高湿度下机车车辆绝缘性能测试方法研究

李康民，苏竹青，张明明

(国能铁路装备有限责任公司沧州机车车辆维修分公司,河北沧州,061113)

1 高湿度下机车车辆绝缘性能测试方法设计

1.2 选取机车车辆绝缘性能测试项目

在进行绝缘性能测试的开始，需要选取机车车辆的绝缘性能测试项目，必须要使用无损检测法进行检测，避免由于检测对机车造成的损害。首先需要进行绕组对地绝缘检测，需要根据机车电机的相应状态，选取需要检测的电机，假设电机在5种状态下的状态不同，此时分别检测五种状态下的电机稳定状态，拟定1为标准稳定状态，检测结果如下表1所示。

表1 电机稳定性状态

由表1可知，此时电机各个状态下多次检测的稳定性数值都高于1，证明电机处于稳定状态，测出此时电机的电阻值，将其与标准的电阻值进行对比，实现绕组检测，电阻值的计算公式如下（1）所示。

公式（1）中，V代表检测电压， 代表标准电阻值，RX代表检测电阻值，为了保证检测效果的准确性，需要预留一定的临界范围，在标准的绝缘测定中，检测到的数值必须比规定数值低一定的范围，如果检测到的数值与标准值过于接近，则证明此时的检测不合格。

在高湿度状态下，机车智能绝缘性能测试更倾向于环境因子的转换测试，因此需要测试机车电机的管理电路性能，电机管理电路内部的组成成分较复杂，包括单片机，储存器，芯片，湿温度测试装置等，其主要组成部分是ICL7660低压直流电源变换器，可实现电源的对称输出转换，因此在测试电机稳定状态后随即可开始检测供电干线的耐压性，判断此时的机车绝缘性能是否符合高湿度下的机车需求。

使用标准的绝缘电阻，与ICL7660低压直流电源进行连接，设计高压直流电源检测模块和充放电模块，经过电源变换后保证测试电压与标准电压呈一致性，使用电源变换器，不断变换机车电机内部的电源输出功率，使用PFM、PWM进行控制，在输出电流与输出电压达到检测标准时即可对低压直流电源变换器进行测试。在电源变换器内部添加MAX639引脚，在检测初期使用VOUT进行电压输出，使用振荡器稳定电源的输出端。接下来使用LBO安检测低电池电压，使用N沟道进行开路输出，接入吸收电流。经过LBI/GND/LX处理后，通过推动PMOS开关来驱动外部电源检测反馈点，进行耐压性检测后使用标准的耐压性数值与检测的耐压性数值进行对比，得到对比结果后再关闭电源控制端。

整个高压电源模块在绝缘性能测试中利用了DC-DC转换升压技术，能保证检测结果的准确定，避免其受到检测装置的影响出现检测误差，因此设计了检测装置的主要技术指标，检测装置的输入电压控制在10V～1000V范围内，且必须时刻可调，在检测过程中需要保证加测效率大于百分之七十，输出电压的调整率小于百分之0.1，整个输出负载率也有额定的标准。

在上述测试完成后还需要测试绝缘检测控制单片机的检测性能，将V5与单片机P3.4相连，输出的高电平使用三极管导通，在双掷继电器RELAY-DPDT启停后，检测接电器1连接2，4连接5，调节检测电阻的电阻值，保证adj与Vref之间的电阻调节性，根据继电器状态，使用输出装置调节电阻值，保证继电器状态，经过上述检测，若此时符合绝缘性能检测需求，即将其作为绝缘性能测试项目进行测试。

1.2 绘制绝缘极化曲线

在绕组检测后，需要进行极化检测，绘制相应的极化曲线，保证性能测试的准确性。在检测前，首先需要选取极化指数，极化指数往往根据检测机车的电极状态选取，必须选用与电机拟合度高的极化指数，避免产生检测误差，此时绘制的极化曲线如下图1所示。

图1 极化曲线

由图1可知，在一定的时间内，极化曲线会随着电压的时间变化而变化，L1代表标准的极化曲线，L2、L3代表加压后的极化变化曲线。在上述极化曲线的基础上进行加压检测，可以检测此时绝缘值差异对绝缘检测的影响，还需要排除外界干扰因素，避免由于干扰因素带来的检测异常。

极化曲线的实际变化幅度与绝缘性能检测中的极化指数密切相关，随着电压增加时间的提高，极化曲线的曲率也在逐渐转化，证明电压的改变与实际极化电流的变化有关，常规状态下，随着时间的增加电流呈下降的趋势，极化曲线的极化数值也在逐渐改变后慢慢变稳定，最后的极化数值相差较小。

在极化曲线绘制后，为了验证各个阶段极化曲线的极化效果需要选取LA、LB、LC、LD、LE几条曲线，检测不同曲线的极化效果，极化效果满分数值为10，利用公式（2）可以计算几条曲线的极化效果数值，数值越高证明极化效果越好。

公式（2）中，U代表电机稳定性数值，G代表极化系数，此时带入上表1的电机稳定性数据，计算的极化数值如下表2所示。

表2 极化数值

由表2可知，LA的极化数值较高，证明应用LA绘制的极化曲线的极化效果最佳。机车的极化曲线往往对机车的绝缘检测结果有重要影响，因此在进行绝缘性能测试时务必要根据极化数值，判断此时机车的情况。

机车在高湿度下可能存在绝缘性能测试基础差，由于机车的储存电路有限，数据采集精度也无法得到保证，因此在机车绝缘性能测试的过程中外界高湿度的恶劣环境导致数据采集效果差，采集到的数据无法反应此时机车的绝缘性能，因此可以设置单片机储存器，在未处于高湿度环境下时采集外界环境与实际绝缘性能测试之间的测试误差，其次在采集高湿度环境下机车车辆的绝缘性能数据，将两者进行处理，划分高湿度环境下与常规环境下的绝缘性能测试数据差异，计算出两种状态下测试的差异系数，根据该差异系数，可以计算高湿度环境对机车车辆绝缘性能测试的初步影响，判断测试举出差值，在实际高湿度机车车辆绝缘性能测试时，剔除环境误差，保证测定的性能检测指标始终具有准确性，可以进行后续的车辆绝缘性能测试。

1.3 实现机车车辆绝缘性能测试

实现机车车辆绝缘性能测试还需要排除其他因素对绝缘性能产生的影响，为了进行绝缘性能的对比，绘制了标准的PI值推荐表，如下表3所示。

表3 PI值推荐表

由表3可知，此时经过Class A、Class B、Class F、Class H检测的各项PI值均符合国际检测标准，可以根据该PI值推荐表规划检测过程中需要对比的各项指标，实现准确的绝缘性能检测。

在机车绝缘性能测试的过程中，还需要避免牵引电机的制约因素，经过研究发现牵引电机的主要影响因素为轴承和定子绝缘性能问题，因此在性能测试时需要判定电极返修时是否存在直流电机牵引问题，需要使用定子绝缘VPI测试后进行判断，首先对机车车辆的电动机绕组进行初步处理，增加绕组的绝缘特性，提高绕组的化学稳定性，其次需要进行真空浸漆处理，消除电机性能影响。

在测试实现阶段，可以使用电缆绝缘诊断技术对机车的电阻、电流、介质等进行检测，首先需要根据电气性能参数计算绝缘介质的绝缘能力，其次测量绝缘电阻数值，从而得到车辆绝缘性能测试的结果，绝缘电阻数值对绝缘检测结果起直接作用，因此进行绝缘性能测试的核心就是检测机车的绝缘电阻数值，本文设计的方法使用的测量原理如下：

第一是电流测量原理，保证测试电源与样品在恒定电压的条件下组成回路，从而得到检测样品的绝缘电阻数值，第二是电流电压原理，可以测试上述组成的闭合回路中的泄露电流数值，从而换算成样品的电压，第三是直接使用阻抗法检测样品的绝缘电阻值，最后一种是将样品与标准电容器串联，组成闭合回路后检测样品在电容器中积聚的电荷，换算成电阻值，在检测过程中一定要保证样品处于有电的状态，能进行自然放电，设置放电常数，从而实现绝缘电阻的测量。

根据上述的测量原理进行测量时发现，有很多外界因素会影响绝缘电阻的测试数值，在温度升高过程中，绝缘电阻的数值往往会呈下降状态，因此在高湿度下对机车进行绝缘检测时一定要进行温度修正，避免由于温度不同产生的绝缘电阻误差，其次湿度也对绝缘电阻的检测数值有一定的影响，随着湿度的增加，绝缘电阻的数值逐渐降低，因此在高湿度下进行绝缘性能测试时需要格外注意湿度对绝缘性能检测结果带来的影响，排除湿度干扰，保证绝缘性能测试的准确性。

在高湿度下，电气设备的表面很容易受潮，一旦出现了受潮反应，会大大降低电气设备的表面电阻率，对绝缘电阻数值检测也带来很大的影响，最后试验电压的大小和剩余电荷的大小也对绝缘电阻的检测数值有很大的影响，试验电压越高，绝缘电阻的数值越小。剩余电荷如果存在测试结果也会存在虚假现象，因此测试绝缘电阻数值之前需要对电气设备进行放电处理。

根据绝缘电阻的检测数值以及上述绘制的极化曲线，可以得出高湿度下机车车辆绝缘性能测试的最佳结果，实现准确的机车车辆绝缘性能测试，但在测试中仍然需要注意外界环境的变化问题，在高湿度状态下，机车车辆的绝缘性能测试过程中由于外界环境较恶劣，可能会存在安全隐患问题，因此务必保证测试安全再进行绝缘性能测试。

2 实验

2.1 实验准备

为了保证绝缘性能测试的准确性，需要确定检测过程中的压力变化在标准的范围内，因此需要记录不同情况下的漏电流比重，确定高湿度对机车车辆电极的影响因素，此时需要设定绝缘测试的电压，如下表4所示。

表4 绝缘测试电压

由表4可知，此时的绝缘测试电压变化较规律，符合后续的测试需求，两种电压的变化范围较接近，因此可以进行后续的绝缘性能测试。

2.2 实验结果与讨论

分别使用本文设计的绝缘性能测试方法和传统的绝缘性能测试方法测试在高湿度下不同标准的测试指标差异，测试结果如下表5所示。

表5 测试结果

由表5可知，在不同标准下进行测试，设计的绝缘性能测试方法测试的指标与标准的指标数值最接近，证明设计的绝缘性能测试方法的测试效果好，有一定的应用价值。

3 结束语

及时对机车车辆的绝缘性能进行检测，不仅能够保证机车车辆具有良好的的维修状态，还能够保证机车正常的运行安全，避免出现安全事故有重要作用，尤其是在外界恶劣的环境下，高湿度很容易造成车辆绝缘性能失常，因此本文设计了新的车辆绝缘性能测试方法，并通过实验证明设计的绝缘性能测试方法的测试效果好，有一定的应用价值，可以作为后续车辆绝缘检测的参考。