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摘 要：为解决传统交流耐压试验不能同时测量多件被试品的问题，设计了多路工频交流耐压试验装置。该装置采用数字电源、开关功放和干式升压器、多路电压输出电流检测和STM32单片机组成耐压试验系统。本文主要介绍了耐压试验原理，给出了部分电路和软件设计。实验表明，该装置即可同时测量多件被试品，同时对人身安全起到了暴涨作用。
关键词：交流耐压试验；装置；数字调幅；开关功放
0 引言
耐压试验是指对各种电气装置、电气仪表、绝缘材料及电气工具承受电压能力进行的测试；在不破坏绝缘材料性能的前提下，对绝缘材料施加高电压，进而发现绝缘材料的缺陷。目前市场上所见的耐压测试仪采用GB4706标准，使用较多的是台式结构的单项测试指标测试仪器，采用的技术和所获得的主要性能指标与国外先进水平具有一定差距，无法完全满足目前发展的电气安全性能测试工作的需要。因此研究符合最新国际标准的采用先进技术和具有更好性能指标的耐压测试系统具有重要意义。
本文描述基于CPLD的数字式信号源、开关功放、干式變压器升压等模块组建多表位耐压试验装置，可同时进行多个被试品的测试，同时具备2倍频耐压试验。在本系统中，采用蓝牙通信技术进行数据交换，将操作人员与高压设备进行隔离，保证人身安全，且满足DL 474.4-92《现场绝缘试验实施导则 交流耐压试验》和GB/T24243-2009工业机械电气设备绝缘电阻试验规范。
1 交流耐压试验原理及装置总体设计
1.1 耐压试验原理
耐压测试的基本原理是将高于正常工作电压的电压加在被测设备的绝缘体上，持续一段规定的时间。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，绝缘体内部漏电电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。
DL 474.4-92《现场绝缘试验实施导则 交流耐压试验》规定，耐压试验电压是以两倍被测物的工作电压再加1000V作为测试的标准电压。部分产品的测试电压可能高于这一规定值。测试电压必须在5s内逐渐地上升到所要求的试验电压值，保证试验电压值稳定加在被测绝缘体上不少于5s，此时所测回路的漏电流值与标准规定的泄漏电流阈值相比较，就可以判断被测产品的绝缘性能是否符合标准。测试结束后，试验电压必须在规定的时间内逐渐地降至零。
传统的交流耐压试验典型电路如图1。
图1中，自耦调压器将输出的电压通过限流电阻R加载到被试品上的A、B两端，通过两个分压电容C1、C2用电压表测量电压、通过电流表测量漏电电流。
图1 耐压试验接线原理
1.2 数字式耐压试验装置总体设计
根据耐压试验的基本原理，数字式耐压试验装置的总体结构框图如图2。
图2 耐压试验装置总体框图
图2中，PDA主要用于系统参数设置，通过蓝牙模块，向装置送入输出电压有效值、耐压试验时间等；显示各个表位漏电电流，并指示不合格设备位置。PDA以外的其他框图是实验装置的主装置，单片机机STM32控制CPLD输出一定频率、幅值的交流电，该交流电经功率放大、升压输出多路高压信号，加载到不同被试品。
升压器采用干式升压器，单片机控制波形在一定时间内从最小达到最大输出电压，干式变压器采用100V/100V/10KV模式，单片机通过对输出100V电压检测，控制高压大小，通过每路电流检测，判断漏电电流是否合格。
2 硬件模块设计
2.1 波形输出模块设计
本装置采用数字波形输出、数字调幅、数字变频，电路原理框图如图3。
图中360Hz信号由92.16KHz晶振经分频器产生，假设图3中预置数据数据为X，则锁相环的输出fout 为：
3600进制计数器，以的频率计数，同时输出计数状态到外部引EPROM的地址，EEPROM输出的数据供D/A转换器转换为正弦信号。
正弦信号输出频率为：
若=501，则
可见，本系统的频率分辨率为0.1Hz。
2.2 信号幅值调整及功率放大模块设计
存储器输出的正弦波数据送DAC0832输出输出对称双极性正弦波，电路图如图4（a），正弦波幅度调整及功率放大电路如图4（b）， 功率放大电路采用低频功放模块。
D0为单片机向0832输出的8位数据，范围为0-255，VREF的变化范围为0-Vcc..
图4（a）的输出为：
（2）
D1为存储器中存放的是正弦波数据，该式表示存储器连续输出数据时，DAC0832输出正弦波，变化范围为-VREF-+VREF。
从公式（1）、（2）看出，图4（a）输出正弦波的幅度由单片机向图4（b）中DAC0832所输入的数据确定，通过控制D0的大小，实现输出电压的控制。
功率放大采用郑州华特测控新技术有限公司的WT-3030开关功率放大模块，输出电压为100V，功率可达1000W。保证了低功耗和工作的可靠性。
升压电路采用武汉智能星GTB系列100V/100V/10KV升压器，单片机只需要检测100V输出电压的大小，便可知道输出高压大小。
终上所述，本电路实现了数字调幅和数字波形输出功能。
2.3 电压、电流检测及过流保护电路设计
采用8路12位同步AD7606检测升压器输出反馈电压，以判断输出高压大小，并进行调整，使输出电压幅值达到交流耐压试验所需的电压；在装置的每路耐压输出电源线串一小电流互感器采样电流信号，进行AD转换，电流图如图5。
电压检测采用电阻分压方式，电流检测采用小电流的霍尔传感器检测，取样的电压信号经滤波放大后，转换为直流有效值信号。
2.4 单片机与蓝牙芯片接口电路设计
单片机与遥控器采用蓝牙接口电路，以接受遥控器输入数据以控制输出电压和试验时间，接口电路如图6。
初始化STM32单片机时，初始化顺序为，初始化串口需要的GPIO，初始化串口USART_InitTypeDef，配置终端，是能串口。通过以上配置，单片机就可以通过串行通用收发器工作方式和外界进行数据交换。
3 软件设计
主装置软件采用C语言设计，主要完成接收命令、升压控制、电压电流检测及数据上传等功能，流程图如图7。
根据相关标准要求，耐压试验电压需要在一定时间内达到设定值，本系统采用5秒内升压至耐压试验值；主装置接收外部命令包括耐压试验电压、耐压试验时间、漏电电流等信息；
试验结束后，外部遥控给主装置一试验结束命令，本装置将在5秒内将电压降至0，并等待下批次耐压试验。
4 系统测试
选用标准电阻箱作为耐压试验被试品，用HP-34401A作为电压、电流检测仪表。控制输出电压升到设定值，按照最新电力行业标准DL 474.4-92，以不同高电压施加在相同电阻上分别进行漏电流测试，测试结果表明，测量数据的重复性较好，漏电流的测试误差为±（1.5%±0.05mA），满足DL 474.4-92标准要求。
参考文献
[1]卞晓亮.现场型绝缘安全工器具试验平台设计[J].电力与能源，2015，36（5）：725-728.
（作者单位：1.河南工程学院 电气信息工程学院；2.河南工程学院 计算机学院）
关键词：交流耐压试验；装置；数字调幅；开关功放
0 引言
耐压试验是指对各种电气装置、电气仪表、绝缘材料及电气工具承受电压能力进行的测试；在不破坏绝缘材料性能的前提下，对绝缘材料施加高电压，进而发现绝缘材料的缺陷。目前市场上所见的耐压测试仪采用GB4706标准，使用较多的是台式结构的单项测试指标测试仪器，采用的技术和所获得的主要性能指标与国外先进水平具有一定差距，无法完全满足目前发展的电气安全性能测试工作的需要。因此研究符合最新国际标准的采用先进技术和具有更好性能指标的耐压测试系统具有重要意义。
本文描述基于CPLD的数字式信号源、开关功放、干式變压器升压等模块组建多表位耐压试验装置，可同时进行多个被试品的测试，同时具备2倍频耐压试验。在本系统中，采用蓝牙通信技术进行数据交换，将操作人员与高压设备进行隔离，保证人身安全，且满足DL 474.4-92《现场绝缘试验实施导则 交流耐压试验》和GB/T24243-2009工业机械电气设备绝缘电阻试验规范。
1 交流耐压试验原理及装置总体设计
1.1 耐压试验原理
耐压测试的基本原理是将高于正常工作电压的电压加在被测设备的绝缘体上，持续一段规定的时间。如果一个被测设备绝缘体在规定的时间内，绝缘体内部漏电电流保持在规定的范围内，就可以确定这个被测设备可以在正常的运行条件下安全运行。
DL 474.4-92《现场绝缘试验实施导则 交流耐压试验》规定，耐压试验电压是以两倍被测物的工作电压再加1000V作为测试的标准电压。部分产品的测试电压可能高于这一规定值。测试电压必须在5s内逐渐地上升到所要求的试验电压值，保证试验电压值稳定加在被测绝缘体上不少于5s，此时所测回路的漏电流值与标准规定的泄漏电流阈值相比较，就可以判断被测产品的绝缘性能是否符合标准。测试结束后，试验电压必须在规定的时间内逐渐地降至零。
传统的交流耐压试验典型电路如图1。
图1中，自耦调压器将输出的电压通过限流电阻R加载到被试品上的A、B两端，通过两个分压电容C1、C2用电压表测量电压、通过电流表测量漏电电流。
图1 耐压试验接线原理
1.2 数字式耐压试验装置总体设计
根据耐压试验的基本原理，数字式耐压试验装置的总体结构框图如图2。
图2 耐压试验装置总体框图
图2中，PDA主要用于系统参数设置，通过蓝牙模块，向装置送入输出电压有效值、耐压试验时间等；显示各个表位漏电电流，并指示不合格设备位置。PDA以外的其他框图是实验装置的主装置，单片机机STM32控制CPLD输出一定频率、幅值的交流电，该交流电经功率放大、升压输出多路高压信号，加载到不同被试品。
升压器采用干式升压器，单片机控制波形在一定时间内从最小达到最大输出电压，干式变压器采用100V/100V/10KV模式，单片机通过对输出100V电压检测，控制高压大小，通过每路电流检测，判断漏电电流是否合格。
2 硬件模块设计
2.1 波形输出模块设计
本装置采用数字波形输出、数字调幅、数字变频，电路原理框图如图3。
图中360Hz信号由92.16KHz晶振经分频器产生，假设图3中预置数据数据为X，则锁相环的输出fout 为：
3600进制计数器，以的频率计数，同时输出计数状态到外部引EPROM的地址，EEPROM输出的数据供D/A转换器转换为正弦信号。
正弦信号输出频率为：
若=501，则
可见，本系统的频率分辨率为0.1Hz。
2.2 信号幅值调整及功率放大模块设计
存储器输出的正弦波数据送DAC0832输出输出对称双极性正弦波，电路图如图4（a），正弦波幅度调整及功率放大电路如图4（b）， 功率放大电路采用低频功放模块。
D0为单片机向0832输出的8位数据，范围为0-255，VREF的变化范围为0-Vcc..
图4（a）的输出为：
（2）
D1为存储器中存放的是正弦波数据，该式表示存储器连续输出数据时，DAC0832输出正弦波，变化范围为-VREF-+VREF。
从公式（1）、（2）看出，图4（a）输出正弦波的幅度由单片机向图4（b）中DAC0832所输入的数据确定，通过控制D0的大小，实现输出电压的控制。
功率放大采用郑州华特测控新技术有限公司的WT-3030开关功率放大模块，输出电压为100V，功率可达1000W。保证了低功耗和工作的可靠性。
升压电路采用武汉智能星GTB系列100V/100V/10KV升压器，单片机只需要检测100V输出电压的大小，便可知道输出高压大小。
终上所述，本电路实现了数字调幅和数字波形输出功能。
2.3 电压、电流检测及过流保护电路设计
采用8路12位同步AD7606检测升压器输出反馈电压，以判断输出高压大小，并进行调整，使输出电压幅值达到交流耐压试验所需的电压；在装置的每路耐压输出电源线串一小电流互感器采样电流信号，进行AD转换，电流图如图5。
电压检测采用电阻分压方式，电流检测采用小电流的霍尔传感器检测，取样的电压信号经滤波放大后，转换为直流有效值信号。
2.4 单片机与蓝牙芯片接口电路设计
单片机与遥控器采用蓝牙接口电路，以接受遥控器输入数据以控制输出电压和试验时间，接口电路如图6。
初始化STM32单片机时，初始化顺序为，初始化串口需要的GPIO，初始化串口USART_InitTypeDef，配置终端，是能串口。通过以上配置，单片机就可以通过串行通用收发器工作方式和外界进行数据交换。
3 软件设计
主装置软件采用C语言设计，主要完成接收命令、升压控制、电压电流检测及数据上传等功能，流程图如图7。
根据相关标准要求，耐压试验电压需要在一定时间内达到设定值，本系统采用5秒内升压至耐压试验值；主装置接收外部命令包括耐压试验电压、耐压试验时间、漏电电流等信息；
试验结束后，外部遥控给主装置一试验结束命令，本装置将在5秒内将电压降至0，并等待下批次耐压试验。
4 系统测试
选用标准电阻箱作为耐压试验被试品，用HP-34401A作为电压、电流检测仪表。控制输出电压升到设定值，按照最新电力行业标准DL 474.4-92，以不同高电压施加在相同电阻上分别进行漏电流测试，测试结果表明，测量数据的重复性较好，漏电流的测试误差为±（1.5%±0.05mA），满足DL 474.4-92标准要求。
参考文献
[1]卞晓亮.现场型绝缘安全工器具试验平台设计[J].电力与能源，2015，36（5）：725-728.
（作者单位：1.河南工程学院 电气信息工程学院；2.河南工程学院 计算机学院）