大容量抗感应电压输电线路绝缘电阻测量装置设计与开发

何良兴++于校彬++文庄顺

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.051

摘 要：该文针对高感应电压以及山区大雾或覆冰等恶劣条件，常规绝缘电阻测试仪无法对线路绝缘准确测量的不利情况，设计了一款大容量抗感应电压输电线路绝缘电阻测量装置，通过实验电路设计原理分析以及数学理论计算，该装置通过滤波、反馈、控制单元、逆变等模块的设计达到高感应电压或大泄漏电流状态下输电线路的绝缘电阻测量。通过实验测试表明，该文所开发的装置测量电阻的精度保证在2级，满足输电线路绝缘阻抗的测量精度要求，可应用于实际线路的绝缘阻抗测量并带来可观的社会经济效益和直接经济效益。

关键词：高感应电压 绝缘电阻 绝缘测量 大容量抗感应电压

中图分类号：TM85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0051-04

Design of Insulation Resistance Measuring Device for High Capacity Anti-induced Voltage Electric Transmission Line

He Liangxing Yu Xiaobin Wen Zhuangshun

（Guilin Power Supply Bureau，Guangxi Power Grid Co.，Ltd.， Guilin Guangxi， 541002， China）

Abstract：In view of the adverse condition of the high induction voltage and severe weather such as dense fog and ice coating in mountain areas， which make the conventional insulation resistance tester can not accurately measure the line insulation，this paper introduces insulation resistance measurement device for high capacity anti-induced voltage electric transmission line.With the analysis of the experimental circuit design principle ，the calculation of the mathematical theory and the design of filter， feedback， control unit， inverter and other modules，insulation resistance measurement of transmission line under high induced voltage or large leakage current can be realized.Through experimental tests，it shows that the precision of the measuring resistance of the device is guaranteed at the level of 2，which meet the measurement accuracy of insulation impedance of transmission line.It means that this device can be used to measure insulation impedance of actual line and can bring considerable social and direct economic benefits.

Key Words：High induction voltage； Insulation resistance； Insulation measurement； High capacity anti-induced voltage

随着电网系统快速发展，输电线路电压等级越来越高，输电距离越来越远，线路同杆平行架设、交叉跨越情况越来越多，线路间相的感应电压会越来越高[1]。其中，因受其他运行线路的影响，在处于冷备用状态的线路上会产生感应电压，其值与线路电压等级、长度以及其他线路的相互架设结构有关，影响严重者可达数十千伏。在过高的感应电压下，无法对线路绝缘电阻进行准确测量，此外，在多雾或覆冰环境条件下，线路直流泄漏电流极大，绝缘电阻明显降低。在此条件下，额定短路电流仅为5 mA的常规绝缘电阻测试仪无法对线路绝缘准确测量。国内外对高感应电压线路测量绝缘电阻的考虑是限制感应电压大小，目前已研制出用于降低线路感应电压的电容装置，可将感应电压限制在较低的范围内[2]。而从绝缘测试装置本身进行技术研发来抵抗感应电压的影响未见相关报道，同时，适应线路覆冰条件或大雾条件下的绝缘测量装置也未见有报道。

综上所述，感应电压高、山区大雾或线路覆冰条件下无法对输电线路的绝缘电阻进行准确测量。对于感应电压高或覆冰的线路，通常是直接试送电或改期，遇大雾天气时，基本是待天气好转后再进行测量，绝缘正常后送电，线路不经绝缘测量试送电，给电网安全带来一定的风险，延期或等待天气转好将延迟线路的送电时间。针对当前实际情况，计划研制一套大容量抗感应电压输电线路绝缘测量装置，满足高感应电压或大泄漏电流状态下输电线路的绝缘电阻测量。

1 绝缘测量装置设计方法

绝缘测量装置由滤波、反馈、控制单元、逆变等模块组成，其额定输出电压为直流0～20 kV的连续可调电压，额定电流为500 mA。装置的工作电源使用三相四线AC380V±10%，频率设为50 Hz。原理图如图1所示，输电线输入直流的低压整流，然后经过逆变单元转为高频连续可调的交流信号，再经过倍压整流单元后转变为直流信号。通过高压电压测量、信号滤波和反馈调节单元可控制输出电压的稳定度（电压稳定度为随机波动的，电源电压变化±10%时波动范围小于2%）。电压测量信号和电流测量信号经过信号低通滤波器后，可滤除杂波和交流等信号成分，得到有效的直流部分，得出的有用部分再經过A/D转换器送至装置内部的单片机做处理，能算出对应的阻抗，最后在装置液晶显示屏上显示出来（液晶显示的误差为±1%）。这里，单片机还可以实现高压通、升压、降压、高压断以及数据处理等诸多功能。

实验原理电路如图2所示，在进行现场试验前需要将刀闸K接地，以使被试品RL（即架空线）接地放电，试验仪器线路都连接好后，先断开刀闸K，使用绝缘杆拉开，最后把被试品的接地线断开。电压表显示升到目标电压后提取有效的直流电压U和直流电流I，由公式R=U/I得出电阻值，并由此算出阻抗Z，最终以报告形式保存测量结果[3]。

高感应电压下，测量装置以及测试人员的安全存在相应的隐患，所以为了减少威胁，在过压过流保护方面，绝缘测量装置内部设有高、低压过压过流装置，此外，在软件设计方面还有软件过流保护以及软件过压保护，零位保护及放电保护并配有特制的限流电阻，能最大限度满足人员和装置的保障需求。

2 绝缘测量装置相关参数计算

大容量抗感应电压输电线路绝缘测量装置采用被测线路和滤波电容器两支路电流同时取样，主要由被测线路电流计算绝缘电阻[4]。

线路正序电容以及零序电容的值如表1所示。

一般情况下被测线路最高感应电压为25 kV，最低绝缘电阻为0.3 MΩ，最高绝缘电阻为10 000 MΩ.测量绝缘电阻时，假设依次测量三相线路中的一相，则其余二相需短路接地[5]。输电线路对地电容按长150 km的500 kV线路4*LGJ-630分裂导线计算，每公里数电容量取0.0146。

考虑正常换位情况，则被测线路总电容为CL=2C1+ C0=5.55μF，首端线路CVT对地电容量为0.005 μF，线路感应电压按20 kV计算，若其降至2.5 kV，则需并联电容为12.15 μF，总负载电容为C=5.55+0.05+12.15=17.75 μF，此即为被测线路最大电容量。测量装置的输出电压为15 kV，输出电流为500 mA，对应的绝缘电阻为30 kΩ，已足够低。

测量装置内部采用单相全波整流，为了减小纹波，采用变频调压，全压充电的方式进行测量。整流变压器输入电压为400 V，则输出电压为12 000 V，因变压器一般需预留容量，故设计为15 kVA，整个装置的输出容量为10 kW。整流硅堆反峰电压为50 kV，电流是1A。充电电阻为15/1=15 kΩ，充电回路时间常数τ1=15×103×12.15×10-6=0.182 5 s，被测线路时间常数τ2取1 s，则串联电阻为180 kΩ。

3 绝缘测量装置设计与开发

实验装置实物图如图3、图4所示。绝缘电阻测量装置在升压操作上设有手动和自动两种模式。在手动模式下工作人员可根据试验需求手动调节调压旋钮使试验电压达到所要的目标；自动模式下可根据升压的需求调节设置旋钮设置目标电压和耐压时间，高压通灯开始变亮后装置即开始自动升压，当电压升到设置的目标后装置自动进入倒计时，时间结束装置则开始自动降压，电压回零后显示出试验结果。

仪器装置在使用时需注意间断使用，满负载情况下一次连续工作的时间不得超过10 min，以使读数具有重复性和可比性，这样就可以保证测量出的绝缘电阻值的基本稳定[6]。此外，还需注意的是，环境温度对绝缘电阻的影响很大，温度一旦升高，绝缘电导将会增大从而使绝缘电阻值降低，所以测量时必须对温度进行修正，要求测量环境温度保持在-10 ℃～40 ℃之间。除温度之外，空气湿度对绝缘电阻的测量也有一定影响，空气的相对湿度增大，绝缘物容易受潮，进而使绝缘电阻降低，影响测量值得精确度，所以，要求在25 ℃无凝露的情况下相对湿度不得大于85%[7]。当然，在测量绝缘电阻时还不能忽略残余电荷因素、吸收比和极化指数的测量[8]。

4 絕缘测量装置测试及应用

现采用电阻值来模拟线路的绝缘阻抗以验证该装置的测量精度，试验数据如表2所示。

通过上述模拟测量可知，在试验电压20 kV和10 kV两种条件下，绝缘电阻的测量值和电阻真值的测量误差最小为0.37%，最大不超过1.49%，故该装置测量电阻的精度保证在2级，满足输电线路绝缘阻抗的测量精度要求，可应用于实际线路的绝缘阻抗测量。

5 结语

该文开发了一款能够在高感应电压或大泄露电流状态下工作的大容量抗感应电压输电线路绝缘测量装置，改变了以往降低线路感应电压测量的方法。绝缘测量装置取样过程采用被测线路和滤波电容器两支路电流同时取样，主要由被测线路电流计算绝缘电阻，其内部采用单相全波整流电路，变频调压，全压充电，减小了纹波。通过试验表明该装置测量电阻的精度保证在2级，可应用于实际线路的绝缘阻抗测量并带来可观的社会经济效益和直接经济效益。

此外，装置在实际使用中如何最大程度避免周围设备的干扰，恶劣天气的安全措施等，由人工半自动测量转向智能全自动测量阶段，这些方面还有待于进一步研究。

参考文献

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[3] 周辉.谈电线电缆绝缘电阻的测试[J].中国计量，2003（6）：

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[4] 刘佳，李玮.电线电缆绝缘电阻检测及需要注意的问题[J].化工管理，2016（2）：107.

[5] 朱雷鹤，刘江明.浅析高感应电压输电线路的定相及绝缘测试[J].浙江电力，2012（4）：60-64.

[6] 袁洪军，王洪庆.如何准确测量电线电缆的绝缘阻值[J].煤矿安全，2006（7）：49-51.

[7] 申为民，王付生.绝缘电阻的测量及影响因素分析[J].农村电工，2006（5）：22.

[8] 王水成.测量电器设备绝缘电阻的误区[J].电气安全，2008，27（24）：34-36.