浅谈安科瑞绝缘故障定位用信号发生器的设计及应用.pdfVIP

一种绝缘故障定位用信号发生器的设计与应用 袁燕 江苏安科瑞电器制造有限公司 摘要：在隔离电源系统中，为防止由于多点接地而引发严重后果，需要实时对系统进行对地 绝缘监测，并在监测到对地绝缘故障时，进行故障定位。本文在介绍绝缘定位用信号发生器 的工作原理的基础上，详细阐述了信号发生器的硬件和软件设计。本文中设计的产品已通过 试验检验，可应用于IT系统，为应用场所提供安全可靠的供电解决方案。 关键词：IT系统 信号发生器 故障定位 0 引言 在IT系统中，单点接地故障是一种很常见的故障。一旦出现单点接地故障，IT系统就会变 为TN-S系统，虽然可以带故障继续运行，但已经失去了IT系统的优点，增加了安全隐患。 因此需要实时监测系统的对地绝缘状况，并在监测到对地绝缘故障时，能通过仪表自动定位 故障点支路。若没有自动定位功能，一旦出现故障，只能依靠人工对多达数十条、数百条， 乃至成千上万条负载支路逐条断电查找，不仅费时费力，更严重破坏了供电连续性。这在某 些需要连续供电的特殊场所（如医院手术室等）是不允许的[1]。 基于上述情况，本文设计了一种绝缘故障定位用信号发生器，它装设于IT系统中，配 合绝缘故障定位装置实现绝缘故障定位功能。当IT系统发生绝缘故障时，信号发生器启动 并产生定位信号，注入到IT系统与地之间。绝缘故障定位装置通过传感器逐路巡检，当检 测到定位信号流经某支路时，便可确定该支路为绝缘故障所在回路。此时，操作人员可有目 的性的针对该故障支路进行断电或其它保护操作，不必逐条支路断电进行排查，不仅提高了 工作效率，也有效的保障了系统供电的连续性。因此，对电力系统供电的安全性、连续性和 可靠性具有极其重要的意义。 1 信号发生原理 信号发生器的工作原理是当IT系统发生单点接地故障时，轮流在系统某根线与大地之间注 入定位信号，以便绝缘故障定位仪能在故障支路上监测到定位信号。常采用图1所示发生原 理。 图1 信号发生器的发生原理 在IT系统中，注入的测试信号的有效值必须足够小，以免对IT系统形成太大干扰或对 系统负载造成危害；又要有足够大的峰值，以便在故障支路上形成足够大的电流，使故障定 位仪的电流互感器能正常监测。 考虑以上两种情况，本文采用脉冲信号作为测试信号。如果脉冲信号幅度足够大，宽度 足够窄，则可以实现有效值足够小、峰值足够两个期望目标。从简化设计的角度出发，没有 必要在信号发生器上直接产生高压脉冲信号，可以通过截取IT系统中交流信号的波峰来实 现。 对于单项交流IT系统，两根线L1、L2间电压为AC220V，其峰值为 ，满足脉 冲峰值足够大的要求。为满足有效值足够小的要求，本文依照标准 IEC61557-9的“定位信 号电压的有效值不允许超过50V”的规定，将电压阈值设为50V[2]。依此，可计算出脉冲宽 度（由于脉冲宽度很小，为方便计算，可将此峰值脉冲视为幅度为 ]的矩形脉冲）。 当交流电压周期为50Hz时，脉冲宽度 当交流电压为60Hz时，脉冲宽度 利用单片机的定时器功能，配合光耦，可以精确截取0.4ms的峰值脉冲。由于0.4ms＜ 0.4304ms＜0.5165ms，并且实际截取的脉冲信号中，除波峰一点外，其余点幅度均小于 ，因此其有效值一定会小于设定的阈值50V，可以满足脉冲有效值足够小的要求。 2 硬件设计 本设计的硬件功能模块主要包括电源模块、中央控制模块、监测模块、信号发生模块、 通信模块、指示灯模块。硬件设计原理框图如图2所示。 图2 硬件设计原理框图 信号发生器上电后，CPU即通过监测模块对IT系统的电压进行实时监测，测量出IT系统的 交流频率。当系统发生对地绝缘故障时，信号发生器根据测量出的频率大小，确定测试信号 的脉冲宽度以及脉冲频率，截取系统波峰，产生测试信号，轮流加到L1-PE、L2-PE间。由 于发生绝缘故障，故障支路可等效为一较小值电阻，连接IT系统发生故障的线以及大地， 形成电流回路，测试信号能在故障支路上产生测试电流，绝缘故障定位仪逐路巡回监测各支 路时，在某个支路上监测到此测试电流，即可判定此条支路为