CN112505415B - 一种瓷绝缘子电阻测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓷绝缘子电阻测量装置及方法。所述测量装置包括直流高压电源、取样分压器、电流取样单元和信号采集处理单元；直流高压电源稳定的直流高压通过快速开关投入到绝缘子两端，产生高压脉冲电源信号；通过取样分压器将直流脉冲高压分压处理成低压脉冲进行；空载时，采集取样分压器两端的电压并计算出取样分压器的等效电容；接入绝缘子，采集绝缘子两端的电压和流过绝缘子的总泄漏电流，结合取样分压器的等效电容计算出绝缘子等效电容的电流，计算出绝缘子电阻的泄漏电流，并计算出绝缘子的真实阻值。本发明可用消除因绝缘子等效电容对冲击高压下检测绝缘子绝缘电阻带来的误差，使得判断绝缘子是否劣化更加准确。

Description

一种瓷绝缘子电阻测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电子及高压电力技术领域，特别是涉及一种基于高压脉冲电流分析的瓷绝缘子电阻测量方法及装置。

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。

根据DL/T626-2005《劣化盘形悬式绝缘子检测规程》的规定：电压等级低于500KV，绝缘子绝缘电阻低于500M为劣化绝缘子；电压等级500KV以下，绝缘子绝缘电阻低于300M为劣化绝缘子。目前用于绝缘子在线检测的方法主要包括：观察法、紫外成像法、红外测温法、声波法、电场测量法，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了一种基于高压脉冲电流分析的瓷绝缘子电阻精准测量方法及装置，可以真实的有效地检测瓷绝缘子绝缘电阻，使得绝缘子绝缘电阻测量值更加接近真实值，避免因绝缘子极间电容的影响使得脉冲电压法下的绝缘子检测仪判断绝缘子劣化等级出现差错。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种瓷绝缘子电阻测量装置，其特征在于：所述测量装置包括直流高压电源、取样分压器、电流取样单元和信号采集处理单元；

所述直流高压电源，用于产生稳定的高压通过快速开关投入到绝缘子两端，在绝缘子两端产生脉冲高压；

所述取样分压器与绝缘子并联，用于对绝缘子两端的脉冲高压分压处理成脉冲低压并进行取样；

所述电流取样单元，用于采集流过绝缘子的总泄漏电流；

所述信号采集处理单元，用于采集空载时取样分压器两端的脉冲低压并计算出取样分压器的等效电容；采集负载绝缘子时绝缘子两端的脉冲低压和流过绝缘子的总泄漏电流，结合取样分压器的等效电容计算出绝缘子等效电容的电流，根据绝缘子的总泄漏电流和绝缘子等效电容的电流计算绝缘子电阻的泄漏电流，并根据负载绝缘子时绝缘子两端的电压和绝缘子电阻的泄漏电流计算绝缘子的真实阻值。

本发明较优的技术方案：所述测量装置还包括与直流高压电源串联的限流电阻，所述限流电阻限制直流高压电源产输出电流，保护检测装置。

本发明较优的技术方案：所述取样分压器是由电阻Rf1、电容Cf1、电阻Rf2和电容Cf2组成的冲击电压阻容分压器。

本发明较优的技术方案：所述电流取样单元包括与绝缘子串联的采样电阻。

本发明进一步的技术方案：所述信号采集处理单元包括AD采集模块；

不接绝缘子空载时：通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出空载时取样分压器的实际电压U_x1，并计算出取样分压器等效电容C_f，其计算过程如下：

根据公式①得到t＝2τ₁时U_x1＝0.86U_s；t＝3τ₁时U_x1＝0.95U_s；

U_x1＝U_s*[1-e^-(t/τ1)] ①

在空载时取样分压器的实际电压U_x1信号曲线上找出0.86Us相对应的时间t₁和0.95Us相对应的时间t₂，并按照公式②计算空载时时间常数τ₁：

按照公式③计算出取样分压器等效电容C_f：

C_f＝τ₁/Rs ③；

上述公式①～③中：U_x1空载时取样分压器的实际电压，τ₁空载时间常数，t空载时间，Rs限流电阻，C_f取样分压器等效电容，e自然常数，U_s直流高压；

连接绝缘子负载时：通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出负载时取样分压器的实际电压即绝缘子实际电压U_x2；通过AD采集模块采集采样电阻两端的电压信号，并通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即被测试绝缘子泄漏总电流I_x；结合取样分压器等效电容C_f计算出绝缘子等效电容C_x，并计算出绝缘子等效电容的电流I_cx、绝缘子电阻的泄漏电流I_rx和绝缘子的真实阻值Rx，具体计算过程如下：

根据公式④得到t′＝2τ₁时U_x2＝0.86U_s；t′＝3τ₁时U_x2＝0.95U_s；

U_x2＝U_s*[1-e^-(t′/τ2)] ④

在负载时绝缘子实际电压U_x2信号曲线上找出0.86Us相对应的时间t’₁和0.95Us相对应的时间t’₂，并按照公式⑤计算空载时时间常数τ₂：

按照公式⑥和⑦计算出绝缘子等效电容Cx：

τ₂＝R_s*(C_f+C_x) ⑥

按照公式⑨和⑩分别计算出绝缘子等效电容的电流I_cx和绝缘子电阻的泄漏电流I_rx曲：

I_rx＝I_x-I_cx ⑩

公式④～⑦中：U_x2绝缘子实际电压，U_s直流高压，τ₂带载时间常数，Rs限流电阻，t′带载时间，C_f取样分压器等效电容，e自然常数，C_x绝缘子等效电容，I_cx绝缘子等效电容的电流，Ix绝缘子泄漏总电流，I_rx绝缘子电阻的泄漏电流；

根据负载时绝缘子实际电压U_x2和该电压信号U_x2在负载时间t’下持续的宽度T，对负载时绝缘子实际电压U_x2进行积分并取绝对值计算绝缘子电压有效值

根据绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx和该电流信号Irx在带载时间t’下持续的宽度T，对绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx进行积分并取绝对值计算绝缘子电流有效值

根据欧姆定律

按照公式

计算出绝缘子电阻的实际有效电阻Rx：

上式中：Rx绝缘子电阻的实际有效电阻，T积分时间长度，I_rx绝缘子绝缘电阻泄漏电流，U_x2绝缘子实际电压。

为了达到上述技术目的，本发明还提供了一种瓷绝缘子电阻测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)稳定的直流高压通过快速开关投入到绝缘子两端，产生高压脉冲电源信号；

(2)将直流脉冲高压分压处理成脉冲低压进行采样；

(3)通过电流取样单元对流过绝缘子的总泄漏电流进行采样；

(4)空载时，采集取样分压器两端的脉冲低压并计算出取样分压器的等效电容；接入绝缘子，采集绝缘子两端的脉冲低压和流过绝缘子的总泄漏电流，结合取样分压器的等效电容计算出绝缘子等效电容的电流，根据绝缘子的总泄漏电流和绝缘子等效电容的电流计算出绝缘子电阻的泄漏电流，并计算出绝缘子的真实阻值。

本发明较优的技术方案：在测量过程中，通过限流电阻限制直流高压电源产输出电流，保护检测装置。

本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中的电流取样单元包括与绝缘子串联的采样电阻。

本发明进一步的技术方案：所述步骤(4)中的测量步骤具体如下：

(4-1)不连接绝缘子，接通直流高压电源，通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出空载时取样分压器的实际电压U_x1，采集空载时不同时刻取样分压器的实际电压U_x1，记录并绘制空载时U_x1的电压信号曲线，并计算出取样分压器等效电容C_f，其计算过程如下：

根据公式①得到t＝2τ₁时U_x1＝0.86U_s；t＝3τ₁时U_x1＝0.95U_s；

U_x1＝U_s*[1-e^-(t/τ1)] ①

在空载时U_x1的电压信号曲线上找出0.86Us电压时相对应的时间t₁和0.95Us电压时相对应的时间t₂，则有t₁＝2τ₁，t₂＝3τ₁，并按照公式②计算空载时时间常数τ₁：

按照公式③计算出取样分压器等效电容C_f：

C_f＝τ₁/Rs ③；

上述公式①～③中：U_x1空载时取样分压器的实际电压，τ₁空载时间常数，t空载时间，Rs限流电阻，C_f取样分压器等效电容，e自然常数；

(4-2)接入被检测绝缘子，接通直流高压电源，通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出负载时取样分压器的实际电压即绝缘子实际电压U_x2，采集负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2，记录并绘制U_x2电压信号曲线；通过AD采集模块采集采样电阻两端的电压信号，并通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即被测试绝缘子泄漏总电流I_x；结合取样分压器等效电容C_f计算出绝缘子等效电容C_x，其计算过程如下：

根据公式④得到t′＝2τ₂时U_x2＝0.86U_s；t′＝3τ₂时U_x2＝0.95U_s；

U_x2＝U_s*[1-e^-(t′/τ2)] ④

在负载时U_x2电压信号曲线上找出0.86Us相对应的时刻t’₁和0.95Us相对应的时刻t’₂，则有t′₁＝2τ₂，t′₂＝3τ₂，并按照公式⑤计算空载时时间常数τ₂：

按照公式⑥和⑦计算出绝缘子等效电容Cx：

τ₂＝R_s*(C_f+C_x) ⑥

公式④～⑦中：U_x2绝缘子实际电压，U_s直流高压，τ₂带载时间常数，Rs限流电阻，t′带载时间，C_f取样分压器等效电容，C_x绝缘子等效电容；

(4-3)根据步骤(4-2)中计算的绝缘子等效电容Cx按照公式⑨计算出绝缘子等效电容的电流I_cx：

又根据基尔霍夫定律：I_x＝I_rx+I_cx得到公式⑩，并计算出绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx：I_rx＝I_x-I_cx⑩；

公式⑨和⑩中：U_s直流高压，Rs限流电阻，t′带载时间，C_x绝缘子等效电容，e自然常数，I_cx绝缘子等效电容的电流，Ix绝缘子泄漏总电流，I_rx绝缘子电阻的泄漏电流；

(4-4)采集步骤(4-3)中计算的不同时刻的绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx，记录并绘制绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx的曲线；

(4-5)根据步骤(4-2)中采集的负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2和电压信号U_x2在负载时间t’下持续的宽度T，对电压U_x2进行积分并取绝对值，得到绝缘子电压有效值

(4-6)根据步骤(4-4)中采集的负载时不同时刻绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx和电流Irx在带载时间t’下持续的宽度T，对电流I_rx进行积分并取绝对值，得到绝缘子电流有效值

(4-7)根据步骤(4-5)中计算得到的绝缘子电压有效值U和绝缘子电流有效值I按照欧姆定律

计算出绝缘子电阻的实际有效电阻Rx：

上式

中：Rx绝缘子电阻的实际有效电阻，T积分时间长度，I_rx绝缘子绝缘电阻泄漏电流，U_x2绝缘子实际电压。

本发明可用消除因绝缘子等效电容对冲击高压下检测绝缘子绝缘电阻带来的误差，对绝缘子电阻的测量更加准确，使得判断绝缘子是否劣化更加准确。

附图说明

图1为本发明的检测装置结构示意图；

图2为绝缘子等效模型示意图；

图3为本发明中电压曲线示意图；

图4为本发明中电流曲线示意图；

图5为高值绝缘子实示例电压曲线图；

图6为高值绝缘子实示例电流曲线图；

图7为零值绝缘子实示例电压曲线图；

图8为零值绝缘子实示例电流曲线图。

图中：1—直流高压电源，2—限流电阻，3—取样分压器，4—电流取样单元，5—信号采集处理单元；Us：直流高压，Ux：绝缘子测试电压，Ks：快速开关，Rs：充电限流电阻，Rf1、Cf1、Rf2、Cf2：组成冲击电压阻容分压器，Rx：绝缘子绝缘电阻，Cx：绝缘子绝缘电阻等效电容，Ri：绝缘子绝缘电阻泄漏电流取样电阻，Ix：绝缘子泄漏总电流，Irx：绝缘子绝缘电阻泄漏电流，Icx：绝缘子等效电容电流。

具体实施方式

为了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。

为了解决现有绝缘子测量方法存在的缺陷，本申请的发明人研究出一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，并于2020年10月20日申请了发明专利，其专利申请号为202011125081X；该专利提供的一种基于高压脉冲法的绝缘子测试方法，具体是将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；然后将直流脉冲高压分压处理成低压脉冲；并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，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。该方法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。但是，由于瓷绝缘子铁帽和钢脚之间存在极间电容，加上绝缘子不同制造工艺，表面污迹，环境温湿度的影响，使得高压脉冲电流法测量情况下的绝缘子的电阻包含了极间电容的容抗，不能准确反映绝缘子的真实绝缘电阻。特别是当绝缘电阻测量值在判断为劣化绝缘子阻值附近时往往由于绝缘子极间电容的存在使得判断出现差错。

为了能够更加准确的反应绝缘子的真实绝缘电阻，实施例提供了一种瓷绝缘子电阻精准测量装置，绝缘子等效模型如图1所示，绝缘子等效为电阻Rx和电容Cx并联。该测量装置如图2所示，包括直流高压电源1、限流电阻2、取样分压器3、电流取样单元4和信号采集处理单元5；所述直流高压电源1采用外购电源设备，能够产生稳定的直流高压Us，再将直流高压通过快速开关Ks投入到被检测绝缘子两端，通过高压快速开关Ks导通形成高压脉冲电源，产生高压脉冲试验电源信号。所述限流电阻2选用10M/20W的玻璃釉高压电阻，限制直流高压电源1输出电流，使得电流在安全范围内，保护检测装置。所述取样分压器3是由电阻Rf1、电容Cf1、电阻Rf2和电容Cf2组成的冲击电压阻容分压器，采用RC串联网络来分压，等效为Rf和Cf并联，选取Rf1*Cf1＝Rf2*Cf2，则分压比K与频率无关，阻容分压器具有良好的低频、高频性能，可工作的频带宽，且不易产生振荡，取样分压器3与绝缘子并联，对绝缘子两端的脉冲高压经过分压处理成脉冲低压进行取样；所述电流取样单元包括与绝缘子串联的绝缘子绝缘电阻泄漏电流取样电阻Ri，采用无感电阻取样流过被检测绝缘子总泄漏电流；所述信号采集处理单元5包括AD采集模块和处理器，通过高速模数转换，采集脉冲阻容分压器低压臂的电压信号Urf₂和电流取样电阻电压信号Uri，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Ux，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流过绝缘子总泄漏电流Ix。

实施例中的瓷绝缘子电阻精准测量装置，其测量步骤如下：

(1)测量空载电压信号曲线：不连接绝缘子，接通直流高压电源，开关Ks闭合；通过AD采集模块实时采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将实时采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出空载时取样分压器的实际电压U_x1，采集空载时不同时刻取样分压器的实际电压U_x1，记录并绘制空载时U_x1的电压信号曲线如图3所示，按照以下计算过程计算出取样分压器等效电容C_f：

根据公式①得到t＝2τ₁时U_x1＝0.86U_s；t＝3τ₁时U_x1＝0.95U_s；

U_x1＝U_s*[1-e^-(t/τ1)] ①

在空载时U_x1的电压信号曲线上找出0.86Us电压时相对应的时间t₁和0.95Us电压时相对应的时间t₂，则有t₁＝2τ₁，t₂＝3τ₁，并按照公式②计算空载时时间常数τ₁：

由于Rs<<Rf，忽略Rf的影响，按照公式③计算出取样分压器等效电容C_f：

C_f＝τ₁/Rs ③；

上述公式①～③中：U_x1空载时取样分压器的实际电压，τ₁空载时间常数，t空载时间，Rs限流电阻，C_f取样分压器等效电容，e自然常数；

(2)测量带载时电压信号曲线：接入被检测绝缘子，接通直流高压电源，开关Ks闭合，通过AD采集模块实时采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将实时采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出负载时取样分压器的实际电压即绝缘子实际电压U_x2，采集负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2，记录并绘制U_x2电压信号曲线如图3所示；通过AD采集模块采集采样电阻两端的电压信号，并通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即被测试绝缘子泄漏总电流I_x；结合取样分压器等效电容C_f计算出绝缘子等效电容C_x，其计算过程如下：

根据公式④得到t′＝2τ₂时U_x2＝0.86U_s；t′＝3τ₂时U_x2＝0.95U_s；

U_x2＝U_s*[1-e^-(t′/τ2)] ④

在负载时U_x2电压信号曲线上找出0.86Us相对应的时刻t’₁和0.95Us相对应的时刻t’₂，则有t′₁＝2τ₂，t′₂＝3τ₂，并按照公式⑤计算空载时时间常数τ₂：

按照公式⑥和⑦计算出绝缘子等效电容Cx：

τ₂＝R_s*(C_f+C_x) ⑥

公式④～⑦中：U_x2绝缘子实际电压，U_s直流高压，τ₂带载时间常数，Rs限流电阻，t′带载时间，C_f取样分压器等效电容，C_x绝缘子等效电容；

(3)根据步骤(2)中计算的绝缘子等效电容Cx按照公式⑨计算出绝缘子等效电容的电流I_cx：

又根据基尔霍夫定律：I_x＝I_rx+I_cx得到公式⑩，并计算出绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx：I_rx＝I_x-I_cx⑩；

公式⑨和⑩中：U_s直流高压，Rs限流电阻，t′带载时间，C_x绝缘子等效电容，e自然常数，I_cx绝缘子等效电容的电流，Ix绝缘子泄漏总电流，I_rx绝缘子电阻的泄漏电流；

(4)采集步骤(3)中计算的不同时刻的绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx，记录并绘制绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx的曲线如图4所示；

(5)根据步骤(2)中采集的负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2和电压信号U_x2在负载时间t’下持续的宽度T，对电压U_x2进行积分并取绝对值，得到绝缘子电压有效值

(6)根据步骤(4)中采集的负载时不同时刻绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx和电流Irx在带载时间t’下持续的宽度T，对电流I_rx进行积分并取绝对值，得到绝缘子电流有效值

(7)根据步骤(5)中计算得到的绝缘子电压有效值U和绝缘子电流有效值I按照欧姆定律

计算出绝缘子电阻的实际有效电阻Rx：

上式

中：Rx绝缘子电阻的实际有效电阻，T积分时间长度，I_rx绝缘子绝缘电阻泄漏电流，U_x2绝缘子实际电压。

下面结合具体实例计算对本发明的测量方法进一步说明。

应用实例一：针对高值绝缘子进行测量，具体测量过程如下：

(1)首先不接通高值绝缘子，取样分压器的实际电压U_x1，绘制电压信号曲线图，如图5所示；然后在曲线上寻找0.86Us和0.95Us相对应值的时间，得t₁＝2.8ms和t₂＝3.8ms；计算时间常数

由公式C_f＝τ₁/Rs，其中Rs＝10M，计算出阻容分压器等效电容，

(2)连接待测量的高值绝缘子，采集带载时高值绝缘子的实际电压信号U_x2，绘制电压信号曲线图，如图5所示；在曲线上寻找0.86Us和0.95Us相对应值的时间，得到t′₁＝3.8ms和t′₂＝5ms，计算时间常数τ₂的平均值即

由于Rs<<Rf、Ri<<Rs在脉冲高压发出后Rs作为限流电阻给阻容分压器电容Cf和绝缘子等效电容Cx充电，由公式τ₂＝R_s*(C_f+C_x)，则

则计算出绝缘子等效电容C_x＝4.5*10^-11F。

(3)根据步骤(2)中计算的绝缘子等效电容Cx按照公式⑨计算出绝缘子等效电容的电流I_cx：

又根据基尔霍夫定律：I_x＝I_rx+I_cx计算出绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx：I_rx＝I_x-I_cx

然后将计算出来不用时刻的绝缘子总泄漏电流I_x、绝缘子等效电容电流I_cx、绝缘电阻泄漏电流I_rx记录下来，并绘制曲线，如图6所示。

(4)计算高值绝缘子的绝缘电阻：取积分时间T＝50ms，根据带载的电压曲线数据和校正后的绝缘电阻电流曲线数据，计算绝缘子的实际电阻为：

对比实例：同样采用高压脉冲法对应用实例一中相同的高值绝缘子进行测量，直接通过AD采集高值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U_x2；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转换得到绝缘子的实际电流I_rx，并通过绝缘子两端的实际电压U_x2和实际电流I_rx在时间周期T内积分得到有效值，计算出高值绝缘子绝缘电阻

对比试验结果可以看出本发明中的精准测量方法，消除了绝缘子等效电容对冲击高压下检测绝缘子绝缘电阻带来的误差，其计算结果比未消除误差直接计算的值偏大，与理论分析一致。本发明中的测量值更加精确。特别是当绝缘子绝缘电阻测量值在判断为劣化标准500M附近时，使得绝缘子好坏判断出错。

应用实例二：针对零值绝缘子进行测量，具体测量过程如下：

(1)首先不接通高值绝缘子，根据空载时测量结果，计算出阻容分压器等效电容C_f＝1.33*10^-10F。

(2)连接待测量的高值绝缘子，采集带载时高值绝缘子的实际电压信号U_x2，绘制电压信号曲线图，如图7所示；将电压曲线拟合延伸至Us，在曲线上寻找0.86Us和0.95Us相对应值的时间，得到t1＝16.5ms和t2＝33.1ms，计算时间常数τ₂的平均值即

由公式τ₂＝R_s*(C_f+C_x)，则

则计算出零值绝缘子等效电容C_x＝8.31*10^-10F。

(3)根据步骤(2)中计算的绝缘子等效电容Cx按照公式⑨计算出绝缘子等效电容的电流I_cx：

又根据基尔霍夫定律：I_x＝I_rx+I_cx计算出绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx：I_rx＝I_x-I_cx

然后将计算出来不用时刻的绝缘子总泄漏电流I_x、绝缘子等效电容电流I_cx、绝缘电阻泄漏电流I_rx记录下来，并绘制曲线，如图8所示。

(4)计算零值绝缘子绝缘电阻：取积分时间T＝50ms，根据带载的电压曲线数据和校正后的电阻电流曲线数据，计算零值绝缘子绝缘电阻的实际电阻为：

对比实例：同样采用高压脉冲法对应用实例二中相同的高值绝缘子进行测量，直接通过AD采集高值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U_x2；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转换得到绝缘子的实际电流I_rx，并通过绝缘子两端的实际电压U_x2和实际电流I_rx在时间周期T内积分得到有效值，计算零值绝缘子绝缘电阻的值为

对比试验结果可以看出本发明中的精准测量方法，消除了绝缘子等效电容对冲击高压下检测绝缘子绝缘电阻带来的误差，其计算结果比未消除误差直接计算的值偏大，与理论分析一致。本发明中的测量值更加精确。特别是当绝缘子绝缘电阻测量值在判断为劣化标准500M附近时，使得绝缘子好坏判断出错。

通过上述对比试验可以证明，本发明中的测试装置测出的高值绝缘子绝缘阻值和零值绝缘子绝缘阻值的结果均比未消除误差直接计算的值偏大，其测量结果更加准确。

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 (3)

1.一种瓷绝缘子电阻测量装置，其特征在于：所述测量装置包括直流高压电源、取样分压器、电流取样单元、信号采集处理单元和与直流高压电源串联的限流电阻；

所述直流高压电源，用于产生高压通过快速开关投入到绝缘子两端，在绝缘子两端产生脉冲高压；

所述取样分压器与绝缘子并联，用于对绝缘子两端的脉冲高压分压处理成脉冲低压并进行取样；

所述电流取样单元包括与绝缘子串联的采样电阻，用于采集流过绝缘子的总泄漏电流；

所述限流电阻限制直流高压电源产输出电流，保护检测装置；

所述信号采集处理单元包括AD采集模块，用于采集空载时取样分压器两端的脉冲低压并计算出取样分压器的等效电容；采集负载绝缘子时绝缘子两端的脉冲低压和流过绝缘子的总泄漏电流，结合取样分压器的等效电容计算出绝缘子等效电容的电流，根据绝缘子的总泄漏电流和绝缘子等效电容的电流计算绝缘子电阻的泄漏电流，并根据负载绝缘子时绝缘子两端的电压和绝缘子电阻的泄漏电流计算绝缘子的真实阻值；其计算过程如下：

不接绝缘子空载时：通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出空载时取样分压器的实际电压U_x1，并计算出取样分压器等效电容C_f，其计算过程如下：

根据公式①得到t＝2τ₁时U_x1＝0.86U_s；t＝3τ₁时U_x1＝0.95U_s；

U_x1＝U_s*[1-e^-(t/τ1)] ①

在空载时取样分压器的实际电压U_x1信号曲线上找出0.86Us相对应的时间t₁和0.95Us相对应的时间t₂，并按照公式②计算空载时时间常数τ₁：

按照公式③计算出取样分压器等效电容C_f：

C_f＝τ₁/Rs ③；

上述公式①～③中：U_x1空载时取样分压器的实际电压，τ₁空载时间常数，t空载时间，Rs限流电阻，C_f取样分压器等效电容，e自然常数，U_s直流高压；

连接绝缘子负载时：通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出负载时取样分压器的实际电压即绝缘子实际电压U_x2；通过AD采集模块采集采样电阻两端的电压信号，并通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即被测试绝缘子泄漏总电流I_x；结合取样分压器等效电容C_f计算出绝缘子等效电容C_x，并计算出绝缘子等效电容的电流I_cx、绝缘子电阻的泄漏电流I_rx和绝缘子的真实阻值Rx，具体计算过程如下：

根据公式④得到t′＝2τ₁时U_x2＝0.86U_s；t′＝3τ₁时U_x2＝0.95U_s；

U_x2＝U_s*[1-e^-(t′/τ2)] ④

在负载时绝缘子实际电压U_x2信号曲线上找出0.86Us相对应的时间t’₁和0.95Us相对应的时间t’₂，并按照公式⑤计算空载时时间常数τ₂：

按照公式⑥和⑦计算出绝缘子等效电容Cx：

τ₂＝R_s*(C_f+C_x) ⑥

按照公式⑨和⑩分别计算出绝缘子等效电容的电流I_cx和绝缘子电阻的泄漏电流I_rx曲：

I_rx＝I_x-I_cx ⑩

公式④～⑦中：U_x2绝缘子实际电压，U_s直流高压，τ₂带载时间常数，Rs限流电阻，t′带载时间，C_f取样分压器等效电容，e自然常数，C_x绝缘子等效电容，I_cx绝缘子等效电容的电流，Ix绝缘子泄漏总电流，I_rx绝缘子电阻的泄漏电流；

根据负载时绝缘子实际电压U_x2和该电压信号U_x2在负载时间t’下持续的宽度T，对负载时绝缘子实际电压U_x2进行积分并取绝对值计算绝缘子电压有效值

根据绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx和该电流信号Irx在带载时间t’下持续的宽度T，对绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx进行积分并取绝对值计算绝缘子电流有效值

根据欧姆定律

按照公式

计算出绝缘子电阻的实际有效电阻Rx：

上式中：Rx绝缘子电阻的实际有效电阻，T积分时间长度，I_rx绝缘子绝缘电阻泄漏电流，U_x2绝缘子实际电压。

2.根据权利要求1所述的一种瓷绝缘子电阻测量装置，其特征在于：所述取样分压器是由电阻Rf1、电容Cf1、电阻Rf2和电容Cf2组成的冲击电压阻容分压器。

3.一种瓷绝缘子电阻测量方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)直流高压通过快速开关投入到绝缘子两端，产生高压脉冲电源信号；

(2)将直流脉冲高压分压处理成脉冲低压进行采样；

(3)通过电流取样单元对流过绝缘子的总泄漏电流进行采样；电流取样单元包括与绝缘子串联的采样电阻；

(4)空载时，采集取样分压器两端的脉冲低压并计算出取样分压器的等效电容；接入绝缘子，采集绝缘子两端的脉冲低压和流过绝缘子的总泄漏电流，结合取样分压器的等效电容计算出绝缘子等效电容的电流，根据绝缘子的总泄漏电流和绝缘子等效电容的电流计算出绝缘子电阻的泄漏电流，并计算出绝缘子的真实阻值，在测量过程中，通过限流电阻限制直流高压电源产输出电流，保护检测装置；

其具体计算过程如下：

(4-1)不连接绝缘子，接通直流高压电源，通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出空载时取样分压器的实际电压U_x1，采集空载时不同时刻取样分压器的实际电压U_x1，记录并绘制空载时U_x1的电压信号曲线，并计算出取样分压器等效电容C_f，其计算过程如下：

根据公式①得到t＝2τ₁时U_x1＝0.86U_s；t＝3τ₁时U_x1＝0.95U_s；

U_x1＝U_s*[1-e^-(t/τ1)] ①

在空载时U_x1的电压信号曲线上找出0.86Us电压时相对应的时间t₁和0.95Us电压时相对应的时间t₂，则有t₁＝2τ₁，t₂＝3τ₁，并按照公式②计算空载时时间常数τ₁：

按照公式③计算出取样分压器等效电容C_f：

C_f＝τ₁/Rs ③；

上述公式①～③中：U_x1空载时取样分压器的实际电压，τ₁空载时间常数，t空载时间，Rs限流电阻，C_f取样分压器等效电容，e自然常数；

(4-2)接入被检测绝缘子，接通直流高压电源，通过AD采集模块采集取样分压器分压处理后的脉冲低压信号，并将采集的脉冲低压信号通过电压变比计算出负载时取样分压器的实际电压即绝缘子实际电压U_x2，采集负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2，记录并绘制U_x2电压信号曲线；通过AD采集模块采集采样电阻两端的电压信号，并通过I/V转换得到采样电阻两端的电流信号即被测试绝缘子泄漏总电流I_x；结合取样分压器等效电容C_f计算出绝缘子等效电容C_x，其计算过程如下：

根据公式④得到t′＝2τ₂时U_x2＝0.86U_s；t′＝3τ₂时U_x2＝0.95U_s；

U_x2＝U_s*[1-e^-(t′/τ2)] ④

在负载时U_x2电压信号曲线上找出0.86Us相对应的时刻t’₁和0.95Us相对应的时刻t’₂，则有t′₁＝2τ₂，t′₂＝3τ₂，并按照公式⑤计算空载时时间常数τ₂：

按照公式⑥和⑦计算出绝缘子等效电容Cx：

τ₂＝R_s*(C_f+C_x) ⑥

公式④～⑦中：U_x2绝缘子实际电压，U_s直流高压，τ₂带载时间常数，Rs限流电阻，t′带载时间，C_f取样分压器等效电容，C_x绝缘子等效电容；

(4-3)根据步骤(4-2)中计算的绝缘子等效电容Cx按照公式⑨计算出绝缘子等效电容的电流I_cx：

又根据基尔霍夫定律：I_x＝I_rx+I_cx得到公式⑩，并计算出绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx：I_rx＝I_x-I_cx⑩；

公式⑨和⑩中：U_s直流高压，Rs限流电阻，t′带载时间，C_x绝缘子等效电容，e自然常数，I_cx绝缘子等效电容的电流，Ix绝缘子泄漏总电流，I_rx绝缘子电阻的泄漏电流；

(4-4)采集步骤(4-3)中计算的不同时刻的绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx，记录并绘制绝缘子绝缘电阻泄漏电流I_rx的曲线；

(4-5)根据步骤(4-2)中采集的负载时不同时刻绝缘子的实际电压U_x2和电压信号U_x2在负载时间t’下持续的宽度T，对电压U_x2进行积分并取绝对值，得到绝缘子电压有效值

(4-6)根据步骤(4-4)中采集的负载时不同时刻绝缘子绝缘电阻泄漏电流Irx和电流Irx在带载时间t’下持续的宽度T，对电流I_rx进行积分并取绝对值，得到绝缘子电流有效值

(4-7)根据步骤(4-5)中计算得到的绝缘子电压有效值U和绝缘子电流有效值I按照欧姆定律

计算出绝缘子电阻的实际有效电阻Rx：

上式

中：Rx绝缘子电阻的实际有效电阻，T积分时间长度，I_rx绝缘子绝缘电阻泄漏电流，U_x2绝缘子实际电压。

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