变压器绝缘电阻的微机化测量方法

葛丛梅¹　王远荣²
1.哈尔滨理工大学　哈尔滨理工大学　150040　2.辽宁省开原市中医院

0　引　言

　　绝缘电阻的测量，实际上是绝缘泄漏电流的测量。对于中小型变压器来说，加压一分钟后，泄漏电流基本达到稳定状态；对于大型变压器来说，则需要更长的时间才能稳定。目前，绝缘电阻的测量主要采用数字式兆欧表。变压器绝缘电阻的传统试验方法中，通常采取加压一分钟后读取绝缘电阻或泄漏电流。因此常用R₆₀和I₆₀来发现绝缘中部分或整体受潮、表面脏污和表面留有放电或击穿痕迹的贯通性缺陷。绝缘电阻和泄漏电流与温度有关，温度愈高，绝缘电阻愈小，泄漏电流愈大。
　　传统试验方法中R₆₀的主要测量误差有：(a)仪表误差；(b)试验接线不统一造成的误差；(c)温度误差；(d)时间误差。
　　本文提出的微机化测量方法，可实现加压后绝缘电阻变化过程的动态记录，可避免R₆₀的时间误差；通过实时测量变压器油顶层温度，绝缘电阻测量的温度修正在微机内自动完成，可有效地减少温度误差；由软件设定好测量部位的测试顺序，可以避免人工接线不统一造成的误差。因此减少了手工测试工作量，实现绝缘电阻的自动化测量，而且还可以消除传统试验方法的一些误差，提高测量精度。

1　绝缘电阻的测量原理

　　采用电桥调零法测量外加电压为u时的绝缘电阻，原理电路如图1所示。由图1可以得出待测的绝缘电阻R_X为

　　当R_X=0时，若使式(1)中，则要R₁、R₂、R₃和R₄组成的电桥平衡，因此

　　(2)

　　由式(2)可知，当R_X很大时，U_X很小，为保证测量精度需对U_X信号进行放大。设放大器输出为UXK，放大倍数为K，则式(2)可以写成

　　(3)

　　可见，R_X的测量值与外加电压u无关。当给定K、R₃和R₄，并使R_X=0时电桥平衡，接入R_X后只要测得U_REF和U_XK，则可由式(3)求得绝缘电阻R_X。当然u及R₁～R₄的数值大小影响U_REF和U_XK的大小。

2　测量系统框图

　微型机可以采用IBM-PC80X86计算机，通过扩展A/D卡、I/O卡及网卡实现信号采集、控制输出及与变压器试验综合管理计算机的网络通讯。测量信号有检测电桥的输出电压UREF和UXK，以及变压器油顶层温度。继电器阵列用以实现检测点的切换及检测电桥量程的变换。其控制由I/O经功率放大驱动继电器承担。

2.1　A/D卡
　　根据测量要求，可选择AT总线或PCI总线(取决于计算机的总线方式)，带有程控放大(1～256倍)的8通道A/D卡。对A/D转换器的速度要求不高，为保证测量精度可选择12位或8位的A/D转换器。
2.2　I/O卡
　　可选择光电隔离带有16通道(8bit×2)DO的I/O即可。
2.3　检测电桥
　　电路分高低两档实现10～100000MΩ绝缘电阻的测量。低档测量范围为10～1000MΩ；高档测量范围为1000～100000MΩ。量袒坏低ü刂萍痰缙鞔サ鉐₇₁、J₇₂、J₈₁和J₈₂完成，其控制电路参见图4。图3中W₁和W₂分别为低档和高档测量电桥平衡调整电位器。电桥平衡调节方法：短接R_X，分别接通低档测量电路和高档测量电路，调节W₁和W₂，使U_X和U_REF两输出端电压差不大于0.5mV。为保证测量精度，要求组成桥臂的各电阻和电位器采用精密电阻。

2.4　继电器阵列
　　继电器阵列的主要功能为控制测量电桥量程切换和检测点切换。继电器选用价格便宜、安装使用方便的固态继电器。变压器绝缘电阻检测点及编号如附表所示。表中HV、MV和LV分别代表变压器的高压绕组、中压绕组和低压绕组。

　　继电器阵列如图4所示。J₁～J₈均为双触点继电器，其中J₇和J₈各触点用于测量电桥的量程切换。功率放大采用7406。

附表　变压器绝缘电阻检测点及编号

序号检测部位编号继电器触点编号 1 HV
MV+LV及接地部件 (1)
(2) J₁₁
J₁₂ 2 MV
HV+LV及接地部件 (3)
(4) J₂₁
J₂₂ 3 LV
HV+MV及接地部件 (5)
(6) J₃₁
J₃₂ 4 HV+LV
MV及接地部件 (7)
(8) J₄₁
J₄₂ 5 HV+MV+LV
接地部件 (9)
(10) J₅₁
J₅₂ 6 铁心
地 (11)
(12) J₆₁
J₆₂
2.5　温度检测电路
　　通过实测的变压器油顶层温度，对测量的绝缘电阻折算到标准温度，通常用下列表达式，

R_{t_s}=R_t^.10^α(t-t_s)　　(4)

式中　R_t——温度t时的测量电阻；
　　　R_{t_s}——标准温度t_s时的绝缘电阻；
　　　α——绝缘的温度系数，油浸变压器α为1/58。
　　为了测量R_t对应的变压器油顶层油温t，采用图5所示的温度检测电路。温度传感器采用AD590，其测量范围为-55～+150℃，工作电压为+4～+30V，它是一种恒流源式的温度传感器，其零电流输出对应绝对零度。当温度变化1℃时，输出电流变化1μΑ，如果采样电阻选1kΩ，则测量电压变化1mV，因此0℃时，测量电压为273mV。为使0℃时，A/D转换输出值为0，需采用图中放大器CF741所组成的补偿电路，其输出通过调节W₂,使0℃时为-273mV,此时测量信号经CF102组成跟随器，输出为273mV，二者之和为0mV，与0℃相对应，达到补偿的目的。TL084用作比例放大器，放大倍数根据测量温度量程上限来确定。如温度上限为100℃，放大倍数选择50倍，即温度为100℃时，放大器输出电压为5V。

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图5　温度检测电路

3　软件框图

　　程序采用C⁺⁺语言编写。为了避免传统试验方法中试验接线不统一造成的误差，这里按照标准规定的检测顺序，分别接入不同的检测点进行测量，每个检测点采样10点，进行数字滤波处理。测量结果经温度折算后，自动形成试验报告。以变压器铭牌数据作关联，经网络通讯接口，将数据传给试验管理计算机。软件框图如图6所示。