周穎

江蘇安科瑞電器制造有限公司江蘇江陰214405

摘要:針對(duì)船舶供電系統(tǒng)電纜的絕緣狀態(tài)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置。裝置采用低頻交流注入法，在IT系統(tǒng)的中心點(diǎn)注入低頻的交流信號(hào)，通過(guò)取樣電路和A/D量化檢測(cè)注入信號(hào)在電路中的響應(yīng)，采用FIR濾波器及DFT算法提取注入信號(hào)，計(jì)算出系統(tǒng)的絕緣電阻和分布電容。基于MCGS嵌入版組態(tài)軟件開發(fā)出人機(jī)交互界面，使測(cè)量裝置操作更加便捷，更方便地監(jiān)控IT系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法切實(shí)可行，裝置測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，能更好地評(píng)估系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：絕緣在線監(jiān)測(cè)；船舶絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

1引言

   由于船舶的工作環(huán)境十分惡劣，因此船舶電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很容易發(fā)生絕緣故障。船舶供電系統(tǒng)一般采用IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是指中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高電阻接地的低壓配電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)IT系統(tǒng)發(fā)生*次單相接地故障或絕緣電阻低于規(guī)定的整定值時(shí)，可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)有絕緣監(jiān)測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

   目前，用于IT系統(tǒng)絕緣檢測(cè)的方法主要有直流疊加法、單頻法、雙頻法、“S"注入法和零序電流法。幾種檢測(cè)方法中，直流法監(jiān)測(cè)的是整個(gè)電網(wǎng)的絕緣情況，無(wú)法判斷具體的某一線路，需在各支路加裝互感器后能夠進(jìn)行選線，但是無(wú)法測(cè)量系統(tǒng)的分布電容大小。雙頻法需要給電網(wǎng)輸入兩種不同頻率的檢測(cè)信號(hào)，使得整個(gè)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜，極大地降低了檢測(cè)設(shè)備工作的可靠性；“S"注入法通常用于判斷電網(wǎng)電力網(wǎng)絡(luò)的單相接地故障，無(wú)法判斷整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的絕緣問(wèn)題。單頻法原理簡(jiǎn)單，能同時(shí)測(cè)量出系統(tǒng)絕緣電阻和分布電容，克服了雙頻法變頻控制裝置復(fù)雜等弊端。

2在線絕緣監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

   低頻交流注入法是在IT供電系統(tǒng)的絕緣變壓器的負(fù)荷中性點(diǎn)注入一個(gè)低頻交流信號(hào)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)的等效絕緣電阻和分布電容，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)整體絕緣狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

   在IT系統(tǒng)絕緣度下降之前，線路絕緣電阻遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，所以注入源的電流對(duì)絕緣電阻的影響非常微弱。同時(shí)，由于IT供電系統(tǒng)三相呈對(duì)稱性，隔離變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)與絕緣變壓器的負(fù)荷中性點(diǎn)之間不存在電位差，且不接地。因此，低頻注入源和負(fù)載之間沒(méi)有形成電路，不考慮在負(fù)載上產(chǎn)生電流。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

   絕緣監(jiān)測(cè)裝置的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。絕緣監(jiān)測(cè)硬件電路主要包含低頻信號(hào)源產(chǎn)生電路，A/D轉(zhuǎn)換，MCU控制單元。主控芯片采用STM32F4系列MCU，該系列芯片是集成了單周期DSP指令和FPU，可以進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和控制。

   系統(tǒng)中MCU生成兩路PWM信號(hào)控制兩片UCC21540驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的全橋電路產(chǎn)生2.5Hz的交流信號(hào)，將其注入到IT系統(tǒng)中，經(jīng)取樣電路提取信號(hào)后放大，濾波，然后送入A/D進(jìn)行量化。A/D采集模塊采用具有并行采集八路信號(hào)能力的高精度A/D芯片ADS1278，實(shí)時(shí)采集線路的電壓和電流信號(hào)。量化后的數(shù)據(jù)通過(guò)串行外設(shè)接口 (SPI)串行傳送給MCU，進(jìn)行FIR濾波。將濾波后的信號(hào)進(jìn)行分析運(yùn)算，得到注入信號(hào)的頻率分量的大小和相位。

   所有的測(cè)試結(jié)果通過(guò)RS485總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，當(dāng)IT系統(tǒng)的絕緣電阻低于設(shè)定的閾值時(shí)，監(jiān)控裝置能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4軟件設(shè)計(jì)

主控程序設(shè)計(jì)

   軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，包含信號(hào)源需要的PWM信號(hào)產(chǎn)生程序，A/D轉(zhuǎn)換程序，FIR濾波設(shè)計(jì)，DFT算法程序，RS485通訊程序等。系統(tǒng)上電首*行硬件配置，RS485初始化，A/D模塊初始化，然后產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)輸出到信號(hào)源產(chǎn)生電路，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序，將A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾波后的信號(hào)進(jìn)行DFT計(jì)算，從而計(jì)算出系統(tǒng)的絕緣電阻和分布電容，將計(jì)算的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。主程序流程圖如圖3所示。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

離線狀態(tài)下測(cè)試結(jié)果

   裝置調(diào)試完成后，在離線狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)室條件下，利用電阻箱中不同阻值的電阻和不同容量的電容等效電纜的絕緣電阻和分布電容。

6 絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

6.1絕緣監(jiān)測(cè)及絕緣故障定位產(chǎn)品

AIM-T系列工業(yè)用絕緣監(jiān)測(cè)儀

   AIM-T系列絕緣監(jiān)測(cè)儀主要應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所IT配電系統(tǒng)中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產(chǎn)品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統(tǒng)。

   其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統(tǒng)，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

6.2絕緣故障定位產(chǎn)品

   工業(yè)用絕緣故障定位產(chǎn)品配合AIM-T500L絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ASG200測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，AIL200-12絕緣故障定位儀，AKH-0.66L系列電流互感器，適用于出線回路較多的IT配電系統(tǒng)。

6.3絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀

   絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀配合AIM-T500絕緣監(jiān)測(cè)儀使用，主要包括ACPD100，ACPD200，適用于交流電壓高于690V，直流電壓高于800V的IT配電系統(tǒng)。

7 技術(shù)參數(shù)

7.1絕緣監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

7.2測(cè)試信號(hào)發(fā)生器技術(shù)參數(shù)

7.3絕緣故障定位儀技術(shù)參數(shù)

7.4 AKH-0.66L系列電流互感器技術(shù)參數(shù)

7.5絕緣監(jiān)測(cè)耦合儀技術(shù)參數(shù)

·分別在離線和在線兩種狀態(tài)下對(duì)絕緣故障監(jiān)測(cè)裝置的電阻電容的測(cè)量精度進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)表明：

1)基于低頻交流注入法的測(cè)量方法切實(shí)可行，設(shè)計(jì)絕緣故障監(jiān)測(cè)裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)的絕緣狀況。

2)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，反應(yīng)時(shí)間小于5s，所有的測(cè)量誤差遠(yuǎn)低于*標(biāo)準(zhǔn)

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：
周穎，女，本科  安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電
電話：18721095851（微信同號(hào)）  QQ：2880956070