CN106526355B - 微电网三相it系统电能质量与绝缘性能在线检测装置 - Google Patents

Abstract

一种微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测方法，由包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电压电流取样单元的装置实现。电压电流取样单元、绝缘信号取样单元分别用于获取三相电压电流信号和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进行电能质量与绝缘性能在线检测；对地窄脉冲电压信号由控制器单元控制第一信号取样支路、第二信号取样支路、第三信号取样支路中的第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。所述方法无需注入外加独立信号，即可实现对三相三线制交流IT系统的电能质量与绝缘性能在线监测；能够准确计算出3根母线各自的对地绝缘电阻值，除能够监测短路故障外，还能够判断母线绝缘劣化的程度。

Description

微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测装置

技术领域

本发明涉及一种电网性能在线监测方法与设备，尤其是一种微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测方法及装置。

背景技术

太阳能、风能、地热能发电系统，以及移动发电车、汽柴油发电机等微电网系统对矿井、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，本发明提供了一种微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测方法，所述方法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；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；依据三相交流电压、电流数据分析电能质量。

所述监测窄脉冲电压为将所述三相IT系统的线电压以脉冲导通方式加载形成，通过电子开关脉冲式开通实现。所述电子开关脉冲式开通的时刻为三相IT系统线电压的过零点。

所述监测窄脉冲电压及相应的对地窄脉冲电压至少有3组。

本发明还提供了一种微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测装置，用于实现上述电能质量与绝缘性能在线检测方法。所述装置包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电压电流取样单元。

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。

所述装置实现电能质量与绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

步骤1、采样获取相线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；采样获取三相交流电压、电流数据；

步骤2、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线A对地窄脉冲电压、相线B对地窄脉冲电压、相线C对地窄脉冲电压相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

步骤3、联立相线A对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线B对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线C对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式并组成方程组；

步骤4、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值；

步骤5、结果处理，回到步骤1。

所述相线A对地窄脉冲电压可以包括相线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间线电压过零、相线A与相线B间线电压过零时开通获取；所述相线B对地窄脉冲电压可以包括相线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间线电压过零、相线B与相线C间线电压过零时开通获取；所述相线C对地窄脉冲电压可以包括相线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间线电压过零、相线C与相线A间线电压过零时开通获取。此时所述装置实现电能质量与绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

步骤一、采样获取对地窄脉冲电压；采样获取和三相交流电压、电流数据；

步骤二、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线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相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

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的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

步骤四、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，则到步骤七；

步骤五、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；

步骤六、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；

步骤七、结果处理，回到步骤一。

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。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)同时实现微电网三相IT系统电能质量和绝缘性能的在线检测；(2)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；(3)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； (4)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为电能质量与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所示为电能质量与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、电压电流取样单元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R_E1、第二限流电阻R_E2、第三限流电阻R_E3、取样电阻R_S、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R_E1、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R_E2、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R_E3、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，R_F1、R_F2、R_F3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，测量相应的对地窄脉冲电压；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之一脉冲式加载形成。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对地窄脉冲电压U₁由控制器单元控制M1开通获取。图3中开通M1时，相线A电位应高于保护地PE电位。图3的3个线电压U_AB、U_BC、U_AC中只有2个是独立的，使用其中的2 个监测窄脉冲电压即可。令图3中的U_AB为U_AB4，U_BC为U_BC4，且令R_E1＝R_E，有 R₄＝R_E1+R_S＝R_E+R_S。此时有

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对地窄脉冲电压U₂由控制器单元控制M2开通获取。图4中开通M2时，相线B电位应高于保护地PE电位。图4的3个线电压U_BC、U_CA、U_BA中只有2个是独立的，使用其中的2 个监测窄脉冲电压即可。令图4中的U_BC为U_BC5，U_CA为U_CA5，且令R_E2＝R_E，有 R₄＝R_E2+R_S＝R_E+R_S。此时有

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对地窄脉冲电压U₃由控制器单元控制M3开通获取。图5中开通M3时，相线C电位应高于保护地PE电位。图5的3个线电压U_CA、U_AB、U_CB中只有2个是独立的，使用其中的2 个监测窄脉冲电压即可。令图5中的U_CA为U_CA6，U_AB为U_AB6，且令R_E3＝R_E，有 R₄＝R_E3+R_S＝R_E+R_S。此时有

式(1)、式(2)、式(3)中，只有R_F1、R_F2、R_F3为未知量，分别测量第一电子开关开通时的监测窄脉冲电压U_AB4、U_BC4和相线A对地窄脉冲电压U₁，第二电子开关开通时的监测窄脉冲电压U_BC5、U_CA5和相线B对地窄脉冲电压U₂，第三电子开关开通时的监测窄脉冲电压U_CA6、U_AB6和相线C对地窄脉冲电压U₃，联立式(1)、式(2)、式(3)即可计算出R_F1、R_F2、R_F3。计算R_F1、R_F2、R_F3和实现电能质量在线检测的具体步骤包括：

步骤1、采样获取相线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；采样获取三相交流电压、电流数据；

步骤2、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线A对地窄脉冲电压、相线B对地窄脉冲电压、相线C对地窄脉冲电压相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

步骤3、联立相线A对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线B对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线C对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式并组成方程组；

步骤4、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值；

步骤5、结果显示及报警处理，回到步骤1。

式(1)中，当选择U_BC4＝0、即在图3中的U_BC＝0或者是U_AB4＝0、即在图3中的 U_AB＝0时开通M1可以简化表达式，给计算带来便利，U_BC＝0、U_AB＝0时分别开通M1 得到的相线A对地窄脉冲电压U₁分别表示为相线A第一对地窄脉冲电压U₁₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂。式(2)、式(3)同样如此，电子开关脉冲式开通的时刻为三相IT系统线电压的过零点，在图4中的U_CA＝0、U_BC＝0时分别开通M2得到的相线B对地窄脉冲电压U₂分别表示为相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₂₂；在图5中的U_AB＝0、U_CA＝0时分别开通M3得到的相线C对地窄脉冲电压U₃分别表示为相线C第一对地窄脉冲电压U₃₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₃₂。

图3中，相线A第一对地窄脉冲电压U₁₁由控制器单元控制M1在U_BC＝0时开通获取，设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U_AB1，即图3中的 U_AB，U₁₁为此时图3中的U₁；相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂，由控制器单元控制M1在 U_AC＝0或者U_AB＝0时开通获取，设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U_AB3或者U_BC2，即图3中的U_AB或者U_BC，U₁₂为此时图3中的U₁。选择U_BC＝ 0、或者U_AC＝0、或者U_AB＝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。

图4中，相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁由控制器单元控制M2在U_CA＝0时开通获取，设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U_BC1，即图4中的 U_BC，U₂₁为此时图4中的U₂；相线B第二对地窄脉冲电压U₂₂，由控制器单元控制M2在 U_BA＝0或者U_BC＝0时开通获取，设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U_BC3或者U_CA2，即图4中的U_BC或者U_CA，U₂₂为此时图4中的U₂。选择U_CA＝ 0、或者U_BA＝0、或者U_BC＝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。

图5中，相线C第一对地窄脉冲电压U₃₁由控制器单元控制M3在U_AB＝0时开通获取，设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U_CA1，即图5中的 U_CA，U₃₁为此时图5中的U₃；相线C第二对地窄脉冲电压U₃₂，由控制器单元控制M3在 U_CB＝0或者U_CA＝0时开通获取，设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U_CA3或者U_AB2，即图5中的U_CA或者U_AB，U₃₂为此时图5中的U₃。选择U_AB＝ 0、或者U_CB＝0、或者U_CA＝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U₁₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂、相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁、相线B第二对地窄脉冲电压U₂₂、相线C第一对地窄脉冲电压U₃₁、相线C第二对地窄脉冲电压U₃₂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，U_AB、U_BC、U_CA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U₁₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂、相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁、相线B第二对地窄脉冲电压U₂₂、相线C第一对地窄脉冲电压U₃₁、相线C第二对地窄脉冲电压U₃₂的测量时刻。

表1

相线A第一对地窄脉冲电压U₁₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂在M1开通时测量得到，表1中，U₁₁为U_BC＝0时测量所得的U₁值，U₂₁为U_AB＝0时测量所得的U₁值。

当A、B、C对地绝缘正常时，R_F1、R_F2、R_F3的数值很大，因此，不管是在U_BC＝0 时测量所得的U₁₁值，还是在U_AB＝0时测量所得的U₁₂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U_BC＝0时测量所得的U₁₁值，还是在U_AB＝0时测量所得的U₁₂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U_BC＝0时测量U₁，有 U₁₁≈U_AB1；在U_AB＝0时测量U₁，有U₁₂≈0。

当C对地短路时，保护地PE的电位等于C相电位，因此，在U_BC＝0时测量U₁，有 U₁₁≈U_AB1；在U_AB＝0时测量U₁，有U₁₂≈U_BC2。

当只有A对地绝缘不良时，R_F2、R_F3的数值很大，R_F1为A对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联和R_F2与R_F3并联后对监测窄脉冲电压 U_AB1的分压值，接近为0值；在U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为0值。

当只有B对地绝缘不良时，R_F1、R_F3的数值很大，R_F2为B对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值，接近为R₄和R_F2对此时U_AB1的分压值；在U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为0值。

当只有C对地绝缘不良时，R_F1、R_F2的数值很大，R_F3为C对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值，接近为R₄和R_F3对此时U_AB1的分压值；在U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为R₄和R_F3对此时U_BC2的分压值。

当有A、B对地绝缘不良时，R_F3的数值很大，R_F1、R_F2分别为A、B对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值，接近为R₄与R_F1并联后和R_F2对此时U_AB1的分压值；在 U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为0值。

当有B、C对地绝缘不良时，R_F1的数值很大，R_F2、R_F3分别为B、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值，接近为R₄和R_F2与R_F3并联后对此时U_AB1的分压值；在 U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为R₄与R_F2并联后和R_F3对此时U_BC2的分压值。

当有C、A对地绝缘不良时，R_F2的数值很大，R_F1、R_F3分别为A、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值，接近为R₄与R_F1并联后和R_F3对此时U_AB1的分压值；在 U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值，接近为R₄、R_F1并联后和R_F3对此时U_BC2的分压值。

当A、B、C均对地绝缘不良时，R_F1、R_F2、R_F3分别为A、B、C对地绝缘不良的电阻值，因此，在U_BC＝0时测量所得的U₁₁值为R₄与R_F1并联后和R_F2与R_F3并联后对此时监测窄脉冲电压U_AB1的分压值；在U_AB＝0时测量所得的U₁₂值为R₄、R_F1、R_F2并联后和R_F3对此时监测窄脉冲电压U_BC2的分压值。

相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁、相线B第二对地窄脉冲电压U₂₂在M2开通时测量得到，表1中，U₂₁为U_CA＝0时测量所得的U₂值，U₂₂为U_BC＝0时测量所得的U₂值。相线C 第一对地窄脉冲电压U₃₁、相线C第二对地窄脉冲电压U₃₂在M3开通时测量得到，表1 中，U₃₁为U_AB＝0时测量所得的U₃值，U₃₂为U_CA＝0时测量所得的U₃值。U₂₁、U₂₂的测量方法，以及U₃₁、U₃₂的测量方法均和U₁₁、U₁₂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U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂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U₁₁≈U_AB1、U₁₂≈0时，相线B对地短路；当U₂₁≈U_BC1、U₂₂≈0时，相线C对地短路；当U₃₁≈U_CA、U₃₂≈0时，相线A对地短路。

当U₁₁的值为U_AB1的分压值，即0<U₁₁<U_AB1，且U₁₂≈0时，相线B对地绝缘不良；当U₂₁的值为U_BC1的分压值，即0<U₂₁<U_BC1，且U₂₂≈0时，相线C对地绝缘不良；当U₃₁的值为U_CA1的分压值，即0<U₃₁<U_CA1，且U₃₂≈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U₂₁、U₂₂、U₃₂三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U₃₁的分压比，即在U_AB＝0时M3开通，测量此时的 U₃₁以及与其相应的监测窄脉冲电压U_CA，即

可以计算出R_F1。

只有相线B对地绝缘不良时，任意测量并计算U₁₁、U₃₁、U₃₂三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U₁₁的分压比，即在U_BC＝0时M1开通，测量此时的 U₁₁以及与其相应的监测窄脉冲电压U_AB1，即

可以计算出R_F2。

只有相线C对地绝缘不良时，任意测量并计算U₁₁、U₁₂、U₂₁三个测量值分压比中的任何一个或者多个，例如，测量并计算U₂₁的分压比，即在U_CA＝0时M2开通，测量此时的 U₂₁以及与其相应的监测窄脉冲电压U_BC1，即

可以计算出R_F3。

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U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂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U₁₁或U₃₂、U₂₁或U₂₂、U₃₁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R_F1、R_F2。U₁₁、 U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂等的分压比表达式分别为

其中，式(4)与式(8)线性相关，式(5)与式(6)线性相关。例如，测量并计算U₁₁、 U₂₁的的分压比，联立式(4)和式(5)，可以计算出R_F1、R_F2。

同样地，当有B、C对地绝缘不良时，任意测量并计算U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂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R_F2、R_F3；当有A、C对地绝缘不良时，任意测量并计算U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂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R_F1、R_F3。

当A、B、C均对地绝缘不良时，任意测量并计算U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂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R_F1、 R_F2、R_F3。相关分压比的表达式为

例如，测量并计算U₁₂、U₂₂、U₃₂与其相应的监测窄脉冲电压U_BC2、U_CA2、U_AB2的分压比，联立式(10)、式(12)和式(14)，可以计算出R_F1、R_F2、R_F3。

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U₁₁、相线A第二对地窄脉冲电压U₁₂通过采集第一电子开关M1分别在U_BC＝0、U_AB＝0开通时取样电阻R_S上的电压U_C1得到，有

或者

相线B第一对地窄脉冲电压U₂₁、相线B第二对地窄脉冲电压U₂₂通过采集第二电子开关M2分别在U_CA＝0、U_BC＝0开通时取样电阻R_S上的电压U_C2得到，有

或者

相线C第一对地窄脉冲电压U₃₁、相线C第二对地窄脉冲电压U₃₂通过采集第三电子开关M3分别在U_AB＝0、U_CA＝0开通时取样电阻R_S上的电压U_C3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R_E1、第二限流电阻R_E2、第三限流电阻R_E3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R_S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。

当相线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，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，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时，所述装置实现电能质量与绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

步骤一、采样获取对地窄脉冲电压；采样获取三相交流电压、电流数据；

步骤二、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线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相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

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的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

步骤四、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，则到步骤七；

步骤五、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；

步骤六、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；

步骤七、结果显示及报警处理，回到步骤一。

电压电流取样单元用于获取三相IT系统A、B、C三相间的线电压信号和A、B、C三相的线电流信号。控制器单元需要控制电压电流取样单元对三相交流电压、电流进行连续采样，以便进行电能质量分析。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由控制器单元对电压电流取样单元的电压连续采样数据分析得到。分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标，主要是通过FFT计算以及其他计算与分析，得到微电网三相 IT系统的电压偏差、频率偏差、谐波以及电压波动和闪变等指标。如何设计电压电流取样单元并通过控制器单元实现对三相交流电压、电流信号进行连续采样，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，通过FFT 计算以及其他计算与分析，得到微电网三相IT系统的电压偏差、频率偏差、谐波以及电压波动和闪变等指标，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。电压电流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。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、单片机等微控制器。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电流取样单元、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 (4)

1.一种微电网三相IT系统电能质量与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、电压电流取样单元；

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；

实现电能质量与绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

步骤1、采样获取相线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；采样获取三相交流电压、电流数据；

步骤2、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线A对地窄脉冲电压、相线B对地窄脉冲电压、相线C对地窄脉冲电压相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

步骤3、联立相线A对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线B对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式、相线C对地窄脉冲电压及与相应的监测窄脉冲电压之间的关系表达式并组成方程组；

步骤4、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值；

步骤5、结果处理，回到步骤1。

2.根据权利要求1所述的微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测装置，其特征在于，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间线电压过零、相线A与相线B间线电压过零时开通获取；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间线电压过零、相线B与相线C间线电压过零时开通获取；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间线电压过零、相线C与相线A间线电压过零时开通获取。

3.根据权利要求2中所述的微电网三相IT系统电能质量与绝缘性能在线检测装置，其特征在于，实现电能质量与绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

步骤一、采样获取对地窄脉冲电压；采样获取和三相交流电压、电流数据；

步骤二、分析三相交流电压、电流数据，获取分别与相线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相应的监测窄脉冲电压；分析三相交流电压、电流数据，得到电能质量指标；

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的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

步骤四、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，则到步骤七；

步骤五、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；

步骤六、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；

步骤七、结果处理，回到步骤一。

4.根据权利要求1所述的微电网三相IT系统电能质量与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。