电气耐压试验的自动测控_10kv电缆直流耐压试验

　　摘要：作者根据电气产品耐压试验的工艺要求，研制出一套自动测控系统。这对于提高测试精度，确保安全，减轻劳动强度，提高测试效率，具有重要作用。 　　关键词：电气耐压试验；微机控制；自动测量
　　中图分类号：TM93 文献标识码：A
　　
　　电气产品（含设备及电缆等）的制造、安装及维修过程中，都必不可少地要进行绝缘测量和耐压试验，这是保证产品质量、保证设备安全运行地重要环节。目前，这种测量和试验基本上还是通过手工操作摇表及升压变压器进行的，随意性较大，读数不精确；且人工升压，接近高压，安全性差，反应慢，容易造成事故，加大了劳动强度，因而实现耐压试验的自动化是一个具有重大实际意义的课题。
　　我们根据某电气设备制造厂对产品耐压试验的工艺要求，研制出一套自动测控系统，实现了对电气产品耐压试验的全过程自动测量与控制。
　　
　　1 系统的概况及设计要求
　　
　　耐压试验分为五个等级：64，6.8，4.8，1.4，0.6kV。
　　根据方便和安全的原则，操作员在操作台上进行操作，操作台与高压实验变压器有一段距离，两者是用铁栅栏的门隔开。为保证人身安全，试验过程中铁栅栏之内不允许有人，设计要求铁栅栏门为一道联锁，只有该门关上才允许进行试验，否则是接不通电源的。
　　测量流程如下：接通电源，响铃报警（目的是警告周围人员，现在要进行高压试验，请隔开一段距离）；测量绝缘电阻，若绝缘电阻不合格，就关机报警，工作人员重新处理绝缘电阻；若绝缘电阻合格，就自动开始升压，到达指定电压后，则保持电压不变，并开始计时，时间的长短由试验规程决定。若在定时时间内试品未被击穿，那么在定时时间结束时开始降压，直至电压降到零时关电源，再测一次绝缘电阻，合格时再响一次铃，告诉周围人员，本次试验完毕。若达不到耐压要求，漏电流达到一定数值时即自动快速地把试验电压降回零。整个测控系统，只要按操作台上的启动按钮，则耐压试验的全过程即可自动完成。最后由打印机输出试验结果。
　　
　　2 系统的硬件设计
　　
　　耐压试验的测控系统分别由操作台控制装置、带BCD码输出的数字式兆欧表、电动调压变压器等几个部分构成。系统构成框图如图1所示。
　　
　　操作台控制装置分别由开关按钮、拨码盘、4.5数字显示仪表、自动控制装置等部分构成。中央控制装置是本系统最主要的部分和核心，它由MCS-51系列单片微型计算机配上一些外围接口电路构成。其硬件电路原理见图2。
　　
　　主机用8031，它带有8155、8255，ADC0809等接口。8155A口输出用来控制升压、降压，选择高压绕组和过流闪络动作；B口输入用来读键盘或拨码盘的代码，是自动还是手动操作，是否强制降压，以及读实验电压数值；C口输出用来控制兆欧表和打印机电源。8255用来读电压和绝缘电阻值。ADC0809用来检测漏电流。
　　
　　2.1 耐压电压的检测
　　高压电压的检测和显示电路见图3。再高压调压变压器上由一个100V的仪表绕组，另加一变压器，使之变成5V交流，再由2K精密电位器调节，使其输出为1V交流，再经交/直变换，使其输出为1V直流，到4.5位数显仪表满刻度显示位10000。将其小数点改动，使其显示位100.00，并把单位规定位KV，以满足显示100KV以内的电压要求。
　　
　　交直流变换电路见图4。该电路输入阻抗很高，约10MΩ，频率响应范围位20HZ～5KHZ。Ai运放TL082与D1，D2组成线性半波整流电路，C2为隔直电容。当被测交流电压中包含直流分量时，也不会引起测量误差。R2为稳定工作点，用来构成反馈电路。C4，R5，C6构成平滑滤波器。电路与输入电压的平均值按比例响应。对正弦电压而言，因直流平均值UOUT与交流有效值U有确定的比例关系，故改变AC/DC转换器的增益，即可读出有效值。
　　
　　图4中RW就是用来调节增益的，它使AC/DC转换结果为1：1。A2作为射极跟随器，它使输出阻抗很低，增强带负载能力。
　　
　　
　　2.2 电流的测控
　　电流检测与电压检测的设计思想有所不同，电压要求显示准确数值，并要做记录，电流则不要记录数值，只要求判断是否超过规定值（即过流），超过规定值，就要求跳闸。设初级侧电流的规定值最大为100A，选用100/0.1的电流互感器进行检测。电流互感器的输出经交直变换后的直流通过一个标准电阻压降后送至ADC0809采样，由计算机比较采样电流是否超过规定值以决定是否切断高压实验电压，以免造成损坏及事故。
　　
　　2.3 绝缘电阻的检测
　　绝缘电阻由带有BCD码输出的数字式兆欧表进行检测。兆欧表输出电压的等级有500，1000，2500V三种，它在工作时要求接通电源后延时30s再读绝缘电阻的结果。计算机把兆欧表所读绝缘电阻的8421代码读入内存中进行处理。由于兆欧表输出的8421代码带负载能力非常弱，故要经放大隔离后再送至计算机的接口，如图5所示。在图5中，ui为兆欧表8421代码中的一位输出，送至T1的基极进行放大；光电管中的二极管和三极管T2是光电隔离的，由T2的发射极输出至8255接口，然后由主机读入内存。一台兆欧表有8个这样的电路以输出8421代码和个十百千位的选择。
　　
　　2.4 键盘及显示
　　键盘扫描显示采用动态扫描方式共阳极数码管显示，见图6。键盘采用16（即4×4）个键，除0～9为数码键外，其余6个为功能键，本系统设定为年月日、批号、设定耐压值、耐压时间、设定绝缘电阻、继续运行等功能。所有非标准要求及特殊情况下实验数据都由键盘设定输入计算机。
　　
　　
　　2.5 拨码盘的读取
　　拨码盘数据的读入也是通过硬件联线软件扫描来进行的。硬件联线见图7。
　　
　　图7中~为30只拨码盘，它们分别用于试验电压、绝缘电阻和耐压时间设定。计算机通过扫描方式将拨码盘之值读入内存中。74LS273为八位锁存器，它接受主机数据，并将低四位代码送74LS154译码。74LS154为四位十六译码器，0000不用，余下15个代码正好选中30只拨码盘，拨码盘数据的反码通过74LS240反相后正好为送入内存中拨码盘之值。
　　
　　2.6 试验电压升降调节
　　试验电压的升降由电动调压器进行。而电动调压器由8155A口中的PA0和PA1两位控制，PA0用来控制升压，PA1用于控制降压。两位控制思想完全相同，PA0的电路见图8。
　　
　　
　　3 系统的软件设计
　　
　　在系统的主程序中，要考虑在耐压试验过程中所有可能出现的情况，并作出相应的处理。主程序框图见图9。其中初始化程序框图、置电压标志框图、选绕组并检查接通否程序框图、兆欧表处理程序框图、过程处理程序框图从略。
　　主程序的初始化程序中，CPU先要延时90ms以后才开始向下执行程序。这是由于在开发机上调试该程序时未延时就通过了，而脱离开发机后，程序经常不向下执行。究其原因是8155与CPU复位时间不一致，CPU复位时间快，8155复位时间慢，CPU命令向下执行程序时，8155还未初始化，因此8155不按CPU命令工作，CPU延时一段时间后，8155复位完毕，再给8155初始化，工作就正常了。
　　置电压标志档是因为要试验的电压有五个不同的等级，为了区分所进行的试验是属于哪一种电压，因此要设一些标志来区分。
　　程序中既有键盘又有拨盘，是因为在正常试验时只读拨盘的试验值，操作者不用操作键盘来送试验要求的数据。根据需要可选取这两套送数据方式的其中之一。用拨码盘简单、直观。
　　强制降压是保证人身和设备安全的关键，本系统设置了紧急强制按钮，在执行程序的任何时候，只要按下强制降压按钮，就能立即无条件地将电压降至零。
　　在耐压开始和结束时，要两次接通兆欧表，对被测试物进行绝缘检查。第二次检查的目的是防止在降压过程中被测试物被以外损坏。
　　
　　使设定电压显示10s的目的是让操作者看清楚当前的试验电压数值。若有误，可按强制降压按钮迅速降压，以免设备损坏，造成事故。
　　检查闪络的目的是防止被测试物中渗入了微小杂质，闪络一下，可能把杂质烧掉。如果闪络不能烧掉杂质，就会造成过流，必须进行降压处理。故闪络只报警，不用跳闸。检查闪络的方法是，连续读三次电流，若相邻两次电流差大于某一个数值，就认为产生闪络。
　　耐压定时时间一般为1min，具体按设备试验规程决定。
　　所有试验数据，都由打印机打印出来供存档用。为防止打印机误动作，整个试验过程中打印机电源都不接通，只在需打印时才接通打印机电源。打印机打印格式为：
　　
　　该系统在运行过程中采取了一些抗干扰措施，如+5V与+12V电源不共地，接口部分采用了光电隔离，直流小信号继电器线圈采用了二极管放电电路，交流中间继电器和接触器线圈采用了阻容吸收，打印机只有在打印时才接通电源，等等.
　　
　　4 结束语
　　
　　本系统已运行了多年，工作一直正常。证明研制工作是成功的，该系统已达到实用化程度。
　　根据本系统的测控原理，该系统可推广应用于其他耐压试验场合，亦可较容易地将其改造为通用的耐压试验自动测控装置，从而实现电气耐压试验自动化.
　　
　　参考文献
　　[1]孙育才.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].南京：南京理工学院出版社，1987.
　　[2]张友德.MCS-51单片机实用子程序及其应用[M].上海：复旦大学出版社，1988.
　　[3]张台友.数字万用表的原理、使用及维修[M].北京：电子工业出版社，1992.
　　[4]刘向和.51系统中80系列器件的初始化[J].电子技术应用，1991，（11）.

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