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1、 国内图书分类号： TM855 国际图书分类号： 621.3 学校代码： 10079 密级：公幵 专业硕士学位论文 电气试验车的研究与应用 硕 士 研 究 生 ：鲁永 导 师：王永强副教授 企 业 导 师 ： 高 健 高 工 申请学位 .工程硕士 专 业 领 域 ：电 气 工 程 培 养 方 式 ：在职 所 在 学 院 ： 电气与电子工程学院 答辩日期 ： 2012年 3月 授予学位单位 ： 华北电力大学 Classified Index: TM855 U.D.C: 62L3 Thesis for the Master Degree The Research and Application o
2、f an Electrical Test Vehicle Candidate： Lu Yong Supervisor： School： Associate Professor Wang Yongqiang School of Electrical and Electronic Engineering Date of Defence： March, 2012 Degree-Conferring-Institution： North China Electric Power University 华北电力大学工程硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士学位论文电气试验车的研究与应
3、用， 是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读工程硕士学位期间独立进行研究工作所 取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式注 明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作 者 签 名 ： 日 期 ： 7 价年 月）日 华北电力大学工程硕士学位论文使用授权书 电气试验车的研究与应用系本人在华北电力大学攻读工程硕士学位期间在 导师指导下完成的博士学位论文。本论文 的研究成果归华北电力大学所有，本论文 的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使 用学位论文的规定，同意学校
4、保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允 许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于（请在以上相应方框内打 “ v ”) ： 保密 ，在 年解密后适用本授权书 不保密 作 者 签 名 ： 闩 期 ： 年 $ 月 LR 导师签 名 ： i 円期： 丨 1年 3月 M=I 华北电力大学硕士学位论文 摘 要 电力设备的绝缘状况、健康水平的好坏决定了电网的稳定、安全和可靠运 行。随着电网规模的急剧扩张和供电可靠性要求的提高，对电网停电检修的时 间的要求越来越短，检修要求越来越高，检修的项目也越来越多。电站的
5、地理 分布也越来越广阔。因此检修试验要求与停电时间之间的矛盾越来越尖锐。而 周时电气试验人员没有得到增加，反而有逐年减少的趋势。在这样的大背景下 如何在有限的测试时间内高效的完成设备检测，准备的判断出设备的绝缘状况 和健康水平显得越来越重要。本文主要是为了解决传统试验模式存在的弊端， 研究了基于车载平台的电气试验车，在介绍了整体方案的基础上，着重研究了 电气试验车的硬件方案和控制分析软件，在硬件方案中，对布局思路和组织架 构图的实现进行了详细阐述，在控制分析软件中，对软件的功能和实现进行了 阐述，最后，通过在驻马店供电公司变电检修部的应用，认为该车布局合理， 充分发挥了电气试验车的大负荷机动平
6、台优势，解决了试验车不便接近试品问 题，充分体现了试验功能的机动性和多样性，具有适用范围广、安全性高、可 靠性高、支持远程测量、 扩充升级方便、 数据集中 、舒适性好等多种特点，对 改善高压电气试验项目的工作效率、方法、环境有重大意义。 关键词：电气试验车；集成控制器；检测单元；模块化 华北电力火学硕土学位论文 Abstract The stability, safety and reliable operation of the power grid depends on the insulation of electric power equipment condition, health
7、 level. With the rapid expansion of the scale of power system and the power supply reliability of power network, power off maintenance time is required much more shorter, maintenance requirements of increasingly high, overhaul project are increasing. However, power stations5 geographic distribution
8、is more and more widely. Therefore the maintenance test requirements and the outage time of the contradiction between more and more sharp. While the number of electrical test personnel has not been increased, but there is decreasing trend. In such a context,it is very important to finish the testing
9、 in limited time with efficient completion, to judge the insulation condition of the equipment and the level of health .This paper is mainly to solve the traditional test model deficiencies, based on the study of vehicle platform electrical test on the vehicle, after the introduction of the overall
10、scheme of the basis, focusing on the electrical test vehicle hardware and control analysis software, in the hardware scheme, the layout and organization of the implementation in detail, in the control analysis software, the software functions and the implementation are described, finally, the Zhumad
11、ian Power Company substation maintenance department application, that the layout is reasonable, give full play to the electrical test vehicle of large load motor platform advantages, solves the inconvenience to test vehicle test problems, folly embodies the test function flexibility and diversity, w
12、ith a wide range of application, high safety, high reliability, support for remote measurement, easy to upgrade, expand data concentration, good comfort and other characteristics. It is of great significance to improve the working efficiency of high voltage electric test items, methods and environme
13、nt. Keywords: The electrical test vehicle； integrated controller； detection unit； modular 华北电力大学坱上学位论文 目录 m . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1电气试验的重要性 . 1 1.2电气试验专业目前的现状及存在的问题 . 1 1.3电气试验车的优点 . 3 1.4本文的主要内容 . 4 第 2章电气试验车的整体方案 . 6 2.1电气试验车的设计思路 . 6 2.2电气试验车的技术路线 . 6 2.3电气试验车的组织架构 . 6 2.4符合标准 . 7 2.5
14、本章 /J、 结 . 9 第 3章试验车的硬件方案 . 10 3.1整体结构布局 . 10 3丄 1布局思路 . 10 3.1.2基本布局 . 10 3.2结构与功能 . 11 3.2.1组织架构图 . 11 3.2.2集成控制器 . 11 3.2.3综合试验电源 . 12 3.2.4集成接线单元 . 18 3.2.5检测模块（试验仪器） . 18 3.2.6智能供电单元 . 35 3.2.7安全保障单元 . 37 3.2.8综合监控单元 . 40 3.3其佘功能 . 40 3.3.1抗震功能 . 40 3.3.2临时搭载 . 41 3.3.3 夜 |ill试验 . 41 _ 华北电力大学峽
15、.丨 :学位论文 _ 3.4本章小结 . 41 第 4章试验车的控制分析软件 . 43 4.1软件简介 . 43 4.2系统设计要求 . 43 4.3系统开发及运行环境 . 43 4.3.1系统开发环境 . 43 4.3.2系统运行环境 . 43 4.4软件的功能与结构 . 44 4.4.1控制分析软件的功能 . 44 4.4.2控制分析软件的功能结构图 . 45 4.5软件功能的实现 . 45 4.5.1登陆模块 . 46 4.5.2管理类 . 47 4.5.3监测类 . 53 4.5.4试验类 . 57 4.6本章小结 . 59 第 5章试验车的现场应用 . 60 5.1北郊主变试验情况
16、. 60 5.1.1对比测试数据的准确性 . 60 5.1.2对比测试时间 . 61 5.1.3对比试验人员 . 61 5.1.4对比劳动强度 . 61 5.1.5对比试验报告 . 63 5.2芦岗丌关试验情况 . 63 5.2.1测试数据准确性对比 . 63 5.2.2测试时间又子比 . 63 5.2.3试验人员对 t： 匕 . 64 5.2.4劳动强度对比 . 64 5.3芦岗 CT试验情况 . ： . 64 5.4天 22东表避雷器试验情况 . 64 5.5本章小结 . 65 第 6章结论 . 66 参考文献 . 67 i#j . 70 IV 平北屯力人学硕 .1:学位论文 攻读硕士学位
17、期间发表的论文及其它成果 . 71 作者简介 . 72 华北电力大学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1电气试验的重要性 电力在工业生产、人们生活和交通运输等各方面举足轻重，而变电站高压电气 设备工程交接试验和运行中的预防性试验是保障高压设备长期、安全、经济运行的 可靠手段 。众所 周知，由于电力设备在设计和制造过程中可能存在着一些质量问题， 而且在安全运输过程中也可能出现损坏，由此将造成一些潜伏性故障。电力设备在 运行中，由于电压、热、化学、机械振动以及其他因素的影响，其绝缘性能会出现 劣化，甚至失去绝缘性能，造成事故。 据有关统计分析，电力系统中 60%以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引
18、起的。 设备绝缘部分的劣化、缺陷的发展都有一定的发展期，在这个期间，绝缘材料会发 出物理、化学信息，这些信息反映出绝缘状态的变化情况。这就需要运行部门的电 器试验人员通过电气试验，在设备投入之前以及运行中了解掌握设备的绝缘情况， 以便在故障发展的初期就能准确及时地发现并处理。因此在设备验收和运行时要开 展电气试验工作。 1.2电气试验专业目前的现状及存在的问题 电力设备的绝缘状况、健康水平的好坏决定了电网的稳定、安全和可靠运行， 随着电力设备数量的越来越多，状态检修试验周期的延长、设备停电时间的减少， 而同时电气试 验人员没有得到增加，反而有逐年减少的趋势。在这样的大背景下如 何在有限的测试时
19、间内高效的完成设备检测，准备的判断出设备的绝缘状况和健康 水平显得越来越重要。 现有的绝大多数试验车，都是基于已有的分立仪器集合上车模式实现，集装于 试验车上的试验仪器，各自都一套大而全、小而全的操作系统、电源系统、检测系 统和独立的机构结构，势必产生不必要的空间消耗。因此，无论试验车的设计者如 何巧夺天工，其组织方式决定了，集装式试验车的空间利用效率是比较低下的，同 时它没有在中心电脑上对各种试验仪器进行集中控制，只是集装而并没 有实现全过 程的自动化控制。虽然有些试验车也已实现在中心电脑上对各试验仪器进行集中控 制，如西南交通大学研制的变电站电气试验车，但并没有实现试验数据的计算、分 析、
20、对比功能，因此仍然不是真正意义上的智能化集成。现有的试验车有的已经集 成，但是没有将检测单元模块化，不能将试验单元与车分离，单独使用。 国内关于试验车的研究及软件系统的开发已冇相关报文献介绍了山 华北电力大学硕士学位论文 60kV直流高压控制器与 300kV直流高压控制器等组成的变电站电气试验车，试验 设备及主控区由若干试验仪器及附件的独立机柜组成，没有实现其检测单元的模块 化和，不便于下车使用，同时没有对控制器进行集成。文献 2-7重点研究了电气试 验车的软件开发设计系统，其中文献 2在系统结构上采用模块化设计，主要由数据 管理模块、测试与控制模块、用户管理模块构成；文献 3采用虚拟操作界面
21、对电力 试验车各试验仪器进行计算机集中控制系统，满足了输变电设备状态检修试验在 “ 灾害应急、重点保障、事故抢修与理性巡检 ” 等方面的要求；文献 4以汽车为载 体，试验系统以积木式结构安装于车内，系统作为一个流动的试验站，能够对变电 站（所）名、试验设备、试验项目及部位进行配置；文献 5侧重介绍了 Delphi在 电气试验车报表打印界面中的应用；文献 6利用 VFP开发了电气试验车试验界面， 实现了电气化铁路牵引变电所高压电气试验的自动化操作；文献 7介绍了铁路电力 试验车软件的架构及总体控制策略。文献 8-10侧重介绍了电力试验车的结构特征。 经过分析，虽所列相关文献，介绍的电气试验车具备
22、了数据智能化管理软件、视频 监控、环境参数监测等功能，但并没有将控制 器集成、没有将检测单元模块化并集 成。 通过调查研究发现，全国绝大多数供电公司电气试验专业目前存在的状况是一 样的：试验人员人工装运试验设备到变电站现场测试，记录试验数据，查阅保存在 班组或变电站资料柜内纸质报告，回来后计算、分析，出具试验报告。这种多年形 成的传统试验模式越来越不能适应目前电网发展的需要，具体来说有下面几个方 面： (1) 传统试验模式下，试验人员和仪器设备安全难以保证。 传统试验模式下，试验人员需要在现场连接、拆除电源线，仪器接线，由于电 源未切除、放电未干净等容易造成人员伤害。仪器设备由于来回 搬运，运
23、输中无法 固定等容易造成损坏，测试数据不准。 (2) 传统试验模式下，不能有效解决电磁干扰问题。 传统试验模式下，试验设备处于变电站带电设备电磁干扰之下，虽然有些设备 抗千扰的能力比较强，试验仪器、连接线、人员没有完全处于屏蔽之中，测试数据 就要受到电磁干扰的影响。 _ (3) 传统试验模式下，需要试验人员数量多，试验时间长。 试验人员数量一般不能少于四人，搬运试验设备上车、下车，连接、拆除试验 接线，试验的准备工作烦琐，人员精力很大程度上浪费在与测试、分析数据无关的 工作上。测试时间比较短，但准备时间很长，整理试验报告要通过手工一步一步计 算，才能判断试验数据是杏合格。 (4) 传统试验投忒
24、 T， 试验分析不能有效发现设 &缺陷。 华北电力大学硕士学位论文 传统试验模式下，试验人员现场测试数据，由于时间有限只能简单判断后给出 试验结论。回班组后出具试验报告时才详细计算、分析试验数据，查阅出厂、交接、 上次试验数据进行对比计算分析，此时发现测试数据如有异常、超标往往得不到有 效处理，被试设备已经带电，不可能再停电进行重新测试。 (5) 传统试验模式下 ，试验人员人为出错的几率大。 传统试验模式下，试验人员需要带试验仪器设备、接线拆线、人工计算判断等 工作，这样就可能到达现场后发现漏带仪器设备，接错线拆错线，人工计算判断时 可能计算错误、判断错误。 (6) 传统试验模式下，试验数据处
25、理等后期工作量大。 传统试验模式下，试验人员现场测试完数据只是完成了工作的一小半，回到班 组后需要计算、对比试验数据出具试验报告，人工计算的工作量是非常大的，例如： 变压器（电抗器）状态量评价标准第 16项 ，绕组直流电阻判断依据有下面三条： 1) 各相绕组相互间的差别大于三相平均值的 2%，无中性点引出线的绕组，线 间偏差大于三相平均值的 1%; 2) 与以前相同部位测得值折算到相同温度其变化大于 2%; 3) 但三相间阻值大小关系与出厂不一致。以通常的三绕组三相、高压 17档、 中压 5档的变压器为例，其全部直流电阻数据有 69个数据，试验人员需要把本次 试验数据 （ 69个数据 ） 按照
26、判断依据第 1条的要求至少计算 115次；按照判断依据 第 2条的要求，需要把本次试验数据与出厂试验数据、交接试验数据和以前预试数 据进行计算比较，如仅考虑与出厂、交接试验数据，至少需要计算 138次，若考虑 以前己有的预试数据计算次数将更多；按照判断依据第 3条的要求，至少需要计算 408次。仅就每台变压器绕组直流电阻分析判断这一项，如果按照要求至少需要计 算 661次。 试验报告完成后试验人员还需要把试验数据、试验报告输入电脑、 PMS系统 保存。试验报告的后续工作量比较大，人工计算，易于出错。 1.3电气试验车的优点 多年形成的传统试验模式己经越来越不能适应目前电网发展的要求，智能化状
27、态检修试验车就是解决传统试验模式种种弊端的有效方法。 智能化状态检修试验车 具有的优势主要有： (1) 试验人员和仪器设备安全得到保证。 试验车中仪器设备模块安装有减震装置，全部可靠固定在车架上，能有效避免 伩器设备受到大的震动。试验车车顶设 K有监视、报警装置，还配备有各种保护、 闭锁装能冇效避免意外状况出现。 华北电力大学硕士学位论文 (2) 试验车能有效解决电磁干扰问题。 试验车外壳设置有两层屏蔽装置，所有仪器设备、试验人员和连接线全部处于 金属屏蔽层之中，完全不受变电站带电设备的电磁干扰。 (3) 试验车需要的试验人员少，试验时间短。 采用试验车以后，所有仪器设备不需要来回搬运了，接线
28、拆线也大大简化，试 验人员需要两名就够了，试验的时间也大大缩短了。 (4) 试验车能有效发现设备缺陷。 采用试验车测试以后，试验数据通过智能化的管理软件能快速、有效、准确得 出试验结论，如有问题在现场就能得到有效处理。 (5) 试验车能降低出错几率，提高试验效率。 釆用试验车测试以后，试验人员所做的工作最大程度得到减少，人为出错的几 率大大减少，试验效率大大提高。 (6) 试验车最大程度的减少后期工作。 采用试验车测试以后，试验数据的分析、计算、对比工作全部由智能化管理程 序自动完成，试验报告也自动生成打印，试验数据及报告通过接口自动输入电脑、 PMS系统保存。可以毫不夸张的说，试验人员基本没
29、什么后续工作了。 1.4本文的主要内容 本文的主要工作包括电气高压试验车的研究和应用，该试验车的研究包括以下 部分： 集成控制系统：该试验车采用全套的控制集成方案，包括主控计算机、备用笔 记本、车载仪器设备、环境采集系统、可控监视系统、声光报警系统、无线网络系 统，打印机等，并通过 ethernet网络进行控制。集成控制系统包含声光报警系统、 无线网络系统、环境采集系统、可控监视系统等辅助设施，便于安全、方便、快捷 地完成实验。 软件及数据库管理系统：电气试验车的主控计算机通过通信接口与车载仪器相 连，配合控制软件实现对试验的控制和数据处理，主要实现以下功能：能够对变电 站 (所 )名、试验设
30、备、试验项目及部位进行配置，；能完成试验数据的采集、分析处 理和存储，并对试验进行进程管理；能完成试验报告的自动生成和打印等。 安全保障系统：电气试验车的主要安全措施如下： (1) 试验车上配备可视监控系统，试验人员可对现场 进行远程监控，便于安 全可靠地完成实验，基于无线网络，试验人员亦可通过笔记本在现场对试验进行操 作和控制； (2) 试验车上配备声光报，器，在仪器通屯试验时，迸行声光报警提示，声 华北电力大学硕士学位论文 光报警器能对误操作进行不同级别的报警，与电子安全围栏相配合，当有人闯入试 验现场时进行声光报警，并切断电源； (3) 试验车上配备语音提示系统，可直观提示试验人员； (
31、4) 试验车上电源具备过流、过流保护功能，并设有明显断开点、电气回路 具备一系列闭锁功能，防止误操作； (5) 可靠地接地系统。 机械标准化 .所有集成控制仪器均采用标准机箱，方便车载仪器进行车下独立 测试、校验及检修，并预留扩展空间，方便以后设备的增加。 电源系统；试验电源分为试验电源和供电电源。试验电源包括车载直流试验电 源和车载高品质交流试验电源。试验车供电电源采用电网供电、 UPS电源和发电机 电源。 试验辅助设备：车上还配备打印机、电源线盘、伸缩式绝缘放电杆、接地线、 灭火器、急救箱等辅助用品。 通过电气试验车在驻马店供电公司的应用情况，从测试时间、测试准确度、安 全性、劳动强度等方
32、面与传统试验方法进行对比，认为电气试验车实现了车载平台 的诸多优势，实现了集约化、数字化、智能化和机动化，完全满足输变电设备状态 检修试验在 “ 灾害应急、重点保障、事故抢险及例行巡检 ” 四个方面的特殊要求。 华北电力大学硕士学位论文 第 2章电气试验车的整体方案 2.1电气试验车的设计思路 试验车设计理念可以从车与伩器的关系上去体现。第一代车是将仪器 “ 放 ” 在 车上，第二代车是将仪器 “ 装 ” 在车上，第三代车的标志是将仪器 “ 长 ” 在车上。 真正集成试验车的设计思路应该是：基于车载平台和任务要求，做相关的试验 功能，以期实现更大的车载优势，减少车载局限，让仪器（试验功能）从车
33、上 “ 长 ” 出来。 2.2电气试验车的技术路线 智能化集成试验车的技术路线是：从电气试验整体角度，以分布式集成方式去 组织、整合试验资源。 所谓分布式，是指车载的试验资源在空间上可以分离，以便灵活适应试场及实 验室校验环境。所谓集成，是指通过通信网络，基于计算机平台实现对试验资源的 调度、操控及数据处理。 分布式集成，是解决完成任务与适应环境之间矛盾的好手段，它既可完美地将 试验车集成一个整体的智能系统，又能够将部分检测功能单元，做成轻巧的功能模 块，用以方便地适应试场环境，它理想地解决了 “ 集 ” 与 “ 分 ” 的和谐 |2。 2.3电气试验车的组织架构 电气试验车的组织架构图如下图
34、 2-1所示，该车的核心元件是集成控制器，它 将智能供电单元、综合试验电源、环境控制单元、安全控制保护单元和检测模块集 成起来，通过集控计算机对其进行控制，整体屯源由智能供电单元进行供电，检测 单元的交流或直流电源由综合试验电源提供，通过将电气试验车的操作控制系统、 试验电源、检测单元分别进行集成，从而实现最大限度的解放车载 -空间、提高试验 质量、支持远程测量、全过程计算机自动控制。 华北电力大学硕士学位论文 图 2-1智能化集成电气试验车的组织架构图 该车的技术特征可以概括为 “ 三个集成、一个模块化 ” 即操控集成、电源集成、 接线集成和检测单元模块化。 （ 1)操控集成：车载所有适合集
35、成的检测单元，除开 启电源及接线操作外，其他操控都可以在中央控制平台上实现。数据运用、分析、 管理及存储通过一套综合系统软件来处理。 （ 2)电源集成：以一套高品质、大功率、 数字化的综合试验电源，通过软件任务组态，取代原来分立仪器各自拥有的内置试 验电源，不但可大大减少原单独仪器的重量与体积，还可大大提高电源质量与应用 范围，提升电气试验的深度与质量。 （ 3)接线集成：试验车上众多检测单元（仪器 ） 集中使用，对这些众多试验引接线进行综合归并、复用，对收、放试验接线机动化， 智能化，从而减小引线数量，减少接线、收线、理线工作量，提高现场作业的工作 效率。 （ 4)检测单元模块化：对相关检测
36、单元的功能进行综合、归并及重组，统一 外形尺寸与结构，采用机架、 轨道方式，方便上、下车，保持较好机动能力，使检 测单元实现功能与结构模块化。 2.4符合标准 本车符合但不限于表 2-1中的标准及规范： 华北电力大学硕士学位论文 表 2-1电气试验车符合的标准和规范 GB19517-2004 国家电气设备安全技术规范 DL 408 1991 电业安全工作规程 (发电厂和变电所电气部分 ） DL 409-1991 电业安全工作规程（电力线路部分） DL/T621 交流电气装置的接地 GB 7258 2004 机动车运行安全技术条件 GB4793-1984 电子测量仪器安全要求 Q/GDW168-
37、2008 输变电设备状态检修试验规程 GB50150-2006 电气装置安装工程电气设备交接试验标准 DL/T596-1996 电力设备预防性试验规程 DL/T1082-2008 高压实验室技术条件 GB 8410 1994 汽车内饰材料的燃烧特性 GB6587.1-1986 电子测量仪器 GB/T 2423.8-1995 电工电子产品基本环境试验规程 GBAT16927.1 高电压试验技术第一部分一般试验要求 GB/T16927.2 高电压试验技术第二部分测量系统 DL/T 845.1-2004 电子式绝缘电阻表 DLT474.1-2006 现场绝缘试验实施导则：绝缘电阻、吸收比和极化指数试验 DL/T 962-2005 高压介质损耗测试仪通用技术条件 DLT474.3-2006 现场绝缘试验实施导则：介质损耗因数 tan S试验 DL/T 845.3-2004 直流电阻测试仪 DL/T 845.4-2004 回路电阻测试仪 DL/T 846.1-2004 高电压分压器测量系统 DL/T 846.3-2004 高压开关综合测试仪 DL/T 846.8-2004 有载分接开关测试仪 DL/T 849.6-2004 高压谐振试验装置 DLT474.4-2006 现场绝缘试验实施导则：交流耐压试验 DL/T