CN116735961A - 一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置及方法，所述装置包括：直流高压发生器，与高压电容组成充电回路，用于输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；其中，此时所述高压开关处于断开状态；高压电容，与高压分压器、电流互感器和被测高压绝缘子组成放电回路，用于在所述高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态时，进行RC放电；高压分压器，与测控模块相连接，用于分别在充电和放电时进行分压，分别获取第一分压信号和第二分压信号，并将所述第一分压信号和第二分压信号分别输入至所述测控模块；测控模块，用于基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
Description
技术领域
本发明涉及高压绝缘子检测技术领域，并且更具体地，涉及一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置及方法。
背景技术
在电力系统的运行设备中，绝缘子是分布最广，数量最多的绝缘设备，而绝缘子零值是常见多发故障，在长期的运行中，绝缘子会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高温、温差等恶劣自然环境因素的影响；在电气上要承受强电场、雷电冲击电流、工频电弧电流的作用；在机械上要承受长期工作荷载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用。当绝缘子瓷件的颈部存在微气孔等缺陷，或在运行中出现裂纹时，绝缘子的绝缘电阻就会大大降低，出现低值绝缘子或零值绝缘子。绝缘子一旦出现低零值缺陷，其承受电压的能力就会大大降低。当绝缘子串中存在一定比例低值或零值绝缘子时，在污秽环境、过电压甚至工作电压用下就极易发生闪络事故。在雷电过电压作用于低零值绝缘子时，低零值绝缘子容易被完全击穿，强大的雷电流及工频续流从零值绝缘子头部的瓷件缝隙流过，将引起低零值绝缘子过热炸开，从而引起线路掉串。因此低零值绝缘子是造成输电线路重大事故的隐患，严重威胁电力系统的安全运行。
近年来，国内外不断探索检测零值绝缘子的新方法。从绝缘子的劣化特征、劣化原因的分析中可知，劣化绝缘子在电气性能、局部放电、温度分布等多个方面与良好绝缘子相比，存在着差异。从这些差异入手，可以得出一系列的劣化绝缘子检测方法，这些方法主要分为两类：一类是非接触式检测法，另一类是接触式检测法。非接触式检测法主要包括超声波检测法、激光多普勒振动法、红外测温法、电晕摄像机法及无线电波检测法等。非接触检测法具有不与被测量物体直接接触、没有高压绝缘问题困扰从而比较安全的优点，但是在具体运用时，需要外加多种辅助设备，因此检测成本比较高。检测设备和被测物体都或多或少会受到外界环境因素的影响，再加上检测设备本身的不完善和使用过程中人工操作的误差，广泛应用有一定困难。接触式检测法按工作原理主要有交流旁路测量电阻法、电压分布法、泄露电流检测法、脉冲电流检测法、绝缘电阻测试法等，由于上述直接测试法作用在绝缘子的电压不足够高，测量的时间均比较长，对部分劣化的绝缘子测量不准，测量值不能量化，不可视化。
因此，需要一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置。
发明内容
本发明提出一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置及方法，以解决如何高效准确地测量高压绝缘子的绝缘电阻的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置，所述装置包括：测控模块和依次连接的直流高压发生器、高压电容、高压分压器、高压开关和被测高压绝缘子；其中，
所述直流高压发生器，与所述高压电容组成充电回路，用于输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；其中，此时所述高压开关处于断开状态；
所述高压电容，与所述高压分压器、电流互感器和被测高压绝缘子组成放电回路，用于在所述高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态时，进行RC放电；
所述高压分压器，与所述测控模块相连接，用于分别在充电和放电时进行分压，分别获取第一分压信号和第二分压信号，并将所述第一分压信号和第二分压信号分别输入至所述测控模块；
所述测控模块，用于基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
优选地，其中所述装置还包括：供电电源，分别与所述高压发生器和测控模块相连接，用于为装置供电。
优选地，其中所述高压发生器能够产生60KV/125W的直流高压；所述高压电容的充电电压为60kV。
优选地，其中所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
优选地，其中所述装置还包括：
电流互感器，分别与所述高压分压器、被测高压绝缘子和测控模块相连接，用于获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
优选地，其中所述测控模块，基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于如上所述的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置的绝缘电阻自动测量方法，所述方法包括：
设置高压开关处于断开状态，利用直流高压发生器输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；
设置高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态，利用高压电容进行RC放电；
当高压电容进行RC放电时，利用高压分压器进行分压，获取第二分压信号并输入至测控模块；
利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
优选地，其中所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
优选地，其中所述方法还包括：
利用电流互感器获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
优选地，其中所述利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
本发明提供了一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置及方法，所述装置包括：直流高压发生器，用于输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；其中，此时所述高压开关处于断开状态；高压电容，用于在所述高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态时，进行RC放电；高压分压器，用于分别在充电和放电时进行分压，分别获取第一分压信号和第二分压信号，并将所述第一分压信号和第二分压信号分别输入至所述测控模块；测控模块，用于基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。本发明的装置将雷电冲击电压发生器原理引入测量回路中，通过高压脉冲法实现高压绝缘子绝缘电阻的自动测量，以通过缘电阻的电阻值，判断绝缘子是否合格，能够实现绝缘子电阻的高效准确测量。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置100的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置的连接关系图；
图3为根据本发明实施方式的电压测试电路的示意图；
图4为根据本发明实施方式的绝缘子放电曲线图；
图5为根据本发明实施方式的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量方法500的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置，将雷电冲击电压发生器原理引入测量回路中，通过高压脉冲法实现高压绝缘子绝缘电阻的自动测量，以通过缘电阻的电阻值，判断绝缘子是否合格，能够实现绝缘子电阻的高效准确测量。本发明实施方式提供的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置100，包括：测控模块101和依次连接的直流高压发生器102、高压电容103、高压分压器104、高压开关105和被测高压绝缘子106。
优选地，所述直流高压发生器102，与所述高压电容组成充电回路，用于输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；其中，此时所述高压开关处于断开状态。
优选地，所述高压电容103，与所述高压分压器、电流互感器和被测高压绝缘子106组成放电回路，用于在所述高压发生器处于关闭状态，且高压开关105处于闭合状态时，进行RC放电。
优选地，所述高压分压器104，与所述测控模块相连接，用于分别在充电和放电时进行分压，分别获取第一分压信号和第二分压信号，并将所述第一分压信号和第二分压信号分别输入至所述测控模块。
优选地，所述测控模块101，用于基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
优选地，其中所述装置还包括：供电电源，分别与所述高压发生器和测控模块相连接，用于为装置供电。
优选地，其中所述高压发生器能够产生60KV/125W的直流高压；所述高压电容的充电电压为60kV。
优选地，其中所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
优选地，其中所述装置还包括：
电流互感器，分别与所述高压分压器、被测高压绝缘子和测控模块相连接，用于获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
优选地，其中所述测控模块，基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
结合图2所示，在本发明中，高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置，包括：电源、直流高压发生器、高压电容、高压分压器、试品(即被测高压绝缘子)、高压开关、电流互感器和嵌入式测控系统(即测控模块)。
其中，电源可以采用便携式可充电电池，分别和直流高压发生器和嵌入式测控系统相连接，用于为装置供电。
其中，直流高压发生器，采用小型化高集成度直流高压发生器，可产生最高60KV/125W直流高压，且输出高压可调节，短路自保护。
其中，使用60KV高压电容作为充放电介质，60KV高压开关控制放电回路。测试时高压发生器产生60KV高压给电容充电，充电完毕后关闭高压发生器，闭合高压开关，进行RC放电。其中，绝缘子电阻可以等效为电容电阻并联的结构。
其中，在电压/电流采样回路中，高压分压器负责电压采样，一级分压1000MΩ阻容分压，1000：1分压；二级分压采用10MΩ电阻分压，15：1分压，然后进入嵌入式测控系统的高速模数转换通道进行电压采集。如图3所示，为电压测试电路的示意图。在本发明中，高压分压器在充电环节和放电环节均进行分压，分别输入第一分压信号和第二分压信号至测控系统。
其中，电流互感器，用于获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。如果存在短路，则确定装置存在异常，不进行电阻值的计算。
其中，嵌入式测控系统，可以采用ARM9工业处理器，配彩色触摸屏，显示直观，操作简便，符合便携要求,同时具备以下特点：便于携带和使用；操作直观，可实时显示当前测试状态；可直接显示测试数据及实时曲线；可实时分析测量结果，并生成报告；可进行测试数据统计等。
在本发明中，装置通过高压电容和高压发生器对绝缘子进行毫秒级快速充放电，在绝缘子上形成峰值为60kV以RC电路衰减的稳态高压。测试时高压发生器产生60KV高压给电容充电，充电完毕后关闭高压发生器进行RC放电，测控系统根据获取的分压信号计算绝缘子等值阻抗。
在本发明中，高压电容C通过R放电，则任意时刻t，高压电容上的电压为：Vt＝Vu*exp(-t/RC)，根据上述公式可以得出：当t＝RC时，Vt＝Vu*0.37。因此，测控系统持续记录Vt,当Vt＝Vu*0.37时，记录此时的t,则可以计算出R＝t/C。其中，t为从关断高压开始放电时计时；Exp为以e为底的指数函数；Vu为第一分压信号，通过分压器测得；Vt为t时刻第二分压信号，通过分压器测得。
因此，在本发明中，基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
例如，对100MΩ的绝缘子进行测试，测得放电曲线如图4所示，通过上述方法可以计算出实测阻值为105.6MΩ。
本发明的装置可实现高压绝缘子绝缘电阻自动测量计算；同时具有较强的数据后处理功能，可用于记录和评估高压绝缘子阻抗和性能，剔除不合格高压绝缘子。
图5为根据本发明实施方式的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量方法500的流程图。如图5所示，本发明实施方式提供的基于如上所述的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置的绝缘电阻自动测量方法500，从步骤501处开始，在步骤501，设置高压开关处于断开状态，利用直流高压发生器输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电。
在步骤502，设置高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态，利用高压电容进行RC放电。
在步骤503，当高压电容进行RC放电时，利用高压分压器进行分压，获取第二分压信号并输入至测控模块。
在步骤504，利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
优选地，其中所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
优选地，其中所述方法还包括：
利用电流互感器获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
优选地，其中所述利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
本发明的实施例的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量方法500与本发明的另一个实施例的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置，其特征在于，所述装置包括：测控模块和依次连接的直流高压发生器、高压电容、高压分压器、高压开关和被测高压绝缘子；其中，
所述直流高压发生器，与所述高压电容组成充电回路，用于输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；其中，此时所述高压开关处于断开状态；
所述高压电容，与所述高压分压器、电流互感器和被测高压绝缘子组成放电回路，用于在所述高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态时，进行RC放电；
所述高压分压器，与所述测控模块相连接，用于分别在充电和放电时进行分压，分别获取第一分压信号和第二分压信号，并将所述第一分压信号和第二分压信号分别输入至所述测控模块；
所述测控模块，用于基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：供电电源，分别与所述高压发生器和测控模块相连接，用于为装置供电。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压发生器能够产生60KV/125W的直流高压；所述高压电容的充电电压为60kV。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
电流互感器，分别与所述高压分压器、被测高压绝缘子和测控模块相连接，用于获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测控模块，基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
7.一种基于如权利要求1-6中任一项的高压绝缘子的绝缘电阻自动测量装置的绝缘电阻自动测量方法，其特征在于，所述方法包括：
设置高压开关处于断开状态，利用直流高压发生器输出直流高压至所述高压电容，以为所述高压电容充电；
当为所述高压电容充电时，利用利用高压分压器进行分压，获取第一分压信号并输入至测控模块；
设置高压发生器处于关闭状态，且高压开关处于闭合状态，利用高压电容进行RC放电；
当高压电容进行RC放电时，利用高压分压器进行分压，获取第二分压信号并输入至测控模块；
利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高压分压器具有两级分压结构，一级分压为1000MΩ阻容分压，分压比例为1000：1；二级分压采用10MΩ电阻分压，分压比例为15：1。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用电流互感器获取被测高压绝缘子所在回路中的电流信号，并输出至所述测控模，以使得所述测控模块基于所述电流信号判断是否存在短路。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用测控模块基于所述第一分压信号和第二分压信号确定所述被测高压绝缘子的绝缘电阻，包括：
从高压电容放电时开始计时，获取第二分压信号＝第一分压信号×0.37时的时刻t，并根据R＝t/C，计算绝缘电阻；其中，C为所述高压电容的电容。
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