劉 罡，劉 暢，李風(fēng)澤，姜春陽

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

0 引言

絕緣介電強(qiáng)度試驗是確認(rèn)電氣設(shè)備絕緣可靠性的重要試驗，分為耐壓試驗和擊穿電壓試驗。絕緣靴（手套）耐壓測試屬于耐壓試驗范疇，需要試驗系統(tǒng)在高壓測試條件下，對高壓泄漏電流進(jìn)行精確檢測和過流脫扣控制。傳統(tǒng)絕緣靴（手套）耐壓試驗系統(tǒng)存在功能簡單，高壓泄漏電流測試?yán)щy等問題［1］。

針對上述問題，設(shè)計一種基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的耐壓試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PLC 平臺系統(tǒng)的高性能、接線簡單、編程簡單、組態(tài)設(shè)計易于更改、抗干擾能力強(qiáng)、具備自診斷功能等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行耐壓試驗系統(tǒng)設(shè)計，獲得完善可靠與功能可擴(kuò)展的控制、采集、保護(hù)和分析于一體的新系統(tǒng)。

1 試驗系統(tǒng)組成

試驗系統(tǒng)如圖1 所示，由控制臺、調(diào)壓器、高壓試驗變壓器、無線電動球隙、分壓器等組成。試驗系統(tǒng)的主回路為接觸式調(diào)壓器、試驗變壓器和保護(hù)裝置，控制線路為繼電器、接觸器和驅(qū)動電機(jī)組成的繼電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)操作順序和升降壓速度變化、升降壓過程控制等智能控制的程序化功能，對PLC 的功能需求為：開關(guān)量邏輯控制、步進(jìn)電機(jī)控制、電壓電流變送器信號采集、HMI 組態(tài)屏設(shè)計、升壓及耐壓過程控制、定時計數(shù)處理、無線微安表組網(wǎng)通信等［2］。

2 控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)

耐壓試驗系統(tǒng)的核心處理單元為PLC 控制系統(tǒng)，其硬件總體架構(gòu)如圖2 所示?？删幊炭刂破鳛榭刂葡到y(tǒng)的核心部件；數(shù)字輸入接口DI 主要用來接收來自零位形成開關(guān)、滿位形成開關(guān)、門聯(lián)鎖開關(guān)的數(shù)字檢測輸入信號；模擬輸入接口AI 用來接收外界溫度模擬信號以及經(jīng)信號處理器轉(zhuǎn)換的電壓、電流模擬信號；數(shù)字輸出接口DO 主要功能為對指示器、驅(qū)動器、執(zhí)行器發(fā)出數(shù)字信號完成對調(diào)壓異步電機(jī)的控制；串行通信接口RS485 可實(shí)現(xiàn)與組態(tài)屏通信；備用串行通信接口RS232 可完成擴(kuò)展客戶端通信。

圖1 耐壓試驗系統(tǒng)組成

圖2 控制系統(tǒng)總體硬件架構(gòu)

3 人機(jī)交互界面設(shè)計

人機(jī)交互界面為耐壓測試系統(tǒng)輸出單元，為滿足觸屏操作功能，選用TK6070i 型觸摸組態(tài)屏，其技術(shù)參數(shù)如表1 所示。通過觸摸組態(tài)屏，將系統(tǒng)所需要控制內(nèi)容，編寫為相應(yīng)程序，并在觸摸組態(tài)屏顯示［3］。人機(jī)交互界面不僅大大提高了操作的方便性，還顯著提高了PLC 的工作效率。

4 試驗軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件功能包括工作方式設(shè)定、動作順序控制、耐壓時間設(shè)定、調(diào)壓器位置檢測與報警、試驗電路過電流保護(hù)等。利用組態(tài)屏制作界面，配合PLC 硬件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操控和監(jiān)視試驗過程的功能。系統(tǒng)軟件采用EasyBuilder8000 V4.66 進(jìn)行組態(tài)界面開發(fā)，界面設(shè)計效果如圖3 所示。由圖3 可知試驗軟件界面可分為窗口頁眉標(biāo)題、低壓測量參數(shù)、工作燈指示、高壓測量參數(shù)顯示、參數(shù)設(shè)置顯示、工作信息提示和觸控操作區(qū)7 部分［4］。

表1 觸摸組態(tài)屏規(guī)格指標(biāo)

圖3 試驗軟件界面設(shè)計

5 試驗驗證

為驗證試驗系統(tǒng)總體性能，選取絕緣靴和絕緣手套2 種不同試驗品分別進(jìn)行試驗。

5.1 絕緣靴驗證試驗

絕緣靴試驗選用鋼珠為導(dǎo)電介質(zhì)，將鋼珠倒入絕緣靴內(nèi)同時與高壓試驗變壓器高端相連。絕緣靴放置試驗平臺地電極上同時與高壓試驗變壓器低端相連。將高流表串聯(lián)接入試驗回路中。依據(jù)文獻(xiàn)［5］對一額定電壓為20 kV 的2 級絕緣靴分別施加不同試驗電壓通電1 min，通過高壓電流表讀取泄漏電流值如表2 所示。由表2 可知，在試驗電壓為1 kV 時，泄漏電流為0 mA；當(dāng)試驗電壓在額定電壓范圍內(nèi)時，高壓電流表可正常讀取泄漏電流值；當(dāng)試驗電壓遠(yuǎn)大于額定電壓時，控制系統(tǒng)報警，高壓脫扣功能響應(yīng)，試驗中斷。試驗系統(tǒng)滿足預(yù)期要求。

表2 2 級絕緣靴耐壓試驗

5.2 絕緣手套驗證試驗

絕緣手套試驗與絕緣靴試驗方法基本相同。依據(jù)文獻(xiàn)［6］對一額定電壓為10 kV 的1 級絕緣手套施加不同試驗電壓通電1 min，通過高壓電流表讀取泄漏電流值如表3 所示。由表3 可知，在試驗電壓為0.2 kV 時，泄漏電流為0 mA；當(dāng)試驗電壓在額定電壓范圍內(nèi)時，高壓電流表可正常讀取泄漏電流值；當(dāng)試驗電壓遠(yuǎn)大于額定電壓時，控制系統(tǒng)報警，高壓脫扣功能響應(yīng)，試驗中斷。試驗系統(tǒng)滿足預(yù)期要求。

表3 1 級絕緣手套耐壓試驗

6 結(jié)語

為解決傳統(tǒng)絕緣靴（手套）耐壓試驗系統(tǒng)存在功能簡單、高壓泄漏電流測試?yán)щy等問題，提出一種新型耐壓試驗系統(tǒng)，從控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)、人機(jī)交互界面、試驗軟件等方面分別進(jìn)行設(shè)計，選取絕緣靴和絕緣手套兩類不同被試品對系統(tǒng)的診斷和高壓脫口功能進(jìn)行了驗證。系統(tǒng)可同時進(jìn)行10 只試品的試驗，為避免重復(fù)試驗，采用高壓分?jǐn)嗉夹g(shù)，試驗過程中可以將擊穿的試品脫離高壓試驗系統(tǒng)，沒有擊穿的試品繼續(xù)試驗直到完成試驗，極大提高試驗工作的效率。本試驗系統(tǒng)高壓脫扣功能在實(shí)際使用中成功率可達(dá)到90%以上，如何進(jìn)一步提高脫扣成功率是未來主要研究方向。