珠海许继电气有限公司的林华梁、彭松，在2023年第5期《电气技术》上撰文，对配电终端绝缘性能测试进行调研分析，针对传统测试方法的不足，提出自动测试改造的系统解决办法。通过设计系统程序，实现自动判断测试结果、生成测试报表并上传至信息管理系统。搭建完整测试平台做验证，根据结果得出，该自动测试系统可在实际应用中提高生产效率、节省人力成本、提高测试的可靠性，并保证产品出厂质量，实现了配电终端绝缘性能测试的自动化和信息化。

  配电终端设备是配电自动化系统的重要组成部分，为保证配电终端在现场的安全稳定运行，须在出厂前对其进行各种功能检测，这中间还包括绝缘性能测试，绝缘性能测试的内容有绝缘电阻测试和绝缘强度测试。

  企业智能化改造，是新一轮科技革命和产业变革趋势。在工业生产制作的完整过程中，工序检测是保障产品质量的关键作业。传统检测依靠人的经验，即便有很多检验检测设备，也仍然需要人做多元化的分析判定，甚至还有必要进行人工复检、抽检等作业，对产品质量的执行控制、失效分析、整改闭环等管理已成为制造业的重点关注内容。

  现有配电终端产品在生产的全部过程中的绝缘性能测试主要是依靠人工操作，测试设备有兆欧表和耐压测试仪，需要人工读取、记录数据，且操作的流程中还需更换测试连接接口，操作复杂繁琐，效率低下，存在误操作及结果误判等问题，不足以满足企业的自动化与信息化发展要求。

  根据国家电网标准和行业标准，配电终端设备在正常大气条件下的绝缘电阻和绝缘强度试验要求分别见表1和表2。

  在绝缘性能测试过程中，应保证配电终端外观和现场使用一致。如外壳和端子盖板由绝缘材料制成，应在其外覆盖导电箔与接地端子相连，导电箔应距接线cm。试验时，不做试验的电气回路应短路并接地。

  试验信号为50Hz正弦波电压，时间1min，电压要求符合Q/GDW 514中5.4.2条款的规定。试验时不得出现击穿、闪络现象，泄漏电流应不大于5mA。被试回路如下：电源回路对地、输出回路对地、状态输入回路对地、工频交流电量输入回路对地、以上无电气联系的各回路之间，以及输出继电器常开触点之间、交流电源和直流电源之间。

  从配电终端设备绝缘电阻和强度测试标准能够准确的看出，绝缘性能测试接线回路多、接线复杂，人工测试需要多次重复插拔测试回路，且记录测试数据较多。

  根据馈线终端绝缘电阻和强度的测试特点，为保证系统的科学性、合理性，主要按以下思路进行系统方案设计：①测试回路自动切换设计；②结果自动判断和信息化处理；③系统自检设计；④测试过程可视化设计。

  系统总体设计如图1所示，主要设备包括耐压测试仪、工控机、系统服务器、自动测控仪、扫描枪、打印机和被测产品。工控机对耐压测试仪来控制输出，耐压测试仪对产品做耐压测试和绝缘电阻测试输出，自动测控仪接收上位机下发的参数，进行耐压测试的线路切换，扫描枪用于扫描产品和测试人员信息，打印机可以打印测试报表，同时测试结果接入公司制造执行系统（manufacturing execution system, MES）产品管理系统。

  根据不同通道之间的绝缘电阻和绝缘强度测试要求，由自动测控仪控制功率继电器来测试通道的切换，设计程控DSP2812核心控制板的数字输出（digital output, DO）部分，控制继电器的动作。继电器切换回路如图2所示。

  DSP将计算得到的I/O（input/output）动作逻辑指令发送到CPLD，将各路数字量信号锁存到CPLD，再经过光电隔离输出，每位数字量的开出均由开出使能和相应的数字量输出控制位来控制。当开出使能时，数字输出控制位为“1”，该路开出为“有”，否则开出为“无”。光电隔离的开关量输出控制通道逻辑状态。核心控制单元通道组合原理如图3所示。

  在逻辑组合切换中，存在回路未动作和动作触点损坏的问题。在设计上，通道回路开入信号（digital input, DI）经过光耦隔离，再经CPLD输入DSP。核心控制单元通过对回路DI信号进行仔细的检测分析，实时确定系统组合回路的通断状态。由此可对总系统的测试回路进行自检，以判断回路是不是正常；还可对组合逻辑回路进行系统校验，比对测试组合回路是不是正确，实现实时在线分析。通道回路自检测原理如图4所示。

  绝缘性能测试输出时序如图5所示，图中T1为触发启动测试信号需保持的时间，大于20ms；T2为触发启动测试信号和测试步骤实际输出的间隔时间，小于200ms（上一个步骤测试结果的信号状态已预先清除）；T3为各测试步骤所需时间；T4为测试结果完成和测试步骤实际输出结束的间隔时间，大于5ms；T5为设备测试所使用的时间，此信号与耐压测试仪面板告警灯同步；T6为两个测试步骤之间的间隔时间，在测试结束信号设置使能时，间隔时间大于10ms。

  经实际测试，绝缘耐压测试仪控制输出时序满足配电终端绝缘性能自动检测系统的自动控制要求，包括自动启动测试、测试步骤之间的切换、结束测试等项目。

  工控机上运行PC管理程序，提供人机交互界面，按照设定的参数管理自动测试进程，控制耐压测试仪的输出和接收耐压测试仪反馈的测试信息，以及生成测试报告，并提供测试记录的查询功能，上传测试结果至配电终端数据管理系统，实现自动测试信息化处理。

  上位机在Windows环境下采用Microsoft Visual Studio 2010开发。整个自动耐压测试系统分为六个程序模块进行开发，即耐压测试仪通信模块、自动测控仪通信模块、产品测试项配置管理模块、自动测试控制模块、测试报告生成模块、MES对接模块。程序设计框图如图6所示。

  耐压测试仪通信设计包含控制命令集合、返回处理、报文显示等主要内容，实现对耐压测试仪所有命令的归类汇总，编写类库；对查询命令返回的指令进行解析，得到所需测试数据。耐压测试仪通信模块设计如图7所示。

  耐压测试仪为二线式半双工异步传输模式，字符的传输格式为1个起始位、8个数据位、1个结束位共10位。在广播模式下，接收装置不回应任何数据。在点对点传输模式下，当接收装置收到询问函数时，回传对应数据；当接收装置收到执行命令时，回传执行结果。通信报文格式见表3。

  抬头固定为0xAB；目的地址为0x0～0x7F，0xFF为广播地址；来源地址为0x0～0x7F；数据长度表示数据字段的资料长度；数据字段含系统参数设置、启动、停止、读取结果、读取测试步骤等命令字段。通信报文举例见表4。

  设置参数报文含义：设置设备地址为0x01的耐压测试仪参数，测试步骤为Step1，测试类型为AC Mode，设置电压输出为1000V，电压由0上升至1000V的时间为2s，测试时间为5s，测试最高漏电流为1.000mA，最低漏电流为0.100mA。

  结果回复报文含义：回复设备地址为0x01的测试结果，测试步骤为Step1，测试结果为PASS，测试类型为 AC Mode，输出电压为 0.099kV，漏电流为0.009mA。

  在自动测控仪通信模块设计方面，主要对DO输出遥控报文进行逻辑控制，实现对高压继电器线路切换和测试状态灯的控制，接收自动测控仪的遥信反馈报文，判断切换回路是否正常。

  将所有产品型号分为通用型和特殊型，可进行如下操作：新产品型号的添加、产品型号的删除、产品类别的选型、产品型号类别的修改。

  自动测试控制模块是实现自动测试的核心内容，能完成不同测试项之间的切换，在系统运行中读取测试完结时的测试数据，并将数据来进行结果核对，显示到界面上。测试过程信息包含当前项目时间显示、当前测试步骤、测试结果、错误信息，以及测试过程中发生的具体操作在测试完结后，程序自动调用相对应的报表模板进行数据填充，实现打印测试报表功能，同时备份至终端管理服务器。测试程序流程如图8所示。

  根据总体软硬件设计思路，完成终端耐压检测系统设计，系统实物如图9所示。操作台长1 510mm、宽810mm、高1 130mm，操作台内部采用钢结构设计，底部开有通风散热孔（装有过滤网），可有很大效果预防某些元器件过热；操作台底部装有4个万向轮，便于移动；操作台外部采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（acrylonitrile butadiene styrene, ABS）包边设计（板厚5.0mm，颜色参照色标RAL7032），两侧及后面部分可拆卸，便于进行内部改造。

  系统界面如图10所示，最重要的包含工具栏、测试项目列表、测试采样值、测试信息等几个部分，以及表盘窗口、终端数据实时显示窗口、报文显示窗口三个浮动窗口。

  经过实际应用，系统能自动完成测试并读取结果进行判断，总共测试时间约5min，比手动测试速度快15min，提高了效率、节省了人力成本，并可将测试结果实现信息化管理。系统测试结果见表5。

  本文对传统手动终端绝缘性能测试办法来进行改造，设计了配电终端绝缘性能自动测试系统，可完成测试通道的自动切换和测试结果的自动判断与处理，提高了配电终端绝缘性能测试的可靠性和检测效率，提升了产品质量，来保证了配电终端设备的安全可靠运行。

  本文所设计的配电终端绝缘性能自动测试系统已投入到正常的使用中，可以在一定程度上完成一键自动测试，自动生成电子报表，实现设备的自动化和信息化管理。

  本工作成果发表在2023年第5期《电气技术》，论文标题为“配电终端绝缘性能自动测试系统的研究与应用”，作者为林华梁、彭松。

  ☎️ 《电工技术学报》/6981；邮箱：☎️ 《电气技术》；邮箱： ☎️ 《中国电工技术学会电机与系统学报（CES TEMS）》：电话；邮箱： ☎️ 编务 ☎️ 订阅 ☎️ 商务合作/6838