的能量为0.1(W·h)，对高值绝缘子进行5000次测量所需能量极小，装置电池容量选择主要考虑微处理器和蓝牙通讯接口模块以及数据采集等模块的能量消耗。
高压脉冲试验装置采用低功耗设计，采用DC24V、3.6(A·h)电池供电，完全满足试验次数要求。蓝牙手持设备采用超长时间待机平板，配合高压脉冲试验装置完成高次数检测。
(二)高压脉冲发生器设计和参数选择：高压脉冲脉宽控制单元、脉冲发生器、高频变压器和倍压整流回路构成可设定脉宽的高压脉冲发生器，具体如图5所示，高压发生器的脉宽控制采用PWM脉宽调制，控制脉冲经由脉冲发生器通过高频变压器输出到倍压整流回路，产生高压脉冲输出。高频变压器高压输出Um＝10000V，变比为100：10000，设计功率12W，设计重量0.25kg。如图7所示，采用6倍压整流电路，高压采样采用500M与50K组成的1:10000分压臂去采样。接入负载回路加入短路限流10M的电阻和1.0K的采样电阻与过压保护的压敏电阻并联，高压输出为6Um，即脉冲电压60kV。主要元件参数：C1、C2、C3、C4、C5、C6选用高压电容，1000pF/30kV。D1、D2、D3、D4、D5、D6选用高压二极管，耐压30kV。
(三)信号取样设计和信号分析方法
实施例中的高压脉冲检测装置采用电池供电，装置整体相对于大地悬浮，只引出输出高压头和输出高压尾，方便绝缘子开箱直接检测。信号取样的脉冲高压地在装置内部，其信号取样回路如图6所示，脉冲电压采用电阻分压取样，电阻臂设置在输出高压头和脉冲高压地之间，设计变比500M：50K，即变比为10000，信号满量程10V。脉冲电流采用电阻取样，取样电阻设置在输出高压尾和脉冲高压地之间，取样电阻为1K/2W，超过56V，由压敏电阻保护。信号采集采用高精度ADC，ADS8568，最高采样速率500kbps，采样分辨率16bit，信号采集的计算分析示意如图10所示，根据采集的电流和电流信号i持续的脉冲宽度T，计算信号的有效值：
下面结合具体实施例对本发明的测试方法进一步说明，本发明在针对绝缘子进行测试时，如图4所示，将绝缘子测试装置的输出高压头501，连接到待测试绝缘子12一端，接地端301连接到大地，输出高压尾302连接到待测试绝缘子12的另一端，开启测试装置和手持显示及操控终端(如平板或手机)中的高压绝缘子测试仪APP软件，找到仪器蓝牙ID号，点击连接，进入测试界面，通过终端进行测试前的参数设置，选择试验电压等级，测试脉冲时间等参数，开启电源，进行升压，显示升压成功后点击开始测试则仪器开始测试，测试完成后进行数据传输，后台数据处理；测试完成后，再次按下开始测试可重复测试。测试完成后点击关闭电源，放电后，更换样品重复上述操作进行下一个样品测试。其具体测试步骤如下：
(1)直流电池DC24V经推挽电路逆变整流到DC 400V，在将DC 400V经半桥电路逆变到±200V方波电压，经高压包变压器升压到1万伏在经6倍压整流电路使输出达到DC60KV；通过电压反馈电路1#来调节脉宽调制控制器使第一级输出维持恒定在400V(可调)，外部按键给定MCU信号，通过RELAY1控制24V电源导通；控制RELAY_GROUP切换输出电压档位；控制RELAY2切断半桥逆变驱动信号；控制RELAY3接通高压脉冲输出，控制导通时间从而控制高压脉冲周期；
(3)将采集的直流脉冲高压分压处理成低压脉冲进行采集；
(4)通过AD采集绝缘子两端的低压脉冲信号，经阻容分压比计算出绝缘子两端的实际高压；通过AD采集与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号，通过I/V转换得到计算出绝缘子的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流在时间周期T内积分得到有效值，计算得到绝缘子绝缘电阻的结果，通过通讯模块发送至显示及操控终端进行结果显示；其中测试结果包括绝缘子电阻大小和电流电压曲线，其中曲线可以直接通过终端显示出来，分别针对高值绝缘子和低值绝缘子进行检测，其高值绝缘子曲线如图11所示，低值绝缘子曲线如图12所示；所述绝缘子电阻测试结果的计算过程如下：
a.通过实时采集的绝缘子两端的脉冲低压信号u1，按照分压的电压变比KU计算出绝缘子两端的实际电压u＝u1/KU，根据绝缘子两端实际的电压u和电压信号u持续的脉冲宽度T，计算绝缘子两端电压信号的有效值U：
b.通过实时采集的采样电阻两端的实际电压u2，根据采样电阻两端实际的电压u2和采样电阻Rs计算出流过采样电阻的电流
即绝缘子的实际电流，根据实际电流i和电流信号i持续的脉冲宽度T计算出绝缘子电流信号的有效值I：
c.根据步骤a中计算的绝缘子两端电压信号的有效值U和步骤b绝缘子电流信号的有效值I计算出绝缘子在脉冲高压下的电阻R：
计算出绝缘子电阻大小便可直接判断绝缘子的好坏；根据电流电压曲线去判断。如图4所示电压能够升压到设定的电压值附近，电流较小，曲线平滑。则为高值绝缘。如图5所示，电压升压不到设定值，有绝缘子绝缘性较差，在高压下被击穿，发生电流变大和电压减小震荡。
下面结合具体试验对本发明进一步说明。
试验一：本申请的发明人还针对本发明中的脉冲高压下电阻测试与兆欧表绝缘电阻测试、交流高压下电阻测试进行对比试验，具体如下：
对比试验A：兆欧表绝缘电阻测试
选取两片高值和低值特高压瓷绝缘子，在升压值测量电压后，用常规绝缘电阻表测量其1s、5s、15s、60s绝缘电阻；测量50kV(60kV)以下各个电压下的1s、5s、15s、60s交流电阻；测量不同脉宽脉冲高压下的绝缘电阻值，比较各个电阻值的变化情况和与绝缘特性的一致性，分析高压脉冲法测量的可行性。用5000V兆欧表，在2500V、5000V电压下测量各个时刻的绝缘电阻值。按照图13接线，预先升压到测量电压值，兆欧表输出高压端碰触绝缘子测量端，读取1s、5s、15s、60s等时刻的绝缘电阻值，见表1。
表1高低值绝缘子各个电压下的绝缘电阻值
从表1可以看到，兆欧表没法测试出特高压低值绝缘电阻。
对比试验B：交流高压下电阻测试
用50kV试验变压器逐步升压，在10kV、20kV、30kV、40kV,、50kV电压下测量各个时刻的压值。按照图14接线，升压到测量电压值，查看1s、5s、15s、60s等时刻是否击穿，见表2。
表2交流高压下的击穿状态
从表2看各个时刻下的电阻值变化很小，在交流高压下，没有明显的介质极化效应，高压交流电阻保持不变。在升到44kV时，低值绝缘子击穿，高压保护电流为0.5A，低值绝缘子此时的交流电阻小于88K欧姆，表现为零值。从测量结果来看，交流高压电阻能够反映绝缘子的绝缘特性，低值绝缘子在某一个交流高压下可能发生击穿，测到的交流电阻相对于正常值极小。对比试验C：脉冲高压下电阻测试
如图15所示，采用直流高压发生器对高压电容充电至试验电压(最高60kV)，通过电阻R、高压开关投入试验高压脉冲到绝缘子上端，高压脉冲宽度由合-分闸间隔决定(最短29毫秒)，试验脉冲电压采用电阻分压取样，为方便接入示波器，分压比选择5000:1，在高压尾串接200K/2W电阻取样脉冲电流，信号接入示波器。检测到脉冲电压和脉冲电流，求取两个信号等效为有效值的平均值，相除后，得到高压脉冲下的绝缘电阻值。设定高压脉冲宽度分别为59ms、100ms、500ms、1s进行测量，得到以下绝缘电阻值。
表3脉冲高压下的电阻
对比传统兆欧表、稳态高压交流电源和高压脉冲电源测得的瓷绝缘子绝缘电阻数据可知，传统兆欧表不能有效检测出劣化瓷绝缘子；电压升高超过50kV时，稳态交流耐压和脉冲高压均可击穿劣化瓷绝缘子，检测出绝缘特性；对于完好的瓷绝缘子，测量出的绝缘电阻值与稳态高压交流电源测量出的绝缘电阻值具有较好的一致性。
试验二：本申请的发明人还针对实施例中的测试装置的样机进行试验研究，其试验对象：T0001#(性能好的高值绝缘子)；T0002#(坏的低值绝缘子)；
试验设备：实施例中的60KV高压脉冲高压法绝缘子测试仪，其手持终端采用华为平板电脑；
测试过程：在其它测试条件相同的情况下，针对不同测试电压、不同高压脉冲宽度下的两种绝缘子进行测试，其测试结果如下，以下曲线图中深色为电压曲线，浅色为电流曲线：
T0001#绝缘子测试60kV曲线图如图16-1(高压脉冲宽度50ms)、图16-2(高压脉冲宽度100ms)、图16-3(高压脉冲宽度200ms)和图16-4(高压脉冲宽度500ms)；
T0002#绝缘子测试60kV曲线图如图17-1(高压脉冲宽度50ms)、图17-2(高压脉冲宽度100ms)、图17-3(高压脉冲宽度200ms)和图17-4(高压脉冲宽度500ms)；
T0001#绝缘子在30kV、40kV、50kV、60kV的条件测试结果分别如表4至表7：
表4 T0001#绝缘子30Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 414M | 431M | 410M |
| 100ms | 909M | 913M | 885M |
| 200ms | 2110M | 2221M | 1974M |
| 500ms | 14182M | 15650M | 15650M |
表5 T0001#绝缘子40Kv测试结果表
表6 T0001#绝缘子50Kv测试结果表
表7 T0001#绝缘子60Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 374M | 382M | 229M |
| 100ms | 759M | 741M | 759M |
| 200ms | 1472M | 1472M | 1389M |
| 500ms | 3364M | 3364M | 3006M |
T0002#绝缘子在30kV、40kV、50kV、60kV的条件测试结果分别如表8至表11：
表8 T0002#绝缘子30Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 31M | 31M | 31M |
| 100ms | 33M | 34M | 33M |
| 200ms | 34M | 35M | 35M |
| 500ms | 36M | 36M | 36M |
表9 T0002#绝缘子40Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 27M | 30M | 31M |
| 100ms | 32M | 32M | 33M |
| 200ms | 33M | 34M | 35M |
| 500ms | 35M | 35M | 35M |
表10 T0002#绝缘子50Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 16M | 20M | 17M |
| 100ms | 22M | 23M | 23M |
| 200ms | 29M | 26M | 25M |
| 500ms | 32M | 32M | 32M |
表11 T0002#绝缘子60Kv测试结果表
| 测量条件 | 1 | 2 | 3 |
| 50ms | 15M | 16M | 15M |
| 100ms | 18M | 21M | 17M |
| 200ms | 24M | 22M | 22M |
| 500ms | 26M | 25M | 26M |
通过试验二的结果可以看出，高值绝缘子，测量值与积分时间有关，时间越长，值越大；测试电压等级越高，值越小；低值绝缘子，在不同电压等级下测试，绝缘性相差不大。
试验三：本申请的发明人还针对实施例中的测试装置的样机与普通的电阻测试仪进行试验对比；
试验设备A：实施例中的60KV高压脉冲高压法绝缘子测试仪，其手持终端采用华为平板电脑；
试验设备B：现有的绝缘电阻测试仪；
测试对象：T001#(坏的低值绝缘子)；T002#(性能好的高值绝缘子)；T003#(有缺陷的绝缘子)；
分别采用试验设备A和试验设备B对三种型号的绝缘子进行测试，其试验设备A测试的曲线图如图18-1(T001#-30KV/100ms曲线图)，图18-2(T001#-60KV/100ms曲线图)，图18-2(T002#-30KV/100ms曲线图)，图18-3(T002#-60KV/100ms曲线图)，图18-4(T003#-30KV/100ms曲线图)，图18-5(T003#-60KV/100ms曲线图)；上述曲线图中深色为电压曲线，浅色为电流曲线：
绝缘子测试结果见表11：
表11试验三的绝缘子测试结果
| 设备B：电阻测试仪 | 设备A：30KV/100ms | 设备A：60KV/100ms | |
| T001# | 250 | 105M | 31M |
| T002# | 1.2G | 156M | 48M |
| T003# | >20G | 924M | 985M |
通过上述测试结果可以看出，T001#由绝缘电阻测试仪和脉冲高压测试仪均为低值；T003#由绝缘电阻测试仪和脉冲高压测试仪均为高值；而对于有缺陷的绝缘子T002#由绝缘电阻测试仪测试为高值；脉冲高压测试仪为低值。T002#在低电压下缺陷处电场畸变程度不够，不足以击穿绝缘，激发缺陷，表明缺陷发展较轻。但在15kV电压下开始放电，缺陷激发电压显著降低，表明T006#的缺陷可发展为更为严重的低值。
通过上述试验可以证明，本发明中的测试装置能有效的测量出低值和高值绝缘子，对于普通绝缘电阻测试仪无法测试的零值绝缘子也可以判断出。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，只是本发明的其中几个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述测试装置包括高压脉冲发生单元、电压调理模块、高压采集测量单元和处理模块；
所述高压脉冲发生单元将直流低压进行升压逆变和倍压整流处理，并通过处理模块控制升压幅值和周期产生设定周期的直流脉冲高压输出；
所述电压调理模块将绝缘子两端的直流脉冲高压经过分压处理成直流脉冲低压；
所述高压采集测量单元采集经电压调理模块分压处理的直流脉冲低压和与绝缘子串联的采样电阻两端电压输送至处理模块；
所述处理模块接收高压采集测量单元实时采集的脉冲低压信号和采样电阻两端的电压信号，计算出绝缘子两端的实际电压信号和实际电流信号，并计算出测试结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括通讯模块和显示及操控终端，所述显示及操控终端通过通讯模块与处理模块进行数据交互，对处理模块进行远程操控，并接收及显示通讯模块输出的测试结果。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述高压脉冲发生单元包括直流低压电池、升压模块、倍压整流模块；所述直流低压电池为整个测试装置供电；所述升压模块将直流低压电池产生的直流低压通过一级或两级或两级以上的升压逆变成中频交流电压，并通过处理模块控制升压模块的升压幅值和周期，产生中频交流脉冲电压，输出到倍压整流模块；所述倍压整流模块接收升压模块升压逆变后输出的中频交流脉冲电压，并进行倍压整流形成直流脉冲高压输出。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述高压采集测量单元包括与绝缘子串联的采样电阻和AD采集模块，通过AD采集模块实时采集分压处理后的脉冲低压信号和采样电阻两端电压输送至处理模块。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述处理模块用于将实时采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出绝缘子的实际电压u，将采样电阻两端的电压信号通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即绝缘子的电流i，在时间周期T内积分得到有效值，计算得到绝缘子绝缘电阻的结果；其绝缘子绝缘电阻的计算具体如下：
根据采集的电压信号u和电压信号u持续的脉冲宽度T，计算电压信号的有效值U：
根据采集的电流信号i和电流信号i持续的脉冲宽度T计算电流信号的有效值I：
根据电压信号的有效值U和电流信号的有效值I计算出绝缘子在脉冲高压下的电阻R：
6.根据权利要求3所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括下层底座(1)、下层外壳(2)、上层底座(3)、上层绝缘外壳(4)和顶部端盖(5)；在下层底座(1)和上层底座(3)之间设有主控板(6)和升压板(7)，所述主控板(6)通过支撑架安装在下层底座(1)上，升压板(7)通过支撑架安装在主控板(6)上方，所述直流低压电池(8)安装在下层底座(1)与主控板(6)之间，处理模块(9)安装在主控板(6)上，升压模块安装在升压板(7)上，所述下层外壳(2)密封套设在主控板(6)、升压板(7)、直流低压电池(8)、处理模块(9)和升压模块外；所述倍压整流模块(10)和高压采集测量单元(11)安装在上层底座(3)与顶部端盖(5)之间，上层绝缘外壳(4)密封套设在倍压整流模块和高压采集测量单元外；在下层底座(1)上设有电源接口(101)和控制开关(102)，上层底座(3)上设有接地端(301)和与待检绝缘子(12)一端连接的输出高压尾(302)，在顶部端盖(5)上设有与待检测绝缘子(12)另一端连接的输出高压头(501)。
7.根据权利要求3所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试装置，其特征在于：所述升压模块包括第一级升压电路及第二级升压电路，所述第一级升压电路包括推挽驱动电路，将直流低压电源产生的直流低压通过变压器升压到设定的第一级电压，所述第一级升压电路通过带隔离的闭环反馈控制系统实现输出电压可控可调，处理模块控制第一级升压的幅值大小；所述第二级升压电路将第一级升压电路输出的直流母线电压通过半桥逆变电路，逆变成中频电压，此中频电压经高压包升压电路升压到设定的第二级中频电压，处理模板控制第二级升压输出的周期。
8.一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)直流低压经过升压逆变和倍压整流处理，并控制升压幅值和周期产生设定周期的直流脉冲高压输出；
(2)将直流脉冲高压分压处理成低压脉冲；
(3)采集绝缘子两端的脉冲低压信号和与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号；
(4)通过采集的脉冲低压信号计算出绝缘子两端的实际电压；通过采集的采样电阻两端电压信号，计算出绝缘子两端的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流得到绝缘子绝缘性的测试结果。
9.根据权利要求8所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤(4)中的测试结果通过通讯模块发送至显示及操控终端进行结果显示；显示及操控终端通过通讯模块控制步骤(1)中的升压幅值和周期。
10.根据权利要求8或9所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过AD采集绝缘子两端的脉冲低压信号和与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号。
11.根据权利要求8或9所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过采集的绝缘子两端脉冲低压信号，经阻容分压比KU计算出绝缘子两端的实际高压电压；通过采集与绝缘子串联的采样电阻两端电压信号，I/V转换计算出流过绝缘子的实际电流，并通过绝缘子两端的实际电压和实际电流在时间周期T内积分得到有效值，计算得到绝缘子绝缘电阻的结果，其阻值的具体计算过程如下：
a.通过实时采集的绝缘子两端的脉冲低压信号u1，按照分压的电压变比KU计算出绝缘子两端的实际电压u＝u1/KU，根据绝缘子两端实际的电压u和电压信号u持续的脉冲宽度T，计算绝缘子两端电压信号的有效值U：
b.实时采集采样电阻两端的实际电压u2，根据采样电阻两端实际的电压u2和采样电阻Rs计算出流过采样电阻的电流电流
即绝缘子的实际电流，根据实际电流i和电流信号i持续的脉冲宽度T计算出绝缘子电流信号的有效值I：
c.根据步骤a中计算的绝缘子两端电压信号的有效值U和步骤b绝缘子电流信号的有效值I计算出绝缘子在脉冲高压下的电阻R：
12.根据权利要求8或9所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于，所述步骤(1)的升压逆变过程如下：
a.将直流低压电池通过推挽升压电路升压到设定的第一级电压，并通过反馈回路控制第一级升压的幅值大小；
b.将第一级输出电压通过半桥拓扑结构逆变成方波后给高压包升压至第二级设定电压，并控制第二级升压的周期大小。
13.根据权利要求9所述的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中的测试结果包括绝缘子电阻值和电流电压曲线图形；所述显示及操控终端为蓝牙终端操作设备，通过蓝牙终端操作设备实现可视化结论和曲线显示。
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