绝缘油耐压测试仪校准技术研究

徐彩军

摘 要：绝缘油耐压测试仪是对绝缘油的介电强度进行检测的专用仪器，其测试结果的准确与否对电力设备安全运行至关重要。为确保绝缘油耐压测试仪检测结果的可靠性，人们需要定期对其进行校准。本文在介绍绝缘油耐压测试仪基本原理的基础上，构建了绝缘油耐压测试仪校准装置，并给出了校准结果的不确定度。不确定度评定结果表明，所构建的绝缘油耐压测试仪校准装置可满足相关规程中规定的1级或以下等级绝缘油耐压测试仪的校准要求。

关键词：绝缘油耐压测试仪;电压示值误差;校准装置;不确定度

中图分类号：TM855文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）17-0067-03

Research on Calibration Technology of Insulation Oil Withstand

Voltage Tester

XU Caijun

（Fujian Institute of Metrology，Fuzhou Fujian 350003）

Abstract： The insulating oil withstand voltage tester is a special instrument for detecting the dielectric strength of insulating oil， whose accuracy of the test results is crucial to the safe operation of electric equipment. In order to ensure the reliability of the test results of the insulating oil withstand voltage tester， people need to calibrate it regularly. Based on the introduction of the basic principles of the insulating oil withstand voltage tester， this paper built a calibration device for the insulating oil withstand voltage tester， and gave the uncertainty of the calibration results. Uncertainty evaluation results show that the constructed insulating oil withstand voltage tester calibration device can meet the calibration requirements of insulating oil withstand voltage tester of level 1 or below specified in the relevant regulations.

Keywords： insulating oil withstand voltage tester;voltage indication error;calibration device;uncertainty

绝缘油是电力系统中最常见的绝缘材料之一。在电力系统中，绝缘油在充油电气设备运行中容易受到氧气、温度、阳光以及其他杂物的影响，因此有必要对其绝缘性能进行检测。绝缘油耐压测试仪是对绝缘油的介电强度进行检测的专用仪器，其测试结果的准确与否对电力设备安全运行至关重要。为确保绝缘油耐压测试仪检测结果的可靠性，人们需要定期对其进行校准。本文在介绍绝缘油耐压测试仪基本原理的基础上，构建了绝缘油耐压测试仪校准装置，并给出了校准结果的不确定度。

1 绝缘油耐压测试仪的基本原理

绝缘油耐压测试仪是对绝缘油的介电强度特性进行检测的专用仪器，其工作原理通常是按絕缘油介电强度试验要求设定试验电压值，对放在试样杯里的绝缘油施加一个设定速率连续上升的试验电压，直至到达设定值。此时，电极两端会发生放电现象，主机会显示绝缘油样品的击穿电压。绝缘油耐压测试仪的主要功能就是检测该击穿电压值。绝缘油耐压测试仪通常由升压模块、测量模块以及配套设备组成。绝缘油耐压测试仪的输出电压一般不低于60 kV，升压速度一般为2 kV/s或者3 kV/s。绝缘油耐压测试仪内部的基本原理框图如图1所示。图中，高压变压器的输出电压可达60 kV，为了避免击穿放电瞬间产生大电流，图1在两个高压变压器的一次侧分别串联一个大电阻，起到限流和降低放电强度的作用[1-4]。

2 绝缘油耐压测试仪校准装置

为确保绝缘油耐压测试仪检测结果的可靠性，人们需要采用有效的校准装置定期对其进行校准。绝缘油耐压测试仪误差校准原理框图如图2所示。图中，校准装置由仪器主机、高压分压器（2个）、高压分合模块、隔离模块、高压引线等组成。由绝缘油耐压测试仪的工作原理可知，其内部是由两台高压变压器构成的高压系统，所以，在对其校准装置进行设计时，一要考虑两台高压变压器的带载能力，二要考虑两台变压器相位差引入的误差。校准装置各组成部分介绍如下。

2.1 主机

主机用于对校准过程进行控制并显示校准结果。被校绝缘油耐压仪的高压输出接入校准装置高压分压器的输入端，经电容分压后送入主机中的A/D转换器，并通过CPU完成数字滤波等数字信号的处理，最终由主机显示器进行显示[5]。

2.2 高压分压器

高压分压器的选择对整个装置准确度的控制至关重要。由绝缘油耐压测试仪的工作原理可知，其内部是由两台高压变压器构成的高压系统，所以，在高压分压器的选择时，一要考虑两台高压变压器的带载能力，二要考虑两台变压器相位差引入的误差。本课题采用的是双高压电容分压器。在高压电容分压器设计时，应按照国际标准要求，预先对分压器进行分压比、线性度、温度效应、短期稳定等试验[6]，并将两个高压电容分压器的介质损耗值控制在10-5以内，相位差控制在5×10-4rad以内，额定工作频率在50 Hz和60 Hz下分压比差别小于0.1%，从而把整个装置的误差控制在±0.2%以内。

2.3 高压分合模块

高压分合模块的作用是对输入的高压信号进行瞬时短接，从而模拟绝缘油耐压测试的实际工作状态。高压分合模块的原理如图3所示。图中，左起第一对电极为测量电极，校准时，被校绝缘油耐压测试仪的高压端从该对电极引入;第二对电极为模拟负荷，校准时，这对电极可使被校绝缘油耐压测试仪处于模拟带载状态;第三对电极为控制电极，校准时，这对电极用于对击穿放电状况进行控制。

2.4 隔离模块

由绝缘油耐压仪的工作原理可知，校准时分合终端会发生击穿放电并对主机产生影响。为了减小干扰信号对主机的冲击，此时需要采用隔离模块对信号进行电气隔离。隔离模块应放置高压分压器与主机之间并使二者保持一定的安全距离，一般应在2 m以上。

3 绝缘油耐压测试仪校准结果的不确定度分析

由绝缘油耐压测试仪的基本原理可知，绝缘油耐压测试仪的校准项目主要有电压示值误差、时间测量误差、升压速度误差、谐波总含量等。限于篇幅，本文仅给出电压示值误差的不确定度。电压示值误差的数学模型为：

式中，[ΔU]为电压示值误差;[Ux]为被校绝缘油耐压测试仪的显示值;[UN]为绝缘耐压测试仪校准装置的显示值。

3.1 标准不确定度分量的评定

3.1.1 输入量[Ux]的标准不确定度[u（Ux）]的评定。输入量[Ux]的标准不确定度[u（Ux）]主要是由绝缘油耐压测试仪测量结果的不重复引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。

选择60 kV电压值，对一台绝缘油耐压测试仪分别进行10次连续测量，得到测量列，如表1所示。

对于单次测量试验标准差，利用贝塞尔公式进行计算。

绝缘油耐压测试仪测量结果的不重复引入的不确定度为：

3.1.2 標准不确定度[u（UN）]的评定。输入量[UN]的不确定度主要由标准器的准确度引入，按均匀分布考虑，包含因子[k=3]，则由标准器引入的不确定度分量为：

3.2 合成标准不确定度的评定

灵敏系数为：

合成标准不确定度估算为：

计算可得，[ucrel]=0.13%。

3.3 测量不确定度的报告与表示

取包含因子[k]=2，则60 kV测量点的相对扩展不确定度可表示为：[Urel]=0.3%。

4 结语

绝缘油耐压测试仪是对绝缘油的介电强度进行检测的专用仪器，其测试结果的准确与否对电力设备安全运行至关重要。为确保绝缘油耐压测试仪检测结果的可靠性，人们需要定期对其进行校准。本文在介绍绝缘油耐压测试仪基本原理的基础上，构建了绝缘油耐压测试仪校准装置，并给出了校准结果的不确定度。不确定度评定结果表明，所构建的绝缘油耐压测试仪校准装置可满足相关规程中规定的1级或以下等级绝缘油耐压测试仪的校准要求。

参考文献：

[1]吕英杰，杨雷，郏东耀.绝缘油耐压测试仪的设计及抗干扰措施[J].仪表技术与传感器，2002（1）：18-20.

[2]唐耀庚.采用单片机的变压器绝缘油击穿电压测试仪[J].电测与仪表，2001（421）：23-25.

[3]崔雪英，贡照天.绝缘油耐压测试仪的设计[J].工业仪表与自动化装置，2007（3）：64-67

[4]国家能源局.高压测试仪器及设备校准规范 第4部分：绝缘油耐压测试仪：DL/T 1694.4—2017[S].北京：中国电力出版社，2017.

[5]国家标准化管理委员会.绝缘油击穿电压测定法：GB/T507-2002[S].北京：中国标准出版社，2017.

[6]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.高电压试验技术 第1部分：一般定义及试验要求：GB/T 16927.1—2011[S].北京：中国标准出版社，2012.