绝缘装置范文

2024-09-23

绝缘装置范文（精选8篇）

绝缘装置第1篇

带电作业的工作方式不但保证用户的不间断供电, 提高供电可靠性, 还使得检修的计划性得以加强。庞大的配网设备与检修人员不足、停电时间受限是停电检修工作中的一对主要矛盾。日常的检修计划多数情况都是跟随停电计划进行的安排, 这样的安排使得设备严重超期运行, 更是缩短了设备的使用寿命。带电作业的开展能够将检修作业时间进行合理分配, 而不用被动受制于停电检修计划。带电作业使得检修工作能够得到充分准备, 提高检修的计划性, 同时保证检修质量, 以及设备和人生安全[1-4]。

一、新型绝缘遮挡装置

1.1配电网网架结构特点

配网线路间隙狭窄、设备布置复杂, 作业人员动作稍大就极易同时触及两个不同电位的物体, 而受到伤害。因此, 带电作业标准要求采用绝缘化作

业, 也就是作业人员穿戴全套绝缘防护用具, 并且对作业周围可能触及的设备和接地体进行有效遮蔽, 以提高作业人员操作的安全性和可靠性。配网带电作业在更换跌落式熔断器和隔离开关项目中, 作业人员需要将检修、更换的跌落式熔断器或隔离开关与其相邻相的带电设备进行电气隔离, 但是跌落式熔断器由本体和上引线、下引线三部分组成, 现有的绝缘遮蔽挡板只能遮挡住跌落式熔断器本体和上引线部分, 因此, 裸露的下引线存在着安全作业隐患, 会对带电作业人员造成意外的伤害。

图1更换跌落式熔断器或隔离开关操作过程

1.2新型绝缘遮挡装置试验及数据

基于对作业人员安全性和操作规范性的考虑, 对原有绝缘遮挡工具进行改良。新型工具采用环氧树脂玻璃布压板材料, 并采用模压定型工艺进行制作。此种材料具有在高温条件下机械强度高, 高湿条件下电气性能稳定的特点, 通过工频耐压及泄露电流试验得到在干燥环境下泄露电流不大于20μA, 潮湿环境下泄露电流不大于40μA的试验结果。

表1环氧树脂绝缘材料工频耐压及泄露电流指标

图2工频耐压及泄露电流试验接线图

新型绝缘遮挡装置包括:主绝缘遮挡板 (主绝缘遮板、支撑柱、固定夹板、辅助绝缘板卡板、辅助绝缘板插槽、主板固定螺栓孔、挡板把手) ;辅助绝缘遮挡板 (辅助绝缘遮板、提拉把手、辅板固定螺栓孔、辅助绝缘板夹板、辅助绝缘板插槽) 两部分组成。主绝缘遮挡板和辅助绝缘遮挡板通过插接的方式组成一个完整体, 主绝缘遮挡板有效的实现不同相之间设备本体和下引线的隔离, 辅助绝缘遮挡板实现不同相之间上引线的隔离。

图3新型绝缘遮挡装置

新型绝缘遮挡装置自2012年3月投运以来共被使用并开展了114次带电作业, 累计实现增供电量达到28.3万千瓦时, 同比增长8%。此工具的使用不仅提高了带电作业操作的安全性, 而且还由于不用更换遮挡位置而缩短了作业时间, 提高了带电作业的日均作业次数。新型遮挡装置使用带来的成效为企业、居民用户等提供了坚强的电能供应保障, 为公司建立了良好的社会形象。此新型绝缘遮挡装置已编制使用规范, 并已将其编入《配电运检工区带电作业班技术资料》, 经有关部门审批纳入公司统一管理, 用于指导检修人员作业。标准化作业内容制定后, 已于2013年11月由专职负责人进行操作培训及实施, 确保该工具正确安全的使用。

二、总结

本文针对配网带电作业绝缘遮挡装置存在遮蔽不全问题, 制作了一种利用新型绝缘遮挡装置。该装置采用环氧树脂玻璃布压板材料制作, 经过工频耐压及泄露电流试验测试和现场实际应用的检查符合设计要求。该新型绝缘遮挡装置的投入运行保障了带电作业人员的人身安全性, 缩短了操作过程时间, 为公司、社会创造了显著地经济成效。

参考文献

[1]付惠明.浅析配电线路中的带电作业方式及安全防护[J].北京电力高等专科学校学报 (自然科学版) , 2012 (10)

[2]唐祖国.配网带电作业安全影响因素及防护措施探讨[J].中国新技术新产品.2012 (10)

[3]孙以亭;张福甲.10kV带电作业典型经验介绍[J].科技信息, 2012 (24)

绝缘装置第2篇

【关键字】高压输电线路绝缘子带电作业

一、研究背景

线路耐张塔外绝缘配合存在差异，即绝缘子型号、数量都不同，造成不同耐张塔绝缘子串更换工作必须采用不同工具才能完成。若线路在同一耐张绝缘子串上发生多片绝缘子零值、损伤或玻璃绝缘子自爆缺陷，往往需要立即申请或等待线路停电后进行消缺。停电作业需要申请等程序，周期较长，致使隐患不能及时排除。停电检修周期长、操作工具繁复，劳动量大。现国内还没有相关通用托瓶架工具的研究和试制。

500kV高压架空输电线路悬垂盘形绝缘子串的中间部分发现有低值、零值绝缘子时，在带电情况下，人工是无法进行单片绝缘子更换等电位作业，只能采取整串带电作业更换或停电作业。

二、研究内容

目前国内所使用的此类卡具由带有剪刀式开闭门的上卡和下卡以及螺杆式收紧器构成，所用卡具的主要缺点是：（1）为将上卡和下卡收紧，需人力进行操作，费时费力。（2）属接触式操作，作业人员需冒高压触电和高空跌落的风险。为解决直线悬垂串地电位更换中间绝缘子的问题，研究开发遥控自动机器装置，经过反复论证和模拟试验，样机通过在模拟线路上多次试验操作，最终实现了在实际线路上通过地电位遥控操作带电更换绝缘子工作。不仅能够实现带电更换绝缘子，而且作业过程安全可靠、操作简单、劳动强度小、效率高。

（一）作业方法

1.通用托瓶架。利用潞辛Ⅰ线、潞辛Ⅱ线、阳北Ⅰ线、廉北Ⅰ线停电检修的机会，对研究500kV带电作业更换耐张整串绝缘子工器具进行了现场应用试验，更换36-44片不同型号绝缘子操作方法、步骤完全相同。为确保操作方式的安全性，试验在完全模拟带电作业的形式进行。更换耐500kV耐张整串绝缘子（36-44片）操作步骤：

⑴塔上电工携带传递绳登塔，将传递绳悬挂在横担适当的位置。将分布电压测试仪传至塔上，对所要更换的绝缘子串进行零值检测。测试完成后通知工作负责人；

⑵在检测绝缘子串满足带电作业的要求后，等电位电工携带传递绳登塔，沿绝缘子串采取跨二短三的方法进入电场；

⑶地面电工分为两组，分别配合塔上电工、等电位电工将后端卡具、直角抱杆，前端卡具、朝天滑车传至高空。等电位电工将前端卡具安装在导线侧的联板处、朝天滑车安装在前端卡具和联板处；塔上电工将后端卡具安装在牽引板处、直角抱杆安装在挂线点的工作孔处；

⑷利用塔端和线端两套传递绳，地面电工将拉杆与丝杠连接好并水平传至高空，塔上电工、等电位电工相互配合将拉杆连接到前后端卡具上；

⑸地面电工分别配合等电位电工、地电位电工将牵引绳传到高空并连接好；

⑹塔上电工收紧两根拉杆的丝杠，使绝缘子串的张力转移到两根拉杆上，同时绝缘子串松弛塌落在托瓶架上，等电位电工退出绝缘子与双联碗头之间的销子，将绝缘子串与双联碗头脱离；

⑺等电位电工配合地面电工将两根绝缘绳索缓慢松动，使托瓶架和绝缘子串下降并与地面成垂直状态；

⑻地面电工收紧牵引绳，塔上电工拆除绝缘子串与球头的销子。使绝缘子串与球头脱离，缓慢松牵引绳落至地面；

⑼地面电工将新绝缘子串组装好，两端绑扎牢固，先收紧塔侧的牵引绳，塔上电工将绝缘子串与球头连接好；

⑽地面电工同时收紧等电位侧牵引绳和与托瓶架连接的传递绳，恢复托瓶架和前端卡具的连接。等电位电工配合恢复绝缘子串与双联碗头的连接；

⑾检查无问题后塔上电工松开收紧丝杠恢复初始状态，检查连接良好后，等电位与塔上电工相互配合拆除托瓶架、拉杆等塔上工具。等电位人员撤出电场，人员下塔，整理工具结束工作。

2.悬垂单片自动装置

利用阳北Ⅰ线停电检修的机会，对研究500kV带电作业更换悬垂单片绝缘子工器具进行了现场应用试验，为确保操作方式的安全性，试验在完全模拟带电作业的形式进行。悬垂自动机械装置在高压输电线路上进行带电更换绝缘子作业的步骤如下（以短四取一作业方式为例）：⑴1#、2#、3#地电位作业人员在杆塔上相互配合用绝缘绳和绝缘操作杆将该遥控卡具固定到绝缘子串上有劣化绝缘子的部位；⑵1#地电位作业人员在杆塔上用遥控器远距离控制该遥控卡具，让收紧装置将上、下卡具同时向中部收紧一个规定的距离，使劣化绝缘子及两侧的绝缘子从拉紧状态变为松弛状态；⑶1#地电位作业人员用特制绝缘工具取出绝缘子间的弹簧销后，再用绝缘叉将劣化绝缘子从绝缘子串中取出；⑷按相反程序换入合格绝缘子；⑸作业人员在杆塔上用遥控器远距离控制该遥控卡具，让收紧装置将上、下卡具反向放松到起始位置，使卡具内的四片绝缘子恢复为受力状态；⑹由作业人员在杆塔上用绝缘绳和绝缘操作杆将该遥控卡具收回。

（二）安全性分析

1.通用托瓶架

作业人员均经中国带电作业中心专门培训，取得相应的带电作业资质，有多年的带电作业实际经验。作业前经专门的500kV带电更换耐张整串绝缘子技术培训，能够顺利完成作业项目。

2.悬垂单片自动装置

自动机械装置带电更换不良绝缘子是一项复杂而危险的工作，在带电作业过程中要能确保两个安全，主要体现在：一方面是作业过程中的人身安全，另一方面是作业时的设备安全。操作人员为低电位，故人身安全可以得到充分的保障；设备安全的重点是要确保在作业过程中不发生导线脱落以及绝缘子串脱落的情况。

三、结论

500kV带电作业更换输电线路瓷（玻璃）绝缘子装置技术应用研究，通过对试制工具方案的反复修改、完善，最终试制成功耐张更换绝缘子整串通用托瓶架、悬垂单片绝缘子自动装置的试制。通过现场试验操作，并编制了更换耐张整串、悬垂单片绝缘子操作规程。作业人员经过现场操作训练和技术培训，已熟练掌握了操作技术，检修工具具备可操作性，现场应用试验成功。证明研究是成功的，可以在500kV耐张、直线塔进行带电更换36-44片整串、悬垂单片绝缘子的作业。

参考文献：

[1]柏克寒；高电压技术；长沙电业局；1989年01期

光伏直流绝缘监测装置的设计第3篇

光伏直流浮地系统中,电池组件经汇流箱和直流柜汇流后输入到逆变器,线路多、分布广,易出现绝缘不良的问题。一旦出现两点接地,将可能造成直流电源短路、设备烧毁等故障,甚至威胁到现场维护人员的人身安全。因此,光伏直流伏地系统必须使用绝缘监测装置来监测系统的绝缘情况,保证系统的安全运行。

1绝缘监测方法

目前,国内外绝缘检测装置采用的检测方法主要有以下几种:

(1)交流注入法:向直流系统注入低频交流信号,由装设在各分支的电流互感器进行信号检测实现分支定位,但易受光伏直流分布电容大的干扰。

(2)综合判据法:一种人为投入检测电阻来拉偏正负母线对地电压的方法,但不断接入单侧探测接地电阻,会导致正负母线对地电压不断变化,波动很大。

(3)电桥平衡法:无需注入交流信号,正负母线对地电压波动小,但不能检测正负母线绝缘电阻同时等值下降的状态,且无法实现故障分支定位。

本文设计了一种基于电桥平衡原理的改进型绝缘监测装置,配合直流漏电流传感器能够实时快速定位故障支路,无需注入交流信号,克服了不能检测等值绝缘下降的问题。

2绝缘监测原理及步骤

电桥平衡改进型监测绝缘方法的基本原理为:通过两次投入平衡电阻来测量正负母线对地绝缘电阻以及支路绝缘电阻,当出现正负母线对地同时等值绝缘下降时,正负母线对地投入非等值电阻进行检测。母线、支路绝缘监测等效电路如图1、图2所示,U+、U-分别为直流正负母线对地电压,RX+、RX-为支路上的正负对地绝缘电阻(X为自然数),R+、R-为正负母线对地绝缘电阻,R+为各支路正对地绝缘电阻的并联值(R+=R1+//R2+//R3+//……//RX+),R-为各支路负对地绝缘电阻的并联值(R-=R1-//R2-//R3-//……//RX-),R为平衡电阻,K1、K2、K3、K4为控制平衡电桥投入的继电器,I为直流漏电流传感器测量值。

具体绝缘监测步骤如下:

(1)将K1、K2、K3、K4均闭合,此时正负母线对地分别投入平衡电阻1R,测得正负母线对地电压分别记为U1+、U1-,传感器测得的漏电流记为I1,由此可列出如下方程组:

(2)将K1、K2闭合,K3、K4断开,此时正负母线对地分别投入平衡电阻2R,测得正负母线对地电压分别记为U2+、U2-,传感器测得的漏电流记为I2,由此可列出如下方程组:

联立式(1)、(3)可计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-,联立式(2)、(4)可计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。

(3)当U1+和U1-等值时,将K1、K2、K4闭合,K3断开,此时母线正对地投入电阻2R,母线负对地投入电阻1R,测得正负母线对地电压分别记为U3+、U3-,传感器测得的漏电流记为I3,由此可列出如下方程:

联立式(3)、(5)可计算出正负母线对地绝缘电阻R+和R-,联立式(4)、(6)可计算出正负支路对地绝缘电阻Rx+和Rx-。

3光伏直流绝缘监测装置的设计

3.1功能结构

光伏直流绝缘监测装置功能结构如图3所示。开关电源给监测装置供电;MCU通过控制平衡电桥的投切采集母线和支路的相关数据,根据平衡电桥改进型方法进行数据计算得到实际绝缘阻值;按键及数码管显示实现就地数据显示及参数配置;RS-485接口实现后台实时数据监测;继电器输出实现报警功能。

3.2母线绝缘监测

母线绝缘监测电路如图4所示。MCU控制电子开关K1~K4投入平衡电桥,不同状态下进行母线电压的线性光耦隔离采样,采样数据输入到MCU内部ADC通道进行计算处理,得出实际直流母线绝缘电阻值并给出相应报警。

3.3支路绝缘监测

当母线绝缘不良时进行支路绝缘巡检,同时可进行16条汇流支路绝缘监测。支路绝缘监测电路如图5所示。光伏汇流箱输出汇流到直流母线,直流漏电流传感器采集汇流箱传输线路的漏电流,采集数据通过多路开关4051输入到MCU内部ADC,经公式运算可得绝缘不良支路阻值及其接地极性。

3.4软件设计

设计平台为一款基于ARM核心的带128K字节闪存、20K字节SRAM的32位微控制器STM32F103R8T6。操作按键可切换显示母线电压、母线绝缘电阻、支路漏电流和支路绝缘电阻,也可以进行参数配置。当绝缘电阻R>100kΩ时,显示999.9k表示为绝缘良好。光伏发电系统中直流母线会耦合来自逆变器输出侧的交流谐波,对监测数据造成干扰误差,故除硬件上采用了低通滤波电路外,软件内部还进行了二阶巴特沃兹低通滤波处理,保证直流母线电压数据的准确性。汇流支路发生对地短路时,该汇流支路产生大电流会造成直流漏电流传感器零点漂移,易出现漏报或误报的情况。软件具备一键零点校准功能,针对16路直流漏电流传感器进行零点漂移矫正。

4测试数据

模拟光伏直流浮地系统实际运行中可能出现的各种情况,母线电压由标准直流源提供,在直流母线和大地间接入测试电阻,检测母线和#1支路的绝缘电阻,判断绝缘电阻测量精度是否可靠以及支路故障能否快速定位。母线及#1支路绝缘测试数据见表1、表2。响应时间如图6所示。

由以上图表数据可知,该装置能在各状态下对直流母线和支路对地绝缘电阻进行精确测量,快速定位故障支路及接地极性,能够直观反映光伏直流浮地系统对地的绝缘状况。

5结语

采用本方法设计的光伏直流绝缘监测装置配合直流漏电流传感器实现了直流母线和支路对地绝缘电阻的准确测量和故障支路快速定位。现场运行维护人员通过就地数据显示以及RS-485通讯功能就能实时掌握光伏直流系统的绝缘情况,保证了系统的安全运行。

参考文献

[1]陈元平,李树君,张玉奎.绝缘监测装置在直流系统中的应用[J].电力系统保护与控制,2008,36(15):91-93

[2]余继军,李昌禧.直流系统绝缘监测装置研究[J].华中理工大学学报,2000,28(8):18-20

[3]刘君怀,陈怡欢.直流绝缘监测的应用与发展[J].高压电器,2000,36(6):47-49

[4]苏义鑫,刘林伟.平衡电阻法监测直流系统绝缘[J].电力系统自动化,2003,27(14):65-68

高压电机绝缘监测装置及其应用分析第4篇

高压电机在很多行业领域得到了普遍的应用, 其中包括电力、石油化工、煤炭、冶金等行业。它会受老化因子的影响而发生故障, 随时监测并分析高压电机的绝缘状态是必要的也是比较重要的工作, 对电机进行老化或者绝缘性能的鉴定, 可以反映电机的工作状态。对于电机的绝缘性能状态, 一方面我们要采取行之有效的措施防止高压电机的老化和绝缘性能的下降, 另一方面, 我们需要采集高压电机老化和绝缘性能的数据。文章先分析电机绝缘下降的原因, 再对现在的绝缘监测技术手段进行简要的描述, 然后提出一个高压电机绝缘监测装置的方案, 最后简要说明其应用。

2 高压电机绝缘监测装置的提出

2.1 高压电机绝缘老化原因

高压电机的绝缘老化主要有四个原因, 第一个原因是由于工作电压引起的电力设备绝缘的老化, 如果工作电压过大或是在过电压情况下, 绝缘材料会受到部分损坏, 如此反复, 损害过大, 可能会导致击穿;第二个原因是由于工作环境或是散热不好而导致的绝缘老化, 在高温作用时, 绝缘性能会明显下降, 电机材料弹性丧失, 在热胀冷缩的作用下, 绝缘材料发生破裂;第三个原因是由于高压电机的工作环境可能存在酸、氮氧化合物、水等化学物质, 在这些物质的作用下, 失去绝缘材料的绝缘性能或者是加速老化, 比如酸性物质, 可能使老化加快;第四个原因是由于机械力造成的老化, 比如振动、撞击、重力等都可能会使绝缘材料老化, 这是属于物理原因, 比如高压电机在工作时会产生很剧烈的振动, 绝缘材料在振动的作用下, 温度升高, 弹性度下降, 老化加速, 绝缘性能自然也会随之下降。

2.2 高压电机绝缘性能监测现有技术

高压电机工作环境比较恶劣, 噪声大而且嘈杂, 温度高, 给监测技术带来很大的不便。现有的高压电机绝缘眼监测技术有很多种, 本文只简单的说明几种。其中是通过专用的设备进行检测, 这必须要由专人来负责进行测试, 而且这种设备比较笨重, 不利于携带, 每次操作都耗时耗力, 工作和检测效率不高。还有一种就是通过测量高压电机的绝缘材料的电阻来判断绝缘老化的程度, 这种方法是采用高压摇表进行测量, 在进行测量时, 电机需要停止运转, 正常的工作会由于检测而停止, 会给工作本身带来极大的不便, 而且这种测量方式, 均由人工完成, 增加了工作难度和复杂度, 同样执行效率不高。还有一种比较传统的方式就是从源头减缓老化的程度, 在绝缘材料表面涂抹碳膜半导体漆或者是买较高质量的精选材料, 进行干燥或者浸油处理, 这不仅需要高昂的费用, 还无法监测到高压电机绝缘状态。也不是最优方法。

2.3 高压电机自动绝缘监测装置方案

这个新型的高压电机绝缘监测装置是自动的, 不需要操作人员去现场去检测绝缘状态, 而是直接通过由现场布设的无线传感器网络节点将监测数据发回计算机系统, 工作人员只需观察发回计算机系统的数据就可以判断出高压电机每一部分的工作绝缘状态和老化程度, 根据该监测数据, 对高压电机实施维护和工作环境的调整。这种无线传感器节点布设于高压电机需要监测的位置, 主要是放在定子绕组中的放电源, 用来监测电机的电信号, 如果高压电机的老化程度较大, 电机的外部就会收到较大的电信号干扰, 传感器节点会滤除干扰噪声, 而能够较准确地采集到系统所需要的数据, 并对数据进行简单的处理, 再经过数模转换器将数据传回到系统。计算机系统也会和传感器发生实时的交互, 如果绝缘程度在可控的范围内, 系统会显示正常运行的状态, 如果超出指定范围, 系统会发生警报预警显示绝缘性能下降, 必须采取有效措施改善高压电机的绝缘材料或采取必要的方法进行相应的修复。对于计算机系统, 我们会开发相对应的监测软件, 它的功能就是接受传感器的数据, 对数据进行显示, 描述电机工作状态, 进行必要的数据处理, 并用图表的形式进行直观的显示。另外, 各种参数的定义也都是工作人员常用的数据参数, 对于操作人员而言, 监测到数据异常后可以通过该系统通知在线维护工作人员去执行维护操作。当然, 这是一个高压电机自动绝缘监测方案, 具体的细节, 在此不便详述。

2.3 高压电机自动绝缘监测装置

高压电机自动绝缘监测装置的开发本身就是用来监测高压电机的绝缘性能和老化的程度的装置, 它的应用也主要是应用与此。不过这种装置, 它本身也存在一定的局限性, 对于条件十分恶劣的环境, 可能不适合工作, 比如, 比较潮湿的环境, 因为湿度会使传感器材料失去其本身的电气特性或是发生电路短路等情况, 所以在使用时需要定期进行工作环境的干燥处理, 以保证传感器的寿命, 同时也是对电机的保护。

3 结束语

上述提出的高压电机自动绝缘监测装置, 是基于对定子绕组中的放电源的电信号进行监测的装置, 当然, 也可以通过其它参数进行检测, 其实质是相同的。现有的每种高压电机自动绝缘监测装置也不是尽善尽美的, 它们仍然存在很多的问题, 还需要进一步的改进和完善, 以期能够使系统不论工作在何种环境, 都能实时监测高压电机的绝缘性能的状态。在高压电机自动绝缘监测装置进行设计的过程中虽然存在诸多问题, 经过了一次又一次的失败, 但最终效果还是可以的。其实, 高压电机的正常运行, 需要做的工作还有很多, 对工作于不同环境的高压电机也要进行不同的处理。高压电机的绝缘性能和老化的判断, 仍需要工作人员在工作中不断地发现问题, 和技术人员或者是开发人员进行积极交流和沟通, 使技术人员设计的系统不断地完善, 使之更好的用于实际应用。

摘要：高压电机涉及诸多行业, 在很多领域都有较普遍的应用。它是能源生产和使用中起到关键作用的装置, 如果发生事故, 将造成不可估量的损失。由于高压电机本身存在很多问题, 诸如电机的定子绕组绝老化、绝缘的电气强度较低等, 这样就会使电机的绝缘性能发生变化, 导致故障或者事故。因此, 需要发明一种高压电机绝缘监测装置, 通过该装置, 监测和分析高压电机的绝缘性能变化, 使电机能保持正常工作状态, 发生故障时可及时修理维护, 减少不必要的经济损失。

关键词：高压电机,绝缘性,监测,应用

参考文献

[1]刘晨阳, 尹默.F级高压电机环保型VPI整浸绝缘结构研究[J].绝缘材料, 2012, 23 (3) :16-18.[1]刘晨阳, 尹默.F级高压电机环保型VPI整浸绝缘结构研究[J].绝缘材料, 2012, 23 (3) :16-18.

[2]曾涛.一起高压电机电源电缆绝缘击穿的故障分析及处理[J].机电技术, 2012, 7 (4) :145-147.[2]曾涛.一起高压电机电源电缆绝缘击穿的故障分析及处理[J].机电技术, 2012, 7 (4) :145-147.

[3]龚丹妹.高压电机定子线圈绝缘特性的研究[J].上海大中型电机, 2009, 13 (4) :67-69.[3]龚丹妹.高压电机定子线圈绝缘特性的研究[J].上海大中型电机, 2009, 13 (4) :67-69.

直流绝缘监测装置自校验技术的研究第5篇

目前在运的直流绝缘监测装置大多使用年限较长, 装置本身的检测精度及各路传感器的检测精度都有下降, 并且都不具备自检功能, 在运行一段时间后需人为进行校验, 通过校验数据来判断该设备的性能是否良好。另外, 装置无法对直流漏电流传感器的好坏及检测精度进行准确检验, 如果传感器损坏或出现偏差就会导致误报, 因此有必要对直流绝缘监测装置开展自检与自校验。

1 现状分析

1.1 直流绝缘监测装置运行现状

现在电厂及变电站使用的直流绝缘监测装置大多投运年限较长, 难免会存在检测精度下降的问题, 其中最主要的就是对被测系统绝缘电阻的计算精度下降, 而这会导致设备运行中误报几率增大。同时, 跟直流绝缘监测装置配套的直流漏电流传感器也存在性能下降问题, 甚至是损坏, 导致了系统故障时无法进行准确检测和正确选线。

1.2 直流绝缘监测装置的校验现状

在直流绝缘监测装置使用年限过长时, 就必须由人工对其进行校验, 最简单的办法就是在系统中模拟一个绝缘故障, 查看直流绝缘监测装置能否准确计算出系统故障电阻和正确进行选线处理。但是, 目前采用的校验方式单一, 有时仅模拟一个单极接地, 并没有对整套装置进行全面校验;同时, 大多直流绝缘监测装置都是几年才进行一次校验, 有的甚至根本就没有进行过校验。

2 系统原理

2.1 直流绝缘监测装置的自检技术

通常, 直流绝缘监测装置由采集模块和主机组成。主机负责对系统进行监测;采集模块负责对各回路的漏电流进行采集。目前的直流绝缘监测装置基本都能对自身的简单功能进行自检, 如装置的平衡桥故障检测、装置异常检测等, 但是很多都不具备对各回路传感器进行自检的功能, 当传感器性能下降或失效时无法及时检测出来。为此, 本文提出在装置内部增加一个恒流源, 该恒流源能够输出正向电流和反向电流, 从而完成对各回路传感器的自检。

图1中, DA为数字模拟转换输出, 可调节输出恒流源的大小;Io为产生的恒流源大小。首先断开A点, 将断开的两端分别接入2个开关, 通过4个开关的组合可输出正向电流和反向电流;然后在每个直流漏电流传感器中, 按同方向穿入1根导线, 导线的两端接入装置的恒流源, 通过输出恒流源来改变传感器的输出;最后根据传感器检测到的电流大小来进行传感器自检, 查看哪路传感器没有工作在正常状态, 哪路传感器没有与采集模块进行正常通信。

2.2 直流绝缘监测装置的自校验技术

如图1所示, 产生的恒流源通过直流漏电流传感器后, 传感器能检测到一个漏电流。主机通过对传感器检测到的漏电流大小和自身产生的恒流源电流大小进行对比, 来检测传感器的性能是否良好。因为直流系统有正负极, 所以通过输出反向恒流源可使传感器检测到漏电流的负值大小, 从而就能对传感器进行全面校验, 校验的数据进行保存处理。

通常, 在直流绝缘监测装置长期运行后需通过人工进行在线或离线校验, 校验方式为在直流系统中模拟接地故障来判断装置相关功能是否正常。按照此方法, 可在装置内部设置2个电阻阵列, 通过设定好的参数让装置自行进行校验处理, 如图2所示。该电阻阵列由光耦继电器和高精度电阻组成, 通过开关的不同组合能得到0~256kΩ的电阻;在电阻阵列输出两端分别接有光耦继电器, 用以控制电阻的接入。需要注意的是, 校验的前提是系统运行良好, 不存在任何故障。通过装置的自校验功能可设置开启时间, 可选单极校验和两极接地校验;校验的阻值可设置为0~256kΩ的任意值, 并能设置多组电阻值进行校验;校验的数据需存储在装置内, 并且实现掉电保存。

3 自校验后的微调

直流绝缘监测装置会对自校验数据进行分析和对比, 如果得到的数据分析结果超过误差整定值, 那么装置会启动微调程序, 通过对数据的计算分析结果和进行校验的电阻值进行对比计算, 得到最新的计算参数, 然后自动更新该参数, 从而保证装置工作在良好的状态下, 延长其使用寿命。

4 结束语

通过对直流绝缘监测装置的自检及自校验技术的研究, 能使装置运行智能化, 避免大量的人力和物力投入到装置的运行维护上, 同时保证装置状态良好, 延长其使用寿命, 使监测到的数据更加准确。

参考文献

[1]于培永, 邵天宇, 邓磊, 等.直流系统绝缘监测装置的改进研究[J].节能技术, 2013 (6) :516-521

[2]谢涌, 沈小军, 陈金木, 等.新型直流电源系统绝缘状态在线监测装置研制[J].仪器仪表与分析监测, 2016 (1) :1-6

绝缘装置第6篇

胜利油田6kV输配电系统采取中性点不接地,绝缘监察装置采取无选择性的绝缘监察装置。该系统最大的优点是发生单相接地故障时,不破坏系统线电压的对称性,系统可继续运行1～2h。基于小电流接地系统发生单相接地故障时出现零序电流及零序电压的特点,从而构成了小电流接地系统绝缘监察装置。由于原接地绝缘监察装置原理的不完善性,经常出现绝缘监察电压继电器接点烧坏情况;还有在输配电线路出现雷电作用时,绝缘监察装置出现误动作情况;系统在发生频繁瞬时接地时,有时音响预告回路警铃在不停的鸣响,从而会影响警铃使用寿命,还有可能造成警铃的损坏。为了改进这些情况,笔者对原绝缘监察装置进行改进,再在实际工作中进行反复试验,证明这些改进是可行的,并且取得了不错的实际效益。

1 绝缘监察监视继电器XJJ接点烧坏的原因分析

绝缘监察监视继电器XJJ闭合的电流I,为:

其中U1,r1,r2分别为直流母线电压、电流信号继电器XJ阻值和两灯泡R1、R2的并联电阻值。其中XJJ继电器的接点遮断容量一般不超过50W,额定遮断电流为I2=p/(U×1.732)=50/(220×1.732)=0.132A,很显然电流I1超过了其允许遮断电流I2很多。系统有时瞬时接地,绝缘监察电压继电器接点XJJ来回反复吸合,频繁闭合超过额定遮断电流I2,这样就经常会出现XJJ接点烧坏。

2 绝缘监察电压继电器XJJ接点烧坏的危害

油田变电站6kV母线一般采取单母分段方式运行,6kV母线有6kVⅠ、Ⅱ段母线,两段母线分别安装有6kV电压互感器,如果某一段母线的6kV电压互感器的绝缘监察电压继电器XJJ接点烧坏了,只是该段母线绝缘监察装置发不出系统接地信号来,如果另一段母线6kV电压互感器的绝缘监察电压继电器正常运行,并且两段母线并列运行,系统能够通过该段正常运行的绝缘监察电压继电器正常发出系统接地信号来。如果两段母线分列运行时,则绝缘监察电压继电器接点烧坏的这一段母线不能发出系统接地信号来。如果两段母线6kV电压互感器绝缘监察电压继电器XJJ接点都烧坏,则这两段母线绝缘装置都不能发出接地信号,也有可能出现绝缘监察电压继电器接点烧坏后长期闭合一直启动预告信号回路,“6kV系统接地”光字牌常亮,“掉牌未复归”光字牌常亮。则此时系统发生接地或接地消失时,绝缘监察装置都不能正常监视。真正有危害的是在系统接地时不能预告。变电站电压互感器长时间在非正常电压下运行,可能会造成电压互感器的烧坏。同时也会使其他电气设备长时间在不对称电压下运行,影响到设备的绝缘水平,影响到用户的电压质量。如果此时电压互感器的高压保险发生熔断,由于绝缘监察电压继电器XJJ接点不能启动接地预告音响回路,从而影响到正确计量,影响到工作效益。鉴于以上危害,当绝缘监察电压继电器XJJ接点烧坏后要及时进行更换。

3 绝缘监察装置工作原理的改进

3.1绝缘监察装置改进后原理电路图的分析说明

绝缘监察装置改进电路图如图1所示。

3.1.1保护绝缘监察继电器XJJ接点不被烧坏

为了保护绝缘监察继电器接点,增加了一个回路,把绝缘监察继电器XJJ常开接点串联一个阻值为2000Ω电阻R和一个时间继电器KT。XJJ继电器接点闭合电流Ⅰ1为:

其遮断电流最大值为Ⅰ2=p/(1.732×U)=50/(1.732×220)=0.136A。很明显绝缘监察继电器动作电流远小于其最大遮断电流值,可以保护XJJ接点不容易被烧坏。

3.1.2降低频繁的瞬间接地动作次数

由于串接了一个时间继电器和电阻,可以通过整定时间继电器延时时间,可以降低预告音响回路在瞬时接地时动作次数,从而延长警铃的使用寿命。从我公司管辖的6kV配电线路来说,许多线路是采油厂供电维护,由于配电线路跨越地域很广,许多区域是绿化带,经常发生瞬时接地,绝缘监察监视电压继电器动作,启动接地预告音响回路,警铃响。由于瞬时接地时间很短,有时就0.5s时间反复动作,警铃反复鸣响,长久下去,就会造成警铃损坏。

如果整定时间继电器延时9s,警铃就不会反复瞬时间的动作鸣响,可以延长警铃的使用寿命。

4 需进一步完善部分

由于绝缘监察继电器XJJ接点串联有时间继电器KT和高阻值的电阻R,其接点闭合电流小于额定遮断电流,从而降低了XJJ接点的烧坏率。但是由于时间继电器的接点要闭合信号继电器和灯泡并联电阻回路电流,该回路电流较大,与时间继电器额定遮断电流相当,有可能造成时间继电器的接点烧坏,需要并联灯泡的阻值r3为:

取灯泡电阻为2000Ω,如果原灯泡阻值小于2000Ω则需要更换功率小的灯泡,考虑到是两个并联灯泡,则一个灯泡额定电压220V,功率10W就可以了,可以降低时间继电器接点的烧坏率。

5 结束语

绝缘装置第7篇

关键词：XC0608,无刷电机,带电作业,绝缘材料,牵引装置

工器具、材料的起吊及牵引工作是输电线路检修中一个非常普通但是又非常重要的步骤,牵引工作的顺利进行直接关系到整个检修工作安全、有效地开展[1,2,3]。在以往的输电线路检修等工作中,仍然存在劳动量较大,牵引稳定性不高的问题[4]。针对这种情况,急需研制一种稳定性较高的带电作业绝缘电动牵引装置。

针对带电作业的现实需求[5,6,7],采用高绝缘性能的聚乙烯材料制造绝缘滑轮,该装置通过XC0608 集成芯片控制电机稳定输出带动绝缘滑轮的旋转,进而实现无极绳带动工器具、材料的起吊及牵引工作[4,5,6,7,8]。

1 电机的选择

普通的直流有刷电机是用电刷与换向器通过机械接触进行换向的,而无刷电机则是通过传感器(本装置采用霍耳磁传感器)检测出绕组的位置,并通过专用的集成电路接通相应的功率器件给绕组供电。由于没有电刷与换向器的机械接触与磨损,不需要经常更换电刷等易损件,从而提高了电机的寿命,减少了维修的费用,同时具有运行转速稳定、效率高、相对成本低等优点[9,10]。

本装置选用恒定输出功率的低速轮毂无刷电机,该电机以自控方式运行,重载启动时,不用像变频调速的同步电机那样在转子上另加绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步,这样的设计使装置的使用寿命较长、性能较好。电机的结构图如图1所示。

根据常用工器具、材料的重量设定电机的功率,预留一定的裕度,这样能有效保证电机的运行电流不超过电机的承受范围。通过加装过电流保护和过压欠压保护装置实时监测电压、电流,防止烧坏电机。工器具所需牵引力的大小、电机的实际转速与外转式电机的功率关系如下:

式中:T为转矩,N·m;P为输出功率,k W;n为电机转速,r/min。

根据该方法选择的电机恒定输出功率为550 W。低速的轮毂无刷电机配置如表1 所示。

2 滑轮材料的选择

传统牵引装置的滑轮采用金属材料。针对带电作业对绝缘性的特殊要求,将传统的金属滑轮改为绝缘滑轮既有效解决了绝缘工具的二次污染问题,还可以有效防止绝缘牵引绳上可能存在的泄漏电流,经过电动绞磨向大地形成回路损坏电动机或其他设备线路,为带电作业人员的安全多提供了一份保障。

聚乙烯(PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,具有很好的耐低温能力,分子结构稳定性强,耐酸碱的侵蚀能力强,电绝缘性能优良,故本装置采用高绝缘性能的聚乙烯材料制作绝缘滑轮。

3 无刷电机控制芯片的选择

本装置控制芯片采用XC0608无刷电机专用集成芯片,该集成芯片具有效率高、功耗低、集成度高等特点。相对其他的集成芯片更加易操作且所需外接电路较少,采用1 片XC0608 就能实现无刷电机的控制功能,如果用其他集成芯片有可能需要2片或者4片才能完成同等功能。同时由于装置集成度较高,外接电路相对较少,电路出问题的概率也越少,可靠性也就很高。

XC0608 芯片介绍如下:XC0608 是一款无刷电机专用集成芯片,是本牵引装置的控制核心,共有20个引脚,其中有3对用来做上级驱动输入引脚,3对用来做下级驱动输出引脚,还有2个引脚用作脉冲宽度调制(PWM)伺服驱动器的输入。本装置中XC0608芯片的接线原理图如图2所示。

4 带电作业绝缘电动牵引装置的模块设计

系统以XC0608无刷电机专用集成芯片为核心,按照各部分功能可以分为电源管理模块、霍耳元件换相与电机驱动模块、电机控制模块(包括:调速、正反转、刹车等3 个模块)、电路保护模块(包括:过电流保护和过压欠压保护2 个模块)等4部分组成,其系统结构框图如图3所示。

4.1 电源管理模块

当有外接电源时,经过电源转换器稳定输出额定电压36 V、电流10 A·h为整个系统供电;当没有外接电源时,整个装置由后备的36 V,12 A·h可充电锂电池供电;根据现场作业时工器具、材料的平均负载,按持续工作电流8 A计算,则工作约为1.5 h,但考虑到实际工作时,大部分时间为待机状态,不需长时间启动装置传递工具,所以该备用电源的工作时间至少可以达到3~4 h,完全满足现场正常工作需求。为了防止进行传递作业时供电不足发生事故,特别设计了电源实时监控电路,对电池容量进行实时监控,当电量不足时,立刻报警示意工作人员更换电池或对电池进行充电。

电源管理模块共分2 部分:第1 部分经过稳压芯片LM385 稳定输出36 V电压,作为直流无刷电机的工作电源;第2部分经过LM385稳定输出5 V电压为其它芯片供电,例如XC0608的工作电压就是5 V;同时在这2个部分之间加上隔离电阻,避免他们互相干扰。

为了使装置的工作时间最大化,设计时充分考虑到电源管理模块的工作效率,加装了节电装置,电动牵引装置开始工作后,具有自动识别工作状态的功能,如果在规定的时间内(本装置设定为2 min)没有检测到工作状态,装置将自动进入睡眠模式,停止工作,并开启刹车功能。

4.2 霍耳元件换相模块与电机驱动模块

电机的驱动模块是以XC0608无刷电机专用集成芯片为控制核心,采用脉冲宽度调制(PWM)伺服驱动器。该模块由两级放大电路组成,分别为前级驱动和后级驱动。

1)前级驱动。主要是由霍耳传感器和XC0608两部分组成,霍耳传感器的主要作用则是通过磁电效应来检测出绕组的位置进行换相。

霍耳传感器的接线原理见图4,上部分为电机霍耳传感器的接口部分,下部分为电机霍耳传感器的采样部分。其中BB1,BB2,BB3是通过电容隔离直流后的霍耳传感器交流基准采样电压。

2)后级驱动。主要由XC0608、三极管和MOS管等3部分组成。每一相由电机驱动芯片出来的驱动信号通过后级放大电路进行放大,以提供足够大的驱动电流保证电机的正常运行。对应电机的三相,后级驱动电路分别设计了3组,以电机的A相驱动电路为例说明工作原理。

A相后级放大电路原理图如图5 所示,其中,第1级电路由3个三极管组成升压电路,提供给后级MOS管足够大的开启电压和瞬时电流,第2级由4个MOS管组成桥式电路来驱动电机绕组。

4.3 电机控制模块

电机控制模块主要用于控制电机的运行,由高稳定性的LM385 芯片与XC0608 无刷电机专用集成芯片配合实现,主要包括:门锁开关、运行控制(即调速模块)、刹车模块,正反转模块等。

1)门锁开关为信号的开关,控制所有的信号通断。

2)运行控制(即调速模块)。使电机的速度能按照手把转动的角度发生变化从零速度到最大速度。

如图6所示为调速模块原理图。从2个电阻中间取得电压的变化,当旋钮的转角从0 转向最大角度时,输出1.4~4.2 V;模拟信号通过转成数字信号来控制信号的脉宽进行调制,速度和控制电压成正比,达到良好的控制。

3)刹车模块。刹车信号用于强制切断电机电源和阻断调宽脉冲,同时还作为一种“复位”,刹车时自动断开供电电源。

4)正反转模块。电机可以根据工作需要实现正转和反转功能,达到工器具、材料的上下牵引传递的目的。

4.4 电机保护模块

电机保护模块主要用于保护电机,由高稳定性的LM385 芯片与XC0608 无刷电机专用集成芯片配合实现,主要包括过流中断保护模块和过压欠压保护模块等。

4.4.1 过流中断保护模块

过流中断保护模块原理图如图7所示。它主要用来对电机的过流进行控制,通过串联4 个电阻(R32和R43,R47和R51)在电源的供电回路中,根据电阻电压与电源的供电电流成正比的关系,测定电源的供给电流。由电流采样电阻取出的信号,经LM358 放大,从NEC单片机的AD输入。通过电流检测芯片设置的阈值来判断是否过流。

4.4.2 过压欠压保护模块

过压欠压保护模块原理图如图8所示。

过压欠压保护模块利用电压采样电阻(分别是R39,R45),从2个电阻中间取得电源电压的变化即POWER到地的分压,以供NEC单片机监控电池电压。

当电池电压低于33 V时,电源停止供电,以避免电池的过度放电;同理,如果高于电源电压时,则稳定到电源电压。

5 结论

1)输电线路带电作业绝缘电动牵引装置采用XC0608 无刷电机专用集成芯片为控制核心,以新型低速的轮毂无刷直流电机作为动力,装置的稳定性较高。

2)将传统的金属滑轮改为绝缘滑轮,有效解决了绝缘工具的二次污染问题,为带电作业人员和设备的安全多提供了一份保障。

3)带电作业绝缘牵引装置具有启动、调速、正反转、暂停等多种功能,同时配备了电子锁与机械锁两种类型刹车,具有使用方便,操作简单、安全高效的特点,有效地减轻了作业人员的劳动强度,提高了工作效率。

参考文献

[1]周考信.我国电网技术的现状和未来[J].电网技术,1995,19(2):1-4.

[2]吴敬儒,徐永禧.我国特高压交流输电发展前景[J].电网技术,2005,29(3):1-4.

[3]胡毅,王力农,邹伟.送配电带电作业的现状与发展[J].电力设备,2003,4(2):35-39.

[4]胡毅.输配电线路带电作业技术的研究与发展[J].高电压技术,2006,32(11):1-10.

[5]GB/T 16927.1—1997高电压试验技术,第一部分:一般试验要求[S].1997.

[6]胡毅.送变电带电作业技术[M].北京:中国电力出版社,2004.

[7]丁一正.带电作业技术基础[M].北京:中国电力出版社,1998.

[8]王丽梅.110 k V电压等级交联聚乙烯绝缘材料老化特性研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2013.

[9]刘述喜,王明渝.基于DSP的电机数据采集卡设计[J].微特电机,2008,36(12):22-25.

[10]石海鹏,李卫国,渠展展.手持式绝缘子在线检测装置的研究[J].电瓷避雷器,2012(1):22-26,32.

[11]DL 409—1991电业安全工作规程[S].1991.

绝缘装置第8篇

电线电缆行业虽然只是一个配套行业,却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多,应用范围十分广泛,是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。

中国经济持续快速的增长,为线缆产品提供了巨大的市场空间。未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。因而,国内电线电缆的检测业务就其总量而言应该还是有上升的空间。

长久以来,很多检测工作限于方法和实际的局限性,不得不通过人工方法——感官观察,大脑判断——完成。然而人工方法往往具有效率低下,精度不高等缺陷。

最近几十年,模式识别和图像处理技术的发展在一定程度上给检测工作指明了一条新路,即通过图像采集数字化并通过图像处理(观察),模式识别(判断)的步骤让计算机来得到最后的结果,从而取代人工方法的观察与判断。

因而在图像检测的过程中,图像处理与模式识别的算法就成为其中的关键,能否准确的得到图像,能否正确的判断出图像中的信息,这就是图像检测方法中的重中之重,也是制约图像检测在实际应用中的症结所在。

电线电缆的绝缘厚度与护套厚度的测量是所有电线电缆检测所必须要进行的项目。但是现在除了少数检测机构使用进口设备对此进行测量之外,绝大多数的检测机构所进行的检测工作中的测量与读数工作都通过人工完成,因此占用了大量的人力与时间。据统计通过人工检测方法完成一个电线电缆样品绝缘厚度的测量至少需要2小时。

本文所解决的问题在于将图像处理与模式识别技术应用到电线电缆绝缘与护套厚度的检测中,编制新的算法来使计算机检测的数据准确、可靠,使测量工作规范化,并具有通用性、可比性。同时对电线电缆的图像检测方法进行探讨,为日后的同类工作提供一定的借鉴作用。

1 国内外研究状况

国外对模式识别和图像处理的研究由于开展的早,而且具有资金、技术和硬件的基础,其应用研究已经走在国内的前面。国外模式识别和图像处理的应用领域越来越广泛,涉及到了社会生产的方方面面,应用的深度也越来越大。

国内近年来对于模式识别和图像处理技术越来越重视,很多大学设立了相关的科研院系。中国的模式识别和图像处理产业在几年来取得了不小的成绩,在医学,火灾,交通,材料分析等方面都有着广泛而深入的应用,并拥有了相关的自主知识产权,但是总体上还是落后国外的发展水平。[1,2]

模式识别和图像处理技术在电线电缆检测中的应用在国内十年前出现了相应的概念,有国内的学者提出过在Windows平台上,使用VB和VC++开发的面向工业CT机应用,基于数据采集与图象处理的一个应用系统--电缆在线检测系统的设计与实现[3]。而近期有学者提出过利用X射线图像系统通过噪声处理和电缆图像特殊边缘检测,来实现电线电缆的尺寸检测[4]。但是这些仅仅停留在理论之上,并没有化为实际应用的可商品化的设备。

国外相关的发展相当成熟,上海电缆技术研究院曾进口了一台国外的设备,可以同时对六个样本的电线电缆绝缘和护套厚度进行测量,但是价格相当昂贵,很少有国内机构能够购置。可以看出,在检测设备方面,自主开发还是有相当大的前景的。

2 测量需求

根据国家标准GB/T 2951.11-2008的测量要求,电缆和光缆的绝缘和护套材料的厚度和外形尺寸应该采用显微镜或者放大倍数至少10倍的投影仪进行测量。测量的主要目的是得到电线电缆横截面的切片,确定其中的最薄点。然后以最薄点为基准,将整个电线电缆横截面的圆周分为约60度的6个区域,并从不包括最薄点的其他5个区域中得到各自区域的最薄点,这6个点作为测量点。测量被测点所在位置圆周的厚度,获得6个数据,作为测试原始数据。

国家标准GB/T 2951.11-2008的检测要求如下:

(1)绝缘厚度为0.5 mm及以上时,视觉检测系统读数到小数点后两位(以mm计);

(2)绝缘厚度小于0.5 mm时,读数测量到小数点后三位,第三位为估计数字。

3 图像测量总体方案

系统由以下几个部分组成:

(1)CCD摄像系统

由CCD摄像机和光组构成。由于标准中最终测量分辨率要求达到0.01 mm,系统选用有效分辨率500万pixels的CCD摄像机,并将视域(Field of View: FOV) 控制在25 mm的范围内,以获得0.05 mm的原始检测分辨率;

(2)调焦控制台

高精度调焦技术是进行图像测量的第一步,也是高精度图像测量的前提,调焦控制用于减小散焦误差带来的尺寸测量影响。调焦控制台包括:升降工作台和调焦处理软件两部分。

(3)LED背光源

为提高被测边缘提取精度,系统将采用散射式LED背光源,用于提高图像边缘信噪比。

(4)标定模板

标定模板用于对摄像机进行系统标定。由于标定模板的精度直接影响最终测量精度,须采用高精度的光刻技术加工平面玻璃,最终直线误差与定点分布误差控制在±2.5 μm。

检测系统示意如图2所示。

4 图像及测量软件方案

4.1 图像预处理技术

利用图像预处理技术对被测图像中可能存在的散粒噪声、暗电流噪声及光电响应非均匀噪声进行滤除。系统拟采用中值滤波及高斯滤波,滤波解析表达式分别由式(1)(2)所示,图4为预处理后的效果图。

undefined

g(i,j)=e(i2+j2)2σ2 (2)

4.2 边缘检测技术

图像的边缘是图像最基本的特征,本文使用Canny算法进行边缘的初步提取,并利用几何分类方法将内外圈边缘进行分类,作为后续计算最终电缆切片最小距离的基础。Canny算法的目标是找到一个最优的边缘检测算法,最优边缘检测的含义是:(1)最优检测:算法能够尽可能多地标识出图像中的实际边缘,漏检真实边缘的概率和误检非边缘的概率都尽可能小;(2)最优定位准则:检测到的边缘点的位置距离实际边缘点的位置最近,或者是由于噪声影响引起检测出的边缘偏离物体的真实边缘的程度最小;(3)检测点与边缘点一一对应:算子检测的边缘点与实际边缘点应该是一一对应。为了满足这些要求Canny使用了变分法,这是一种寻找满足特定功能的函数的方法。最优检测使用四个指数函数项表示,但是它非常近似于高斯函数的一阶导数[5]。

5 硬件设计方案

由于检测精度的要求相当高(微米级),因此需要定制精密的设备来保证整个测试系统的检测精度,从而保证测试的准确性和可靠性。具体说明如下。

(1)光源为保证测试设备的准确性,需要两种光源:

①环形带同轴光,此光源使用均匀漫射顶光。漫射顶光消除了炫目光和阴影,产生均匀照明。

②低角度环形光,此光源使用由侧面均匀照射的漫射光源。低角度漫射照明光源可以在不产生LED反光的情况下,使字符和缺陷被均匀照明。

两种光源同时检测,互相校验。两种情况下的测试结果误差在一定范围之内则说明此次试验的结果可靠,保证了测试的准确性和可靠性。

(2)调整支架(定制)整个实验系统的精度由摄像头分辨率(图像处理精度)和调整支架的机械精度共同决定,整个实验系统的精度需要达到10μm,则图像精度和调整支架精度均必须在10 μm以下,调整支架必须选用高精度的丝杠材料,并根据实验要求定制。

6 应用实例

对4样品进行测量,取每个样品最薄点的绝缘厚度,分别测量10次,数据如表1所示:

根据国家标准GB/T 2951.11-2008的测量要求,规定的绝缘厚度为0.5 mm及以上时,读数测量到小数点后两位(以mm计);规定的绝缘厚度小于0.5 mm时,读数测量到小数点后三位,第三位为估计数字。从数据看,测量结果符合标准要求。

本装置已经通过了计量认证,正确性为-0.4%。

7 结束语