CN106443382B - 三相交流it系统绝缘性能在线检测装置 - Google Patents

三相交流it系统绝缘性能在线检测装置 Download PDF

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Abstract

一种三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电压取样单元。所述电压取样单元、绝缘信号取样单元分别用于获取监测窄脉冲电压信号、对地窄脉冲电压信号并送至控制器单元。所述绝缘信号取样单元有包括第一电子开关的第一信号取样支路，包括第二电子开关的第二信号取样支路，包括第三电子开关的第三信号取样支路，以及取样电阻；对地窄脉冲电压信号由控制器单元控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。所述装置无需注入外加独立信号，即可实现对三相三线制交流IT系统的绝缘性能在线监测；能够准确计算出3根相线各自的对地绝缘电阻值，除能够监测短路故障外，还能够判断相线绝缘劣化的程度。

Description

三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种电路系统绝缘监测装置，尤其是一种三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置。
背景技术
矿井、野外医疗车、船舶等负荷供电时，要求供电的可靠性高，安全性好，采用IT系统供电是一种很好的选择。IT系统出现第一次故障时故障电流小，电气设备金属外壳不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，使电气设备继续运行，但需要对其电能质量及绝缘性能进行在线监测并通过报警装置告知，及时检查消除故障。
目前的IT系统绝缘在线监测中，广泛采用基于注入信号的检测方法，通过采集注入信号时采样电阻的电压或者IT系统相线上的电流，当IT系统对地短路或者绝缘劣化时，其对地绝缘电阻下降，注入信号时采样电阻上的电压或者IT系统相线上的电流中故障特征量剧增，可据此进行判断。采用注入信号法监测IT系统绝缘时，不管注入的是直流信号、单频交流信号，还是双频交流信号，都需要相应的独立信号源，系统复杂；且独立信号源的电压有效值不允许超过50V，给故障特征量的判断及故障选线定位带来困难。
发明内容
为了解决IT系统绝缘在线监测中存在的问题，本发明提供了一种三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电压取样单元。
所述电压取样单元用于获取监测窄脉冲电压信号并送至控制器单元；所述绝缘信号取样单元用于获取三相交流IT系统的对地窄脉冲电压信号并送至控制器单元。
所述绝缘信号取样单元包括第一信号取样支路、第二信号取样支路、第三信号取样支路以及取样电阻；第一信号取样支路包括串联连接的第一电子开关、第一限流电阻，第二信号取样支路包括串联连接的第二电子开关、第二限流电阻，第三信号取样支路包括串联连接的第三电子开关、第三限流电阻；第一信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线A，第二信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线B，第三信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线C；第一信号取样支路的另外一端、第二信号取样支路的另外一端、第三信号取样支路的另外一端与取样电阻的一端连接，取样电阻的另外一端连接至保护地。
所述三相交流IT系统的对地窄脉冲电压包括相线A对地窄脉冲电压、相线B对地窄脉冲电压、相线C对地窄脉冲电压，由控制器单元分别控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。
所述相线A对地窄脉冲电压包括相线A第一对地窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第一电子开关分别在相线B与相线C电位相等、相线A与相线B电位相等时开通获取；所述相线B对地窄脉冲电压包括相线B第一对地窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第二电子开关分别在相线C与相线A电位相等、相线B与相线C电位相等时开通获取；所述相线C对地窄脉冲电压包括相线C第一对地窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第三电子开关分别在相线A与相线B电位相等、相线C与相线A电位相等时开通获取。
控制器单元实现绝缘监测的具体步骤包括：
步骤一、采样获取对地窄脉冲电压信号和监测窄脉冲电压信号；
步骤二、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C的对地绝缘均正常，则回到步骤一；
步骤三、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C中的一根相线对地短路，则到步骤六；
步骤四、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，分别判断相线A、相线B、相线C是否对地绝缘不良；
步骤五、计算1根相线对地绝缘不良时该相线的对地绝缘电阻值，或者计算2根相线对地绝缘不良时该2根相线各自的对地绝缘电阻值，或者计算3根相线对地绝缘不良时该3根相线各自的对地绝缘电阻值；
步骤六、结果处理，回到步骤一。
所述相线A、相线B、相线C的对地绝缘均正常，判断方法是：相线A第一对地窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压均接近等于0。
所述相线A、相线B、相线C中的一根相线对地短路，判断方法是：
相线A第一对地窄脉冲电压接近等于相线A与相线B之间的线电压、相线A第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线B对地短路；
相线B第一对地窄脉冲电压接近等于相线B与相线C之间的线电压、相线B第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线C对地短路；
相线C第一对地窄脉冲电压接近等于相线C与相线A之间的线电压、相线C第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线A对地短路。
所述分别判断相线A、相线B、相线C是否对地绝缘不良，判断方法是：
相线A第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线A与相线B之间的线电压、相线A第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线B对地绝缘不良；
相线B第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线B与相线C之间的线电压、相线B第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线C对地绝缘不良；
相线C第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线C与相线A之间的线电压、相线C第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线A对地绝缘不良。
所述计算1根相线对地绝缘不良时该相线的对地绝缘电阻值的方法是：依据对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式进行计算；
计算2根相线对地绝缘不良时该2根相线各自的对地绝缘电阻值的方法是：依据2个非线性相关的对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式并联立方程进行计算；
计算3根相线对地绝缘不良时该3根相线各自的对地绝缘电阻值的方法是：依据3个对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式并联立方程进行计算。
所述第一信号取样支路还包括串联的第一二极管，所述第二信号取样支路还包括串联的第二二极管，所述第三信号取样支路还包括串联的第三二极管；所述第一二极管使第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地；或者是，第一二极管使第一电子开关上的电流只能从保护地流向相线A，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从保护地流向相线B，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从保护地流向相线C。
所述第一信号取样支路还包括第四二极管，第二信号取样支路还包括第五二极管，第三信号取样支路还包括第六二极管；所述第四二极管反向并联在第一电子开关上，第五二极管反向并联在第二电子开关上，第六二极管反向并联在第三电子开关上。二极管反向并联在电子开关上，指的是二极管的阴极连接至电子开关的电流流入端，阳极连接至电子开关的电流流出端。
所述三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置还可以包括报警单元、人机交互单元、校验单元中的一个单元或者多个单元。
本发明的有益效果是：(1)无需注入外加独立信号，即可实现对三相三线制交流IT系统的绝缘性能在线监测；(2)监测信号是直流窄脉冲电压，可以消除相线对地电容对绝缘电阻监测的影响；(3)能够准确计算出三相三线制交流IT系统3根相线各自的对地绝缘电阻值，除能够监测短路故障外，还能够判断相线绝缘劣化的程度。
附图说明
图1为三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置实施例组成框图；
图2为绝缘信号取样单元实施例电路原理图；
图3为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关开通时的等效电路图；
图4为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关开通时的等效电路图；
图5为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关开通时的等效电路图；
图6为相线交流电压波形及对地窄脉冲电压信号示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示为三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置实施例组成框图。图1实施例包括控制器单元100、绝缘信号取样单元200、电压取样单元300、校验单元400、报警单元500、人机交互单元600。A、B、C分别为三相交流IT系统的相线A、相线B、相线C，三相交流IT系统为没有中性线的三线制系统；PE为IT系统的保护导体或者保护地。
如图2所示为绝缘信号取样单元实施例电路原理图，包括第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3、第一限流电阻RE1、第二限流电阻RE2、第三限流电阻RE3、取样电阻RS、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6；第一电子开关M1、第一限流电阻RE1、第一二极管D1、第四二极管D4组成第一信号取样支路，第二电子开关M2、第二限流电阻RE2、第二二极管D2、第五二极管D5组成第二信号取样支路，第三电子开关M3、第三限流电阻RE3、第三二极管D3、第六二极管D6组成第三信号取样支路。图2中，RF1、RF2、RF3分别为相线A、相线B、相线C的对地绝缘电阻；K1、K2、K3分别为第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的控制信号，K1、K2、K3来自控制器单元。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关为全控型电子开关，图2实施例中，M1、M2、M3采用三极管型光电耦合器。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关也可以用直流固态继电器或者其他全控型电子开关来替换。
图2实施例中，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6分别保护第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3，使其免遭过高的反向电压；当第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关能够承受所在电路的反向电压时，第四二极管、第五二极管、第六二极管并不必要。
所述装置将监测窄脉冲电压加载在相线之间通过保护地形成的回路上，形成相应的对地窄脉冲电压；所述装置测量并依据监测窄脉冲电压及相应的对地窄脉冲电压进行绝缘性能在线检测。监测窄脉冲电压通过控制三相IT系统相线之间的线电压以脉冲方式加载形成。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关均为短时间的、脉冲式的开通，且每次只控制其中的一个开通与导通。第一电子开关可以控制在相线A电位高于等于保护地PE电位时开通，此时第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地PE，或者是控制在相线A电位低于保护地PE电位时开通，此时第一电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线A；同样地，第二电子开关可以控制在相线B电位高于保护地PE电位时开通，此时第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地PE，或者是控制在相线B电位低于保护地PE电位时开通，此时第二电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线B；第三电子开关可以控制在相线C电位高于保护地PE电位时开通，此时第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地PE，或者是控制在相线C电位低于保护地PE电位时开通，此时第三电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线C。由于保护地PE电位与A、B、C三相电位及其对地绝缘相关，因此，当某相线电位高于或者等于另外两根相线电位时，该相线电位肯定高于等于保护地PE电位；或者是当某相线电位低于或者等于另外两根相线电位时，该相线电位肯定低于等于保护地PE电位。
图2实施例中，第一二极管D1使第一电子开关M1的电流只能从相线A流向保护地PE，第二二极管D2使第二电子开关M2电流只能从相线B流向保护地PE，第三二极管D3使第三电子开关M3电流只能从相线C流向保护地PE；当第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关具有单向导通性能且没有并联第四二极管、第五二极管、第六二极管时，第一二极管、第二二极管、第三二极管并不必要。
将图2实施例中的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6中的部分反向连接，第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的电流方向中的部分反向连接，则M1、M2、M3的电流只能部分从保护地PE流向相线，其余部分的从相线流向保护地PE。当将图2实施例中的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6全部反向连接，第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的电流方向全部反向连接，则第一二极管D1使第一电子开关M1的电流只能从保护地PE流向相线A，第二二极管D2使第二电子开关M2电流只能从保护地PE流向相线B，第三二极管D3使第三电子开关M3电流只能从保护地PE流向相线C。
如图3所示为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关开通时的等效电路图，相线A第一对地窄脉冲电压U1A由控制器单元控制M1在UBC＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UAB1，即图3中的UAB，U1A为此时图3中的U1；相线A第二对地窄脉冲电压U2A，由控制器单元控制M1在UAC＝0或者UAB＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UAB3或者UBC2，即图3中的UAB或者UBC，U2A为此时图3中的U1。选择UBC＝0、或者UAC＝0、或者UAB＝0等过零点开通M1时，选择的过零点相线A电位应高于保护地PE电位，M1电流从相线A流向保护地PE。
如图4所示为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关开通时的等效电路图，相线B第一对地窄脉冲电压U1B由控制器单元控制M2在UCA＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UBC1，即图4中的UBC，U1B为此时图4中的U2；相线B第二对地窄脉冲电压U2B，由控制器单元控制M2在UBA＝0或者UBC＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UBC3或者UCA2，即图4中的UBC或者UCA，U2B为此时图4中的U2。选择UCA＝0、或者UBA＝0、或者UBC＝0等过零点开通M2时，选择的过零点相线B电位应高于保护地PE电位，M2电流从相线B流向保护地PE。
如图5所示为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关开通时的等效电路图，相线C第一对地窄脉冲电压U1C由控制器单元控制M3在UAB＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UCA1，即图5中的UCA，U1C为此时图5中的U3；相线C第二对地窄脉冲电压U2C，由控制器单元控制M3在UCB＝0或者UCA＝0时开通获取，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压为UCA3或者UAB2，即图5中的UCA或者UAB，U2C为此时图5中的U3。选择UAB＝0、或者UCB＝0、或者UCA＝0等过零点开通M3时，选择的过零点相线C电位应高于保护地PE电位，M3电流从相线C流向保护地PE。
在系统的不同状态下，M1、M2、M3分别开通时测量得到的相线A第一对地窄脉冲电压U1A、相线A第二对地窄脉冲电压U2A、相线B第一对地窄脉冲电压U1B、相线B第二对地窄脉冲电压U2B、相线C第一对地窄脉冲电压U1C、相线C第二对地窄脉冲电压U2C见表1。
图6所示为相线交流电压波形及对地窄脉冲电压信号示意图。图6中，UAB、UBC、UCA为相线A、相线B、相线C的之间的线电压，脉冲1、脉冲2、脉冲3、脉冲4、脉冲5、脉冲6所示时刻分别为相线A第一对地窄脉冲电压U1A、相线A第二对地窄脉冲电压U2A、相线B第一对地窄脉冲电压U1B、相线B第二对地窄脉冲电压U2B、相线C第一对地窄脉冲电压U1C、相线C第二对地窄脉冲电压U2C的测量时刻。
表1
相线A第一对地窄脉冲电压U1A、相线A第二对地窄脉冲电压U2A在M1开通时测量得到，表1中，U1A为UBC＝0时测量所得的U1值，U1B为UAB＝0时测量所得的U1值。令RE1＝RE，有R4＝RE1+RS＝RE+RS。
当A、B、C对地绝缘正常时，RF1、RF2、RF3的数值很大，因此，不管是在UBC＝0时测量所得的U1A值，还是在UAB＝0时测量所得的U2A值，都等于或者接近为0值。
当A对地短路时，保护地PE的电位等于A相电位，因此，不管是在UBC＝0时测量所得的U1A值，还是在UAB＝0时测量所得的U2A值，都等于或者接近为0值。
当B对地短路时，保护地PE的电位等于B相电位，因此，在UBC＝0时测量U1，有U1A≈UAB1；在UAB＝0时测量U1，有U2A≈0。
当C对地短路时，保护地PE的电位等于C相电位，因此，在UBC＝0时测量U1，有U1A≈UAB1；在UAB＝0时测量U1，有U2A≈UBC2。
当只有A对地绝缘不良时，RF2、RF3的数值很大，RF1为A对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联和RF2与RF3并联后对监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为0值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为0值。
当只有B对地绝缘不良时，RF1、RF3的数值很大，RF2为B对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为R4和RF2对此时UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为0值。
当只有C对地绝缘不良时，RF1、RF2的数值很大，RF3为C对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为R4和RF3对此时UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为R4和RF3对此时UBC2的分压值。
当有A、B对地绝缘不良时，RF3的数值很大，RF1、RF2分别为A、B对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为R4与RF1并联后和RF2对此时UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为0值。
当有B、C对地绝缘不良时，RF1的数值很大，RF2、RF3分别为B、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为R4和RF2与RF3并联后对此时UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为R4与RF2并联后和RF3对此时UBC2的分压值。
当有C、A对地绝缘不良时，RF2的数值很大，RF1、RF3分别为A、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值，接近为R4与RF1并联后和RF3对此时UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值，接近为R4、RF1并联后和RF3对此时UBC2的分压值。
当A、B、C均对地绝缘不良时，RF1、RF2、RF3分别为A、B、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在UBC＝0时测量所得的U1A值为R4与RF1并联后和RF2与RF3并联后对此时监测窄脉冲电压UAB1的分压值；在UAB＝0时测量所得的U2A值为R4、RF1、RF2并联后和RF3对此时监测窄脉冲电压UBC2的分压值。
相线B第一对地窄脉冲电压U1B、相线B第二对地窄脉冲电压U2B在M2开通时测量得到，表1中，U1B为UCA＝0时测量所得的U2值，U2B为UBC＝0时测量所得的U2值。当RE2＝RE1＝RE时，有R4＝RE2+RS。相线C第一对地窄脉冲电压U1C、相线C第二对地窄脉冲电压U2C在M3开通时测量得到，表1中，U1C为UAB＝0时测量所得的U3值，U2C为UCA＝0时测量所得的U3值。当RE3＝RE1＝RE时，有R4＝RE3+RS。U1B、U2B的测量方法，以及U1C、U2C的测量方法均和U1A、U2A的测量方法相同，测量结果见表1。
观察表1数据可以得出结论，当U1A、U2A、U1B、U2B、U1C、U2C均接近等于0时，相线A、相线B、相线C的对地绝缘均正常；当U1A≈UAB、U2A≈0时，相线B对地短路；当U1B≈UBC、U2B≈0时，相线C对地短路；当U1C≈UCA、U2C≈0时，相线A对地短路。
当U1A的值为UAB1的分压值，即0<U1A<UAB1，且U2A≈0时，相线B对地绝缘不良；当U1B的值为UBC1的分压值，即0<U1B<UBC1，且U2B≈0时，相线C对地绝缘不良；当U1C的值为UCA1的分压值，即0<U1C<UCA1，且U2C≈0时，相线A对地绝缘不良。
如果上述条件均不满足，则相线A、B、C均对地绝缘不良。
只有相线A对地绝缘不良时，任意测量并计算U1B、U2B、U2C三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U1C的分压比，即在UAB＝0时M3开通，测量此时的U1C以及与其相应的监测窄脉冲电压UCA1，即
可以计算出RF1。
只有相线B对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U1C、U2C三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U1A的分压比，即在UBC＝0时M1开通，测量此时的U1A以及与其相应的监测窄脉冲电压UAB1，即
可以计算出RF2。
只有相线C对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U2A、U1B三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U1B的分压比，即在UCA＝0时M2开通，测量此时的U1B以及与其相应的监测窄脉冲电压UBC1，即
可以计算出RF3。
当对监测窄脉冲电压、对地窄脉冲电压进行多次测量得到多个测量值，对多个分压比进行测量并计算，或者是对同一个分压比、多个分压比进行多次测量与计算，得到同一相线的绝缘电阻值有多个计算结果时，应该对多个测量值、多个计算结果进行包括求算术平均值、中位值、滑动平均值、中位值平均值，或者是其他方式的数据处理后得到相应的测量值或者最终计算结果。
当有A、B对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U2A、U1B、U2B、U1C、U2C中的2个非0值且非线性相关的分压比，即任意测量并计算U1A或U2C、U1B或U2B、U1C中的2个分压比以及与其相应的监测窄脉冲电压，并联立相关的表达式，可以计算出RF1、RF2。U1A、U1B、U2B、U1C、U2C等的分压比表达式分别为
其中，式(1)与式(5)线性相关，式(2)与式(3)线性相关。例如，测量并计算U1A、U1B的的分压比，联立式(1)和式(2)，可以计算出RF1、RF2。
同样地，当有B、C对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U2A、U1B、U2B、U1C、U2C中的2个非0值且非线性相关的分压比，并联立相关的表达式，可以计算出RF2、RF3；当有A、C对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U2A、U1B、U2B、U1C、U2C中的2个非0值且非线性相关的分压比，并联立相关的表达式，可以计算出RF1、RF3。
当A、B、C均对地绝缘不良时，任意测量并计算U1A、U2A、U1B、U2B、U1C、U2C中的3个分压比以及与其相应的监测窄脉冲电压，并联立相关的表达式，可以计算出RF1、RF2、RF3。相关分压比的表达式为
例如，测量并计算U2A、U2B、U2C与其相应的监测窄脉冲电压UBC2、UCA2、UAB2的分压比，联立式(7)、式(9)和式(11)，可以计算出RF1、RF2、RF3。
当对监测窄脉冲电压、对地窄脉冲电压进行多次测量得到多个测量值；联立多组表达式计算得到同一相线绝缘电阻值的多个计算结果；或者是对同一个分压比、多个分压比进行多次测量与计算，得到同一相线的绝缘电阻值有多个计算结果时，应该对多个测量值、多个计算结果进行包括求算术平均值、中位值、滑动平均值、中位值平均值，或者是其他方式的数据处理后得到相应的测量值或者最终计算结果。
相线A第一对地窄脉冲电压U1A、相线A第二对地窄脉冲电压U2A通过采集第一电子开关M1分别在UBC＝0、UAB＝0开通时取样电阻RS上的电压UC1得到，有
或者
相线B第一对地窄脉冲电压U1B、相线B第二对地窄脉冲电压U2B通过采集第二电子开关M2分别在UCA＝0、UBC＝0开通时取样电阻RS上的电压UC2得到，有
或者
相线C第一对地窄脉冲电压U1C、相线C第二对地窄脉冲电压U2C通过采集第三电子开关M3分别在UAB＝0、UCA＝0开通时取样电阻RS上的电压UC3得到，有
或者
为限制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通时相线A、B、C的对地电流，第一限流电阻RE1、第二限流电阻RE2、第三限流电阻RE3的电阻值优选大于500kΩ,特别是优选大于2MΩ。
第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关的开通时间均很短，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压相当于是直流窄脉冲电压，由于相线的对地电容小，对取样电阻RS上的电压进行采样时，直流窄脉冲电压已完成对对地电容的充放电，可以避免相线对地电容对绝缘监测造成影响。
电压取样单元用于获取相线交流电压信号并送至控制器单元。相线交流电压信号包括A、B、C三相间的线电压的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号，例如，UAB、UBC、UCA等线电压的过零点以及与之对应的监测窄脉冲电压信号。相线交流电压的过零点可以采用过零检测电路输出过零脉冲进行检测以及已知的过零点进行推算得到，与过零点对应的监测窄脉冲电压信号可以在监测窄脉冲电压信号的相应时刻对相线交流电压分压电路的输出进行采样获取。相线交流电压信号包括相线交流电压的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号也可以由控制器单元对电压取样单元的电压连续采样数据分析得到，此时，控制器单元需要控制电压取样单元对A、B、C三相间的线电压进行连续采样。如何设计电压取样单元并通过控制器单元实现对相线交流电压信号进行连续采样，以及对连续采样数据进行分析得到相线交流电压的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。
当三相交流IT系统的对地绝缘劣化或者有对地短路故障，相线对地绝缘电阻小于设定的阈值电阻时，控制器单元通过报警单元报警。人机交互单元用于实现阈值电阻的设定、各相线对地绝缘电阻值显示等功能。进行报警单元和人机交互单元的设计并实现所需功能是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。
校验单元用于对所述绝缘性能的监测进行功能校验。图1所示实施例中，校验单元400由人机交互单元通过控制器单元进行控制。校验单元也可以直接由人机交互单元控制，即直接由开关、按钮进行控制。进行功能校验时，校验单元在相线A与保护地之间，或者是在相线B与保护地之间，或者是在相线C与保护地之间，或者是同时在多根相线与保护地之间接入校验电阻，观察装置是否能够正常工作。直接由开关、按钮控制，或者是由人机交互单元通过控制器单元进行控制，在相线A与保护地之间，或者是在相线B与保护地之间，或者是在相线C与保护地之间，或者是同时在多根相线与保护地之间接入校验电阻，是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。
控制器单元包括MCU以及A/D转换器、信号调理电路等功能模块和电路。电压取样单元输出的相线交流电压信号、绝缘信号取样单元输出的对地窄脉冲电压信号经信号调理电路处理后送至A/D转换器，A/D转换器输出数据交由MCU处理；相线交流电压信号中如果包括有过零脉冲，则过零脉冲直接送至MCU。MCU与绝缘信号取样单元、校验单元、报警单元、人机交互单元等有电连接关系，以进行相关的信息传递。控制核心MCU可以选择DSP、ARM、单片机、CPLD、PLC等微控制器或者控制设备。如何选择和使用A/D转换器，以及如何设计信号调理电路使电压取样单元、绝缘信号取样单元输出的信号满足A/D转换器对信号输入的要求，是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。
所述装置还包括有直流电源单元。直流电源单元可采用外置电源，也可以由三相交流电压降压、整流、滤波、稳压后获得。

Claims (7)

1.一种三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电压取样单元；
所述电压取样单元用于获取监测窄脉冲电压信号并送至控制器单元；
所述绝缘信号取样单元用于获取三相交流IT系统的对地窄脉冲电压信号并送至控制器单元；
所述绝缘信号取样单元包括第一信号取样支路、第二信号取样支路、第三信号取样支路以及取样电阻；第一信号取样支路包括串联连接的第一电子开关、第一限流电阻，第二信号取样支路包括串联连接的第二电子开关、第二限流电阻，第三信号取样支路包括串联连接的第三电子开关、第三限流电阻；第一信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线A，第二信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线B，第三信号取样支路的一端连接至三相交流IT系统的相线C；第一信号取样支路的另外一端、第二信号取样支路的另外一端、第三信号取样支路的另外一端与取样电阻的一端连接，取样电阻的另外一端连接至保护地；
所述三相交流IT系统的对地窄脉冲电压包括相线A对地窄脉冲电压、相线B对地窄脉冲电压、相线C对地窄脉冲电压，由控制器单元分别控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取；
所述相线A对地窄脉冲电压包括相线A第一对地窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第一电子开关分别在相线B与相线C电位相等、相线A与相线B电位相等时开通获取；所述相线B对地窄脉冲电压包括相线B第一对地窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第二电子开关分别在相线C与相线A电位相等、相线B与相线C电位相等时开通获取；所述相线C对地窄脉冲电压包括相线C第一对地窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压，由控制器单元控制第三电子开关分别在相线A与相线B电位相等、相线C与相线A电位相等时开通获取。
2.根据权利要求1中所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：控制器单元实现绝缘监测的具体步骤包括：
步骤一、采样获取对地窄脉冲电压信号和监测窄脉冲电压信号；
步骤二、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C的对地绝缘均正常，则回到步骤一；
步骤三、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C中的一根相线对地短路，则到步骤六；
步骤四、根据对地窄脉冲电压信号进行判断，分别判断相线A、相线B、相线C是否对地绝缘不良；
步骤五、计算1根相线对地绝缘不良时该相线的对地绝缘电阻值，或者计算2根相线对地绝缘不良时该2根相线各自的对地绝缘电阻值，或者计算3根相线对地绝缘不良时该3根相线各自的对地绝缘电阻值；
步骤六、结果处理，回到步骤一。
3.根据权利要求2所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：所述相线A、相线B、相线C的对地绝缘均正常，判断方法是：相线A第一对地窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压均接近等于0。
4.根据权利要求2所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：所述相线A、相线B、相线C中的一根相线对地短路，判断方法是：
相线A第一对地窄脉冲电压接近等于相线A与相线B之间的线电压、相线A第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线B对地短路；
相线B第一对地窄脉冲电压接近等于相线B与相线C之间的线电压、相线B第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线C对地短路；
相线C第一对地窄脉冲电压接近等于相线C与相线A之间的线电压、相线C第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线A对地短路。
5.根据权利要求2所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：所述分别判断相线A、相线B、相线C是否对地绝缘不良，判断方法是：
相线A第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线A与相线B之间的线电压、相线A第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线B对地绝缘不良；
相线B第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线B与相线C之间的线电压、相线B第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线C对地绝缘不良；
相线C第一对地窄脉冲电压大于0且小于相线C与相线A之间的线电压、相线C第二对地窄脉冲电压接近等于0时，则相线A对地绝缘不良。
6.根据权利要求5所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：所述计算1根相线对地绝缘不良时该相线的对地绝缘电阻值的方法是：
依据对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式进行计算；
计算2根相线对地绝缘不良时该2根相线各自的对地绝缘电阻值的方法是：
依据2个非线性相关的对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式并联立方程进行计算；
计算3根相线对地绝缘不良时该3根相线各自的对地绝缘电阻值的方法是：
依据3个对地窄脉冲电压和与其相应的监测窄脉冲电压之间的分压比表达式并联立方程进行计算。
7.根据权利要求1－6中任一项所述的三相交流IT系统绝缘性能在线检测装置，其特征在于：所述第一信号取样支路还包括串联的第一二极管，所述第二信号取样支路还包括串联的第二二极管，所述第三信号取样支路还包括串联的第三二极管；
所述第一信号取样支路还包括第四二极管，第二信号取样支路还包括第五二极管，第三信号取样支路还包括第六二极管；所述第四二极管反向并联在第一电子开关上，第五二极管反向并联在第二电子开关上，第六二极管反向并联在第三电子开关上；
所述第一二极管使第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地；或者是，第一二极管使第一电子开关上的电流只能从保护地流向相线A，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从保护地流向相线B，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从保护地流向相线C。
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