（广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523000）
摘要：针对变电站二次电缆线芯回路长、接头多，提出了一种电缆多线芯对地及线芯间绝缘自动检测的方案，基于CAN总线通信模式，利用单片机MCU控制继电器矩阵，触发相应开关实现各电缆线芯对地及线芯间绝缘电阻测量功能的切换，对测试结果进行记录并生成报告。介绍了直流高压电源设计框架、检测通道选择方式以及绝缘电阻测量工作原理，能够快速有效地测出电缆线芯的绝缘电阻值。
关键词：电缆多线芯、绝缘电阻测试仪、继电器、MCU
Abstract：An automatic insulated resistor test proposal which enable to test the insulated resistor between each circuit cables and ground was suggested in this thesis as long distances，multi-joint poor working conditions in the transformer substations. Based on CAN bus communication mode，using MCU to control relays matrix switching various functions and automatically recording test results were achieved. It introduced the frame of the high voltage DC source，the mode for choosing different test channels and the operating principle of measuring insulated resistor，leading a much effective and rapid way for operators.
Keywords：multi-circuit cable；insulated resistor tester；relay；MCU
随着现代电气技术的发展以及电气设备安全运行的要求，绝缘电阻测试成为电气设备测试的一项重要内容。在变电站相关运行二次设备的定检、消缺、验收等工作中，根据《南方电网继电保护检验规程》要求，新安装装置屏柜接线前须用1000V兆欧表测量各回路（线芯）对地及相互间绝缘电阻，且其阻值需大于10MΩ。传统的绝缘电阻测量主要是由兆欧表来完成，其中以手摇式兆欧表最为常见，但兆欧表由表针指示读数，具有量程范围小、误差大，体积大，使用不方便等诸多缺点[1-2]。为了提升测量准确度，广东电网有限责任公司东莞供电局早已将所有传统手摇式兆欧表换成了电子式绝缘电阻测试仪。
尽管如此，由于电子式绝缘电阻测试仪测试线结构为一端接地（E），另一端接被测电缆（L），当进行较多电缆线芯的绝缘电阻测试工作时，工作量巨大、繁琐且极易错漏；在变电站二次电缆铺设过程中，野蛮施工以及绝缘测量数据造假等不确定因素为变电设备的安全运行埋下隐患。2016年02月07日，500kV花都站北花甲线CSC-103AYN保护误动，事件原因为电缆屏蔽层铜线在施工焊接过程中受热，破坏电缆芯绝缘层，经长期运行使得屏蔽层嵌入线芯导致绝缘降低发生直流负接地，装置“远跳开入1”变位发送远跳命令[3]。
多路数字绝缘电阻测试仪采用在线检测的方法，可以实时地了解多回电缆线芯的绝缘情况，并根据绝缘电阻状况给出报警信号，提高了系统的工作效率和测量精度。多路数字绝缘电阻测试仪是结合微处理器技术而发展起来的一种新型绝缘电阻测试设备，其主要结构如图 1 所示，主要包括直流电源模块、量程选择控制模块、A/D采样电路、继电器驱动模块、继电器矩阵、LCD显示及键盘输入模块等几部分。其基本检测原理是：MCU控制电路检测输入指令选择待测的绝缘电阻通道并利用继电器驱动测试通道的切换，通过量程转换控制在量程电阻网络中选择合适的直流高压输出；在采样电阻上产生合适的分压后，通过 A/D采样隔离之后，送入控制电路进行计算，得到绝缘电阻值。最后，LCD屏显示绝缘电阻值及告警信息。
图1 多线芯测试平台总框图
1 CAN总线通讯方式
CAN总线为一种串行通信协议，在电力生产领域得到了广泛应用；由于其采用了非破坏性逐位仲裁机制解决网络中潜在的冲突，不会造成数据的损失和带宽的浪费，且检错效果好，处理能力强，通信可靠[4]。
在电缆线芯测试过程中，利用MCU通过CAN接口1接收来自计算机指令，并进行分析及解码，若解析为电缆芯绝缘电阻测试控制指令则直接控制测试电路工作并且反校；若发现是给相应继电器矩阵发送控制指令，则通过CAN接口2将指令发送给继电器板阵列，由该继电器板控制指定开关开合实现功能。
2 直流高压电源设计
按照南方电网绝缘电阻测试电压大小的要求，必须能够保证有稳定的DC500V及DC1000V两类直流电压大小的输出，对于该直流高压电压设计还增添了以下几点要求：
（1）测试仪具有过流保护功能，短路可快速跳闸
（2）具有过压、欠压报警功能
（3）输入电压为直流9V或12V
直流高压电压设计图如图2所示。主要包含以下部分：一体化电源、PWM形成与控制电路、驱动电路、高频变压器、倍压整流电路、电流电压反馈、欠压过压报警回路等。
图2 直流高压电源设计框图
3 通道选择控制回路设计方案
本文介绍一种支持多线芯对地以及线芯间绝缘电阻的测试方式，利用单片机控制自动切换不同线芯之间或是对地的绝缘电阻。电缆线芯绝缘电阻的测量一般以大于10MΩ认为绝缘合格，因此在1~10MΩ范围内需要保证相应的精度，当绝缘电阻小于10MΩ时需要发出绝缘低报警。
3.1继电器矩阵开关
利用该公式，设置程序进行计算，得出被测对象RX大小，当RX小于10MΩ时告警灯，并显示绝缘电阻不合格；当RX大于10MΩ时，显示绝缘电阻满足要求；此电路条件下绝缘电阻在0~100MΩ时精度较高。
5 结论
在现今城市用电量陡增，变电站设备电缆繁多复杂，一旦发生电力事故导致停电，则会给用户带来的巨大损失的情形下，如何能够更好地保证二次设备电缆的绝缘电阻合格率是一个非常重要的课题。本文介绍了一种电缆多线芯绝缘电阻测试仪，利用CAN网总线通讯的方式建立通信平台，通过单片机MCU控制相应继电器矩阵，触发对应开关的开合实现多线芯对地及线间绝缘电阻的测量，操作简便，适用于变电站大规模二次回路绝缘电阻的验收工作，可大大提升测试准确度及工作效率，极大消除由于施工工艺不合格或是数据造假带来的隐患。
由于智能变电站仍然处于试点阶段，传统变电站保护模式将长期保持以二次电缆为主的控制模式，长期服役状态下，本文介绍的多线芯绝缘电阻测试模式具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]娄会超，戴新生，万少松. 多路绝缘电阻自动检测仪设计[J]. 计算机测量与控制，2003，11（8）：635-637.
[2]张金波，李致金，柯小干，等. 数字式绝缘电阻测试仪高压发生器电路的设计[J]. 工矿自动化，2002，（5）：27-28.
[3]《南方电网有限责任公司2016年保护不正确动作事件通报》
[4]王修岩、耿晓剑、李宗帅、林家泉，基于CAN总线的助航灯光电缆绝缘电阻检测节点设计[A]，工业仪表与自动化装置，（2011）03-0054-03
[5]尹刚．国产化高可靠多路电阻测试[J］．航天控制，2005（4）：60－63
基金项目：中国南方电网公司职工创新项目“电缆多线芯对地及线芯间绝缘自动检测仪”（项目编号：031900KK52190005）
Foundation item：Supported by the Technical Projects of China Southern Power Grid“Automatic Insulation Detecting Instrument for testing the Insulation degree of multi-core cable with core-to-core or core-to-ground ”（No.031900KK52190005）
论文作者:吴凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
标签：电阻论文; 测试论文; 电缆论文; 继电器论文; 测试仪论文; 电缆线论文; 测量论文; 《电力设备》2019年第12期论文;