一种数字多功能绝缘电阻测试仪的研究设计

陈才龙，张铁平，赵碧诚，罗泽文

(中国长江电力股份有限公司白鹤滩水力发电厂，四川 宁南 615400)

在电力行业中，数字式兆欧表主要用于测量发电机、变压器、互感器、电动机、电力电缆、避雷器等电气设备的绝缘电阻，绝缘电阻测试能灵敏地反应被试设备的绝缘情况，能有效地发现设备局部或整体受潮和脏污，以及绝缘受损和严重过热老化等缺陷[1-2]。

目前，在测量多芯电缆或母线等绝缘电阻时[3]，需要分别测量三相绝缘值(测试项目：A-BCE、B-ACE、C-ABE)，测试过程中，在每测试一相绝缘电阻结束后，需要将被测设备充分放电并倒换试验接线测量下一相绝缘电阻。此测试方法需要在操作中频繁对被试设备放电及倒换试验接线，效率低下又耗时。本文针对此问题，研究设计一种数字式多功能绝缘电阻测试仪，在常规数字式兆欧表基础上进行改进，即将被试设备三相端部通过试验线引至测试仪器本体，数字式多功能绝缘电阻测试仪通过切换开关进行内部接线的切换，即可实现安全、快速、不倒换外部试验接线测量被试设备三相绝缘电阻，以提高测试效率。

1 常规数字式兆欧表工作原理及测试方法

1.1 工作原理

常规数字式兆欧表其利用电子电路，采用DC/DC变换技术，产生直流高压电源，施加在被试设备上[4]，采用电流电压法测量原理，采集流经被试设备的电流并进行分析处理，再变换成相应的绝缘电阻值在显示屏上显示。数字式兆欧表的测量原理见图1所示。

图1中：Rx为等效被试设备的绝缘电阻；Ro为采样电阻；Rm为用作限流和滤波的附加电阻；两者组成采样电路；Es表示高压测试电源电势；Ri为其等效内阻。测试电源输出正端接E，负端接G，测量采样电阻串接于G、L之间，L端钮输出负高压，G的电位接近于负高压。

图1 常规数字式兆欧表原理图

数字式兆欧表的工作过程为：经按键操作，启动直流高压电源给被测试设备供电，通过电阻分压器取得电压取样信号，通过与被试设备串联的电流取样电阻得到电流信号，电流和电压信号经信号处理，通过A/D 转换装置送入微处理器进行数据处理，并将处理结果传送给显示屏显示，完成整个测量过程。测试原理如图2框图所示。

图2 数字式兆欧表测试原理框图

1.2 绝缘电阻测试方法

通过数字式兆欧表对三相电缆或母线的主绝缘进行绝缘电阻测试时[5]，应断开被试设备的电源，拆除或断开对外的一切连线，将被试设备充分放电，然后分别在每一相上进行测试，对一相进行试验或测量时，其它两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地，每测试完一相后，对被试设备放电，再依次重复上述过程完成测试。如图3所示，需测量三相电缆或母线A相绝缘时，接线端子“E”与被试设备B、C相同时接地，接线端子“L”接至被试设备A相，测试结束后对被试设备A相充分放电，然后倒换试验接线依次测量B、C相绝缘电阻值。

图3 常规数字式兆欧表测试回路示意图

2 数字式多功能绝缘电阻测试仪研究设计方案

2.1 设计方案

结合常规数字式兆欧表已有功能，设计方案如下：

将常规数字式兆欧表的“L”测试接线端分解为3个测试接线端“L1”、“L2”、“L3”，测试仪增加绝缘电阻测量切换开关。当需要测量多芯电缆或三相母线主绝缘电阻时，将测试仪“L1”、“L2”、“L3”测试接线端分别接至被试设备的A、B、C三相测试位置，测试仪“E”接线端接地，通过操作切换开关旋钮切至“L1”档位，测试仪内部通过继电器控制开关转换，此时“L1”端子为高压输出端，“L2”“L3”端子与“E”端子接通接至地端，即可测量A-BCE绝缘电阻，测试结束后仪器自动对被试设备A相充分放电。同理，通过操作切换开关即可测量B-ACE、C-ABE绝缘电阻。原理接线图如图4所示。

图4 数字式多功能绝缘电阻测试仪设计方案示意图

2.2 切换开关工作原理

如图5所示给出了切换开关回路工作原理，Z1、Z2、Z3均为交换型继电模块，K1、K2、K3、N分别为单刀多制切换开关：

图5 数字式多功能绝缘电阻测试仪切换回路图

1)当单刀多制开关处在N触点时，Z1、Z2、Z3均处于断电状态，此时继电模块Z1上的L1和E接通，继电模块Z2上的L2和E接通，继电模块Z3上的L3和E接通；

2)单刀多制开关处在K1触点时，继电模块Z1处于通电状态，继电模块Z1上的L1和E断开，继电模块Z1上的L1和L接通，此时继电模块Z2、Z3均处于断电状态，继电模块Z2上的L2和E接通，继电模块Z3上的L3和E接通；

3)单刀多制开关处在K2触点时，继电模块Z2处于通电状态，继电模块Z2上的L2和E断开，继电模块Z2上的L2和L接通，此时继电模块Z1、Z3均处于断电状态，继电模块Z1上的L1和E接通，继电模块Z3上的L3和E接通；

4)单刀多制开关处在K3触点时，继电模块Z3处于通电状态，继电模块Z3上的L3和E断开，继电模块Z3上的L3和L接通，此时Z1、Z2均处于断电状态，继电模块Z1上的L1和E接通，继电模块Z2上的L2和E接通。

3 数字式多功能绝缘电阻测试仪研制及测试情况

基于前期可行性分析研究的基础上，将该研究设计付诸于实际，根据功能逻辑及设计方案，对常规数字式兆欧表成品进行了改进，增加了内部切换装置，并完成装配和调试，研制出一种数字式多功能绝缘电阻测试仪。

与常规数字式兆欧表测试数据进行了对比，其试验数据如表1所示。

表1 试验数据对比表

通过对比试验数据发现，常规数字式兆欧表与数字式多功能绝缘电阻测试仪试验数据无明显差距，其测量功能及测量精度均能满足要求，满足《电力设备预防性试验规程》相关要求。

通过试验论证，数字式多功能绝缘电阻测试仪通过切换开关控制继电器进行内部接线的切换，即可实现安全高效、不倒换外部试验接线测量被试设备三相绝缘电阻，且测量值精度能满足要求，同时还保留了数字式绝缘电阻测试仪的常规测试功能，通用性高，易于推广。但存在一个问题需后续解决，即绝缘电阻测试仪内部接线切换装置承受高压的同时又需要接地，对测量精度的影响。

4 结 语

本文介绍了常规数字式兆欧表工作原理及测试方法，分析了实际工作过程中存在的问题，并根据问题导向，研究设计了一种数字式多功能绝缘电阻测试仪，通过增加内部切换开关回路，实现安全、快速、不倒换外部试验接线即可精确测量被试设备三相绝缘电阻，并保留了常规测试功能。其改进可使电力行业运维人员在进行电力设备相关绝缘电阻测量试验时简洁高效、安全可靠[6]，后续将针对遗留问题深入研究解决。该研究设计方案对推动数字式绝缘电阻测试仪功能升级换代具有一定意义。