絕緣電阻在線監(jiān)測電路設(shè)計范文
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【摘要】
本文介紹了一種在線測量電纜絕緣的方法，實現(xiàn)不停機前提下，實時在線檢測電纜絕緣情況，特別適合于長電纜供電的電潛泵負(fù)載絕緣監(jiān)測應(yīng)用。本文介紹了該測量方法的原理及電路設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】
1前言
隨著電力電子器件的蓬勃發(fā)展，電力電子設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，而絕緣電阻，作為衡量電力電子設(shè)備絕緣性能好壞的重要參數(shù)之一，越來越受到人們的關(guān)注。絕緣電阻在線監(jiān)測儀（以下簡稱監(jiān)測儀）用于星型連接的，工作電壓在交流3600V及以下的潛油電機正常工作時，實時測量高壓電纜絕緣電阻。
2監(jiān)測儀工作原理
工程上，測量設(shè)備的絕緣電阻一般采用高壓條件下測量絕緣電阻的方法進(jìn)行，如數(shù)字多用表、兆歐表等[1]。但是在動態(tài)測量時不能引進(jìn)一個額外的高壓，這樣對電機系統(tǒng)會有影響。通常測量絕緣電阻的方法有[2]：（1）電流恒定，測量電壓；（2）電壓恒定，測量電流；（3）測量電壓電流比：R=U/I。本文采用第二種方法，即電壓恒定，測量電流的方法來測量絕緣電阻。測量絕緣電阻原理圖，如圖1所示。其中，直流信號電源電壓V恒定，限流電阻Ra、Rc，采樣電阻Rb、Rd，絕緣電阻記為Rx，分別對兩個回路進(jìn)行計算，這樣，我們只需要檢測出V1、V2的值，就可以得到絕緣電阻的值。當(dāng)絕緣體出現(xiàn)問題時，在高壓電源的影響下，絕緣體會出現(xiàn)絕緣下降，這時，我們引入一個低壓直流信號電源，對此時的絕緣電阻進(jìn)行實時在線測量，根據(jù)疊加原理，這時的測量結(jié)果就是真實的絕緣電阻，同時又不會對負(fù)載產(chǎn)生影響。
3硬件設(shè)計
系統(tǒng)原理圖如圖2所示。監(jiān)測儀系統(tǒng)以單片機C8051F500為控制核心。由原理圖可知，三相降壓變壓器原邊通過高壓電纜連接到潛油電機輸入電源，其中線通過導(dǎo)線連接到直流信號電源正端。直流信號電源負(fù)端經(jīng)采樣電路接大地。潛油電機工作時，高壓電纜對地絕緣電阻記為Rx，Rx上有泄漏電流流過。這樣，監(jiān)測儀直流信號電源正端，通過三相降壓變壓器、高壓電纜、絕緣電阻Rx，經(jīng)由大地、監(jiān)測儀采樣電阻，回到電源負(fù)端，形成整個測量回路。
3.1測量回路電流采樣電路測量回路中直流信號電源電壓V恒定，Rc為限流電阻，Rd為采樣電阻。回路中的電流轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號V1，經(jīng)過模擬電路調(diào)理后輸入單片機，記為CPU1。如圖3所示。
3.2基準(zhǔn)電壓電路直流信號電源、Ra和Rb組成基準(zhǔn)電壓回路。與采樣電路類似，對此回路進(jìn)行模擬電壓信號采樣后，輸入單片機，記為CPU2。如圖4所示。單片機對CPU1和CPU2進(jìn)行處理、計算后得到絕緣電阻的測量值。測量結(jié)果經(jīng)RS485發(fā)送到觸摸屏顯示輸出。為了濾除潛油電機系統(tǒng)交流信號對監(jiān)測儀的干擾，以及保證監(jiān)測儀系統(tǒng)可靠運行，在三相降壓變壓器中點和大地之間接濾波電容CO。
3.3頻率采樣電路采集三相降壓變壓器副邊模擬電壓信號，如b相和c相，經(jīng)模擬電路調(diào)理后輸入單片機。如圖5所示。
4監(jiān)測儀軟件設(shè)計
監(jiān)測儀根據(jù)絕緣電阻隨電氣設(shè)備供電電壓變化而變化的特點，采集同一個采樣周期內(nèi)絕緣電阻變化的最大值、最小值、中間值、平均值為測量所得數(shù)據(jù)，存儲在單片機內(nèi)。其中中間值為采樣周期內(nèi)最大值和最小值的平均值。采樣周期隨潛油電機系統(tǒng)頻率變化而變化。由于采樣信號和干擾信號為同頻信號，因此不能采用傳統(tǒng)的濾波方式進(jìn)行濾波，所以采用軟件濾波的方式。并且，采樣間隔時間隨著電源頻率的變化而變化。監(jiān)測儀每42小時存儲一組數(shù)據(jù)，可以記錄190天的數(shù)據(jù)。在觸摸屏上以曲線回放的形式，形象的展示了該時期內(nèi)絕緣電阻的變化情況，方便用戶分析數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]高電壓技術(shù)（第二版）[M].北京:中國電力出版社,2009.
[2]賈秀芳.直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測綜合判據(jù)[J].電力系統(tǒng)自動化,1999.
作者：王斯賢 張廣杰 單位：天津華云自控股份有限公司
