CN110554239B

CN110554239B - 一种绝缘电阻的在线测试装置

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Publication number: CN110554239B
Application number: CN201910838490.5A
Authority: CN
Inventors: 刘明日
Original assignee: Tianenlu Dalian Energy Saving Service Co ltd
Current assignee: Tianenlu Dalian Energy Saving Service Co ltd
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: CN110554239A

Abstract

本发明公开了一种绝缘电阻的在线测试装置，包括，用于向电力线施加交流电压信号的信号源；用于检测电力线中由所述信号源施加的电压而产生的电流信号的第一电流检测单元；用于获取所述第一电流检测单元检测得到的电流信号和所述信号源的电压信号，并根据获取的电流信号和电压信号计算电力线的绝缘电阻值的信号处理单元；用于显示电力线的绝缘电阻值的显示单元。该装置可以在线的实时检测电力线的绝缘电阻值，方便操作，同时检测精度高，保证了设备的正常运行。

Description

一种绝缘电阻的在线测试装置

技术领域

本发明涉及电力设备绝缘检测技术领域，具体涉及绝缘电阻的在线测试装置。

背景技术

电力线在电力工程中的应用非常广泛，它是由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，将电力或信息从一处传输到另一处的导线。电力线的绝缘性能对电力线的电气性能影响很大，绝缘性能越低，电气性能越差，绝缘性能越高，电气性能越好。

变压器、电力电力线及电机在实际运行时，随运行时间的推移，以及运行时的温升皆会影响绝缘电阻，因此，为了保证设备的安全运行，电力线是绝缘电阻值的获取是十分必要的。

现有技术中，绝缘电阻的检测一般是停止设备工作，在电力线上施加直流电压进行测量，该方法进行绝缘电阻检测不仅影响设备的正常工作，同时检测过程复杂，同时由于获得的绝缘电阻值不是在设备运行状态下获得，获得的阻值不准确(绝缘电阻与温度、湿度等因素有关)，同时，由于绝缘电阻在交流电压的作用下会被极化，电阻值也会改变，使得采用直流电压测得绝缘电阻值的精度降低。

因此，有必要能够在设备工作过程中检测电力线的绝缘电阻(在线检测)，以便于真实的获得电力线的绝缘性能，继而获得设备的工作状态。

发明内容

本发明提出了一种绝缘电阻的在线测试装置，该装置可以在不断电的情况下精确的检测电力线的绝缘电阻值。

本发明采用的技术手段如下：

一种绝缘电阻的在线测试装置，包括用于向电力线施加交流电压信号的信号源；用于检测电力线中由所述信号源施加的电压而产生的电流信号的第一电流检测单元；用于获取所述第一电流检测单元检测得到的电流信号和所述信号源的电压信号，并根据获取的电流信号和电压信号计算电力线的绝缘电阻值的信号处理单元；用于显示电力线的绝缘电阻值的显示单元。

进一步地，所述信号源的输出频率为20-150KHz、输出电压的有效值为1-10V。

进一步地，所述第一电流检测单元包括电流互感器和谐振放大单元，所述电流互感器用于获取电力线中的电流信号，所述谐振放大单元的谐振频率与所述信号源的输出频率一致，所述谐振放大单元用于对由所述信号源产生的电流信号进行谐振放大并滤除由工频电压产生的电流信号。

进一步地，所述信号处理单元包括电流信号输入单元、电压信号输入单元以及除法器，所述电流信号输入单元用于对所述谐振放大单元输出的信号进行整流滤波后形成直流电压信号后输入至除法器，所述电压信号输入单元用于对所述信号源的电压信号进行整流滤波后输入至除法器，所述除法器用于对输入的两路信号进行处理获得电力线的绝缘电阻值。

进一步地，还包括温度传感器单元，所述温度传感器单元用于获取检测电力线的绝缘电阻时相应的电力线的温度信号，并将获取的温度信号传输至显示单元进行显示。

进一步地，还包括巡检单元和开关单元，所述开关单元具有多组继电器，所述巡检单元控制所述开关单元中的每组继电器依次闭合和断开，使得该测试装置依次作用到每根电力线中并完成绝缘电阻的在线检测。

进一步地，还包括量程切换单元，所述量程切换单元用于切换所述测试装置的量程。

进一步地，所述测试装置用于零线和地线连接的三相五线制电路，该测试装置还包括过零点检测单元和零线地线开关单元；所述过零点检测单元用于检测零线内的电流值；所述零线地线开关单元用于在所述过零点检测单元检测到零线内电流值过零点时，控制零线和地线断开，在所述过零点检测单元检测到零线内电流值大于设定值时，控制零线和地线连通。

进一步地，所述过零点检测单元包括第二电流检测单元、电流放大单元以及迟滞回路单元；所述第二电流检测单元获取所述零线内的电流信号；所述电流放大单元用于对所述第二电流检测单元中的电流信号进行放大；所述迟滞回路用于设定所述零线地线开关单元的开关阈值。

进一步地，零线地线开关单元包括交流接触器K1、第四IGBT管Q4、第一IGBT管Q1、第四IGBT管驱动电路以及第一IGBT管驱动电路，所述交流接触器K1的主接点连接零线和地线，所述第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1并联在零线和地线之间，且所述第四IGBT管Q4的发射极与零线连接，第四IGBT管Q4的集电极与地线连接，所述第一IGBT管Q1的发射极与地线连接，第一IGBT管Q1的集电极与零线连接，所述交流接触器K1在绝缘电阻检测时断开，所述第四IGBT管驱动电路可驱动所述第四IGBT管Q4在零线中电流处于正半周期时闭合，在零线中电流处于负半周期时断开；所述第一IGBT管驱动电路可驱动所述第一IGBT管Q1在零线中电流处于正半周期时断开，在零线中电流处于负半周期时闭合。

与现有技术比较，本发明所述的绝缘电阻的在线测试装置具有以下有益效果：本测试装置通过设置有信号源、第一电流检测单元、信号处理单元和显示单元，电流检测单元可以滤除工频电压作用在电力线上的信号并放大信号源作用在电力线上的信号，进而通过处理单元可以进行电压与电流的计算获取绝缘电阻的阻值，并通过显示单元进行显示，该装置实现了电力线的在线检测，即不影响设备的正常运行，同时通过交流检测可以获得更精确的检测值。

附图说明

图1为本发明公开的绝缘电阻的在线测试装置的结构图；

图2为本发明公开的用于三项五线制电路中电力线绝缘电阻的在线测试装置的电路框图；

图3为过零点检测单元和零线地线开关单元的电路原理图；

图4为电流互感器中检测的零线电流经全波整流后的波形图；

图5为本发明公开的用于三项五线制电路中电力线绝缘电阻的在线测试装置的主电路图；

图6为高压多路开关的多个继电器的工作时序图；

图7为巡检电路的工作时序图；

图8为微小电流检测电路和程控放大器的电路图；

图9为微小电流检测电路和程控放大器的电路原理图；

图10为当零线中没有工作电流(220v或380v)时，电流传感器检测到信号源作用在电力线上的电流波形；

图11为当零线中有工作电流(220v或380v)时，电流传感器检测到信号源作用在电力线上的电流波形；

图12为自动增益控制放大电路图；

图13为温度检测电路图。

具体实施方式

如图1所示为本发明公开的绝缘电阻的在线测试装置，包括用于向电力线105施加交流电压信号的信号源100；用于检测电力线105中由所述信号源100施加的电压而产生的电流信号的第一电流检测单元101；用于获取所述第一电流检测单元101检测得到的电流信号和所述信号源100的电压信号，并根据获取的电流信号和电压信号计算电力线的绝缘电阻值的信号处理单元102；用于显示电力线的绝缘电阻值的显示单元103。

具体地，所述信号源的输出频率为20-150KHz、输出电压的有效值为1-10V，在本实施例中，信号源100的输出频率为64KHz、输出电压的有效值为10V。该信号源的频率远远的高于工频电压的频率(50Hz)以及工频电压的各次谐波的频率(最高2KHz)，使得信号源与工频电压相互不干扰。所述第一电流检测单元101包括电流互感器和谐振放大单元，所述电流互感器与电力线中的电流进行互感用于获取电力线中的电流信号，所述谐振放大单元的谐振频率与所述信号源的输出频率一致，本实施例中谐振放大器的谐振频率为64KHz，由于谐振放大单元的谐振频率远大于工频电压的频率，使得工频电压的频率被谐振放大单元过滤掉，而对由所述信号源产生的电流信号进行谐振放大。所述信号处理单元102包括电流信号输入单元、电压信号输入单元以及除法器，所述电流信号输入单元用于对所述谐振放大单元输出的信号进行整流滤波后形成直流电压信号后输入至除法器，所述电压信号输入单元用于对所述信号源的电压信号进行整流滤波后输入至除法器，所述除法器用于对输入的两路信号进行运算获得电力线的绝缘电阻值。本发明公开的绝缘电阻的在线测试装置通过信号源在电力线上施加远离工频的交流电压，并对由信号源产生的电流信号进行检测，通过信号处理单元的信号处理获得电力线的绝缘电阻值，该装置可实现绝缘电阻的在线检查，测量精度高，并且可实现任意时刻的检测，并通过显示单元进行显示，同时还可以设置报警单元，当检测到绝缘电阻值低于一定值时进行报警。

进一步地，还包括温度传感器单元，所述温度传感器单元用于获取检测电力线的绝缘电阻时相应的电力线的温度信号，并将获取的温度信号传输至显示单元进行显示。电力线的绝缘电阻值与温度有着密切的关系，在测量电力线的绝缘电阻时同时检测对应时刻的温度值，以便于真实的反映实际工作下的绝缘电阻。

进一步地，还包括巡检单元和开关单元，所述开关单元具有多组继电器，所述巡检单元控制所述开关单元中的每组继电器依次闭合和断开，使得该测试装置依次作用到每根电力线中并完成绝缘电阻的在线检测。设置有巡检单元和开关单元，可以用于依次检测多根电力线的绝缘电阻值。

进一步地，还包括量程切换单元，所述量程切换单元用于切换所述测试装置的量程。对于不同的电力线，绝缘电阻值不同，电力线的绝缘电阻可以从几兆欧姆到几百兆欧姆，通过设置量程切换单元可以应用于不同电力线的绝缘电阻的检测。

进一步地，该绝缘电阻在线测试装置还可以用于零线和地线连接的三相五线制电路，当该测试装置用于零线和地线连接的三相五线制电路时，该还包括过零点检测单元和零线地线开关单元；所述过零点检测单元用于检测零线内的电流值；所述零线地线开关单元用于在所述过零点检测单元检测到零线内电流值过零点时，控制零线和地线断开，在所述过零点检测单元检测到零线内电流值大于设定值时，控制零线和地线连通。所述过零点检测单元包括第二电流检测单元、电流放大单元以及迟滞回路单元；所述第二电流检测单元获取所述零线内的电流信号；所述电流放大单元用于对所述第二电流检测单元中的电流信号进行放大；所述迟滞回路用于设定所述零线地线开关单元的开关阈值。零线地线开关单元包括交流接触器K1、第四IGBT管Q4、第一IGBT管Q1、第四IGBT管驱动电路以及第一IGBT管驱动电路，所述交流接触器K1的主接点连接零线和地线，所述第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1并联在零线和地线之间，且所述第四IGBT管Q4的发射极与零线连接，第四IGBT管Q4的集电极与地线连接，所述第一IGBT管Q1的发射极与地线连接，第一IGBT管Q1的集电极与零线连接，所述交流接触器K1在绝缘电阻检测时断开，所述第四IGBT管驱动电路可驱动所述第四IGBT管Q4在零线中电流处于正半周期时闭合，在零线中电流处于负半周期时断开；所述第一IGBT管驱动电路可驱动所述第一IGBT管Q1在零线中电流处于正半周期时断开，在零线中电流处于负半周期时闭合。

本发明用于零线和地线连接的三相五线制电路的电路框图

如图2所示为本发明用于零线和地线连接的三相五线制电路的电路框图，其主要包括以下部分：

时钟发生器17：时钟发生器17的作用是通过4M的晶振产生的本装置的信号源中使用的64KHz频率的时钟信号。

64KHz功放16：64KHz功放16的作用是将时钟发生器17产生的时钟信号进行放大。

64KHz功率输出电路及正弦波形成电路13：对64KHz功放电路形成的信号进行处理形成正弦波信号源并穿过微小电流64KHz电流传感器10后作为信号源输入到高压多路开关4中。

微小电流64KHz电流传感器10：即电流互感器，用于检测64KHz信号源作用在电力线上所产生的微小电流。

高压多路开关4：高压多路开关是将64KHz正弦信号分别依次送到A、B和C三相电力线上(即需要检测绝缘电阻的3个电力线)，高压多路开关采用是普通高压继电器。

64KHz输出电路的AC/DC电路14：64KHz输出电路的AC/DC电路14的作用是将64KHz功率输出电路及正弦波形成电路中输出的交流电压转换成直流电压，也就是实际作用在A、B或C电力线中电压信号的大小(信号源电压)。

除法器15：用于对作用到电力线(A、B或C)上的电压信号和相应的电流信号进行处理，获得电力线的绝缘电阻值。

微小电流检测电路和程控放大器11：用于获取微小电流64KHz电流传感器10中的微小电流，并对微小电流进行放大以便于输入至除法器中。

自动量程转换电路12：将64KHz的电流信号分别以1:1，1:10,1:100进行放大，这样就将量程扩展为1倍、10倍、100倍，本实施例中，量程可扩展为2MΩ、20MΩ、200MΩ，自动量程转换电路的信号送到除法器15的X₁端。与此同时，由64KHz功率输出电路及正弦波形成电路送来的64KHz供电信号经过64KHz输出电路的AC/DC电路(AC/DC)也送到除法器Z₂端，完成了

的除法运算即

信号多路开关8：信号多路开关8将电力线A、B和C中的绝缘电阻值和温度信号依次传输至显示单元。

巡检信号发生器18：将时钟发生器信号分频成周期信号输入到高压多路开关4和信号多路开关8中以便于将信号源依次施加到不同的电力线中，进而检测每根电力线的绝缘电阻，本实施例中信号周期为约2秒，。

电力系统输入端子A、B、C、N单元5：分别与电力系统中A、B、C、N四个电力线连接的端子，用于将信号源的电压施加至电力线中。

中线N电流检测传感器1：用于检测中线N中的电流。

IGBT和接触器驱动电路2：用于驱动IGBT和接触器工作的电路。

N和PE交流接触器和IGBT双向开关3：在IGBT和接触器驱动电路2的控制下实现零线与地线的接触和断开。

温度传感器6：用于检测电力线上的温度。

温度检测电路7：将温度传感器获得的温度传输至信号多路开关，并进行显示。

数字显示单元9：用于对绝缘电阻值和温度信息进行显示。

本专利用于零线和地线连接的三相五线制电路的电路图

如图3所示为本发明公开的过零点检测单元和零线地线开关单元的电路图，具体地，在零线N上设有电流传感器Isen[N]1，当零线N中有电流通过时，电流传感器检测零线中的电流I_N。电流传感器Isen[N]1的输出端连接在由运算放大器U6A构成的用于对电流信号进行放大的运算放大电路中，运算放大电路的输出端连接有由光耦U8和光耦U9过零点检测电路，过零点检测电路的输出信号经过或非门U5A和或非门U5B完成全波整流，具体地，运算放大电路U6A的输出端分别与光耦U8的输入端的正极和光耦U9的输入端的负极连接，光耦U8的输入端的负极与光耦U9的输入端的正极连接后通过可变电阻R21和电阻R27接地，光耦U8和光耦U9输出端的发射极接地，光耦U8和光耦U9输出端的集电极分别通过电阻R13、电阻R14与电源连接，光耦U8的集电极与或非门U5A的一个输入端连接，光耦U9输出端的集电极与或非门U5A的另一个输入端连接，或非门U5A输出端连接或非门U5B的两个输入端。全波整流电路的输出端连接有由单向可控硅U11组成的钳位电路，保证过零时间间隔的精度将固定在单向可控硅U11钳位的幅值上，此时，如图4所示，电流信号I_N转换成一系列的固定幅度的方波，由图可知当I_N大时脉冲宽度T_N1较大，而零电流时间Δt₁较小。而当I_N较小时,T_N2较小，而Δt₂较大。

钳位电路的输出端连接由运算放大器U6B构成二阶低通滤波器电路，由钳位电路输出的方波经过二阶低通滤波器后，得到一个幅度正比于零线中的电流I_N的直流信号BLPFOUT。

二阶低通滤波器电路的输出端与由运算放大器U6C和运算放大器U6D组成的双限迟滞比较器电路中，运算放大器U6C和运算放大器U6D的输出端分别与由或非门U5C和或非门U5D构成的RS触发器的两输入端连接,RS触发器的两输入端分别还连接有电阻R20和二极管D4与电阻R28和二极管D5，其中R20D4R28D5是保证U5C和U5D的安全进行的电平变换。

在零线N和地线PE之间连接有交流接触器K1、第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1，交流接触器K1的主接点连接零线N和地线PE，交流接触器K1的辅助接点由第五三极管Q5控制，第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1并联在零线N和地线PE之间，且第四IGBT管Q4的发射极与零线N连接，第四IGBT管Q4的集电极与地线PE连接，第一IGBT管Q1的发射极与地线PE连接，第一IGBT管Q1的集电极与零线N连接，第四IGBT管Q4由IGBT管驱动模块U7组成的IGBT驱动电路进行驱动，第一IGBT管Q1由IGBT管驱动模块U8组成的IGBT驱动电路进行驱动，在本实施例中，IGBT管驱动模块U7和U8均采用EXB840芯片。

双限迟滞比较器电路输出端连接有RS触发器以保证工作安全，当I_N大到一定程度时，会保证交流接触器K1自动闭合呈ON状态，与此同时会关闭Q1和Q4以保证IGBT的安全。

过零点检测单元和零线地线开关单元的具体工作过程如下：电流互感器Isen[N]1通过互感作用检测零线N中的电流，电流互感器中的感应电流经过放大器U6A进行放大后输入到由光耦U8和光耦U9组成的过零点检测电路中，并通过U5A和U5B组成的全波整流电路进行整流滤波后作为控制信号(图中控制信号为AD START)发送给信号源，同时，该信号经过由运算放大器U6B构成二阶低通滤波器电路滤波后进入由运算放大器U6C和运算放大器U6D组成的双限迟滞比较器电路中，然后通过RS触发器分别控制交流接触器K1、第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1进行工作，当零线N中电流过零点(正或负半周)，依次控制第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1的打开或关闭，进而实现N线和PE线的连接和断开，在N线和PE线断开阶段，完成绝缘电阻的测量。交流接触器K1作为第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1的冗余电路，可以保证在IGBT管失效时，该电路仍能继续工作，保证了设备的安全，交流接触器有与IGBT管相同的信号进行控制，当零线N中电流过零点时，接触器断开，当零线N中电流大于一定值时，接触器闭合。

如图5所示，为本发明公开的绝缘电阻的在线测试装置的主电路图，该电路图中包括信号源电路、信号处理单元电路以及显示单元电路等结构，具体地，主电路中包括时钟发生器17、64KHz功放16、高压多路开关4、电力系统输入端子5、温度传感器6、温度检测电路7、信号多路开关8、数字显示单元9、微小电流64KHz电流传感器10、微小电流检测电路和程控放大器11、自动量程转换电路12、64KHz功率输出电路及正弦波形成电路13、64KHz输出电路的AC/DC电路14、除法器15以及巡检信号发生器18。

时钟发生器是由4M晶振组成的振荡电路，4M晶振Y1经过由分频芯片U1芯片(MC54HC4060J)组成的分频电路进行分频形成64KHz的方波，分频电路第一路输出连接有由INT200、INT201、变压器T3、MOS管Q5、MOS管Q6、电容C8以及电容C9组成的功放电路(半桥结构)，功放电路用于对64KHz的方波进行功率放大。变压器T3的输出端连接变压器T2，变压器T3和变压器T2上连接有电感L2和电容C7用于将方波转换成正弦波，变压器T2的第一组次级线圈的一端连接有由电感L1和电容C3组成的谐振电路，另一端接地以形成输出频率为64KHz输出电压为10V的信号源。变压器T2的第二组次级线圈连接有由整流桥D8、电阻R12、电阻R13、电容C11以及电容C10组成的全波整流及滤波电路，64KHz的方波通过变压器T2的第二组次级线圈组成的电路后形成直流电压并输入至除法器电路中，本实施例中，除法器电路由U6(AD534J芯片)组成。分频电路的控制端(CONTROL)与过零点检测单元的输出端连接，当过零点检测单元检测到过零点时发出触发信号(AD START),分频电路接收到控制信号后工作进而使得信号源向电力线上输出电压。

由4M晶振Y1组成的时钟发生器经过由MC54HC4060J组成的分频电路进行分频一路输出形成64KHz的方波信号以形成信号源作用在电力线上，分频电路第二路输出经过由U3(MC74HC4060N芯片)分频和MC54HC4017J芯片组成的分频电路进行分频形成周期为约2s的巡检信号。在信号源的输出端与A、B、C电力线之间连接有多路高压开关，在对电力线进行在线绝缘电阻检测时，开关电路闭合，使得信号源输出的信号依次作用到电力线上，本实施例中，电力系统为三相五线制，因此多路高压开关为三组继电器，分别为继电器K1、继电器K2和继电器K3；继电器K1、继电器K2和继电器K3的控制端分别连接有三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4，三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的基极与分频电路第二路输出端连接，巡检信号依次施加到三极管Q3、三极管Q4和三极管Q5的基极上，进而控制继电器K1、继电器K2和继电器K3的顺次闭合，使得信号源输出的交流电压信号顺次施加到各个相线的电力线中。继电器K1、继电器K2和继电器K3的电路中还分别连接有发光二极管D1、发光二极管D4和发光二极管D6，用于指示工作状态。

图6为高压多路开关的动作时序图，图中A、B、C代表三相电力线，高电平代表继电器位于ON，低电平代表OFF。Δt则是由任何一相转换到另一相的间隔时间。在Δt时间中任何一个继电器皆处于OFF状。Δt的需要约10周交流电的周期即0.2秒，主要目的防止相间短路。为了防止继电器动作产生共同导通造成相间短路，故要设计成继电器转换瞬时必须存在一种相邻继电器皆不工作的死区。由于继电器动作有最小10ms的延时，故Δt应设计成Δt﹥10ms，在本实施例中用取20*10ms。20*10ms由U2D、U2C、电容C14和电阻R24产生，U2D和U2C为或非门，本实施例中采用芯片CD4001BCM构成。

U2D和U2C产生四路巡检信号与20*10ms信号经U10和U12产生四种如图7所示的巡检信号去驱动高压多路开关和信号多路开关。信号多路开关是由U8D和U8C构成。

变压器T2的第一组次级线圈上连接有电流传感器，如图8所示为电流传感器的电路图(图5中ACAMP&AC/DC部分)，ISEN为电流传感器由运算放大器U2A、电感L1以及电容C3组成的谐振放大器，即电感L1和电容C3并联在运算放大器U2A的反向输入端和输出端之间，运算放大器U2A的同相输入端接地，电流传感器的输出端串联连接电容C1和电阻R4后与运算放大器U2A的反相输入端连接，谐振放大器的频率协调至与信号源的频率一致，即64KHz。运算放大器U2A的反向输入端和输出端之间还连接有防止自激作用的电阻R5。运算放大器U2A的输出端连接有由运算放大器U2B构成射随跟随器，用于防止后端电路对谐振放大器的影响，射随跟随器的输出端连接有由运算放大器U2C、运算放大器U2D、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4组成的精密全波整流电路，实现AC/DC的转换，完成负向整流。由运算放大器U2C、运算放大器U2D、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4组成的精密全波整流电路的输出端连接有由运算放大器U1B、电容C2、电阻R6、电阻R3和电阻R8组成的平滑电路，用于滤除经过负向整流后的电流中频率为2x64KHz的纹波。

众所周知，在电能传输和施用当中，对绝缘电阻有下列要求：

电缆绝缘电阻要求

A对660v绝缘电阻值相间和相对地不小于10兆欧

B对1140v绝缘电阻值相间和相对地不小于50兆欧

C对10KV绝缘电阻值相间和相对地不小于100兆欧

D监视线绝缘电阻不得小于2MΩ。

电机绝缘电阻要求

A、660V绝缘电阻相对地不得小于10兆欧

B、1140V绝缘电阻相对地不得小于50兆欧

对变压器绝缘电阻要求

A 10KV>100MΩ

B 1140V>50MΩ

C 660V>10MΩ

高压、馈电、启动器绝缘电阻要求

A 10KV>100MΩ

B 1140V>50MΩ

C 660V>10MΩ

综合上述本实施例中要测量100MΩ的绝缘电阻，而施加的电源又不可能太大。若64KHz电源太大，可能对50Hz电器进行干扰。故对10KV而言，最好取其百分之一，这样不会对电力电器进行干扰。

根据以上列出来EH取值表如表1

表1不同电能传输中施加的信号源电压

10KV	100MΩ	100V
			1140V	50MΩ	11.4V
660V	10MΩ	11.4V

本实施例以380V作例，当绝缘电阻为100MΩ时流过的IH为IH＝11.4v/100MΩ＝0.114μA

有时还会遇到200MΩ的情况，此时电流只有0.055μA即55nA的小电流。本发明通过如图8所示的结构可以对电流进行放大，以便于检测。微小电流的检测原理图如图9所示，微小电流I_S流过电流互感器，此时于其副边有一并联谐振回路，其由L、C组成，其被调谐到64KHz。因其内阻R很小，其品质因数很高。

此外，由于I_S回路中还有其他的元件，它们是为了得到单一的正弦波而设计的串联谐振回路。因此，在原边流过I_S产生的信号经过L_S和C_S后得到的电压信号被放大Q倍，随后经过交流放大器A进一步放大，然后经过精密整流和LPF(低通滤波)得到直流信号送到除法器中，得到绝缘电阻之数值。

本实施例中，由平滑电路输出的信号为直流信号，并且已放大到足够大，完成为微小电流的检测。若品质因数为100，

精密捡波放大50，

平滑电路放大10，

故总的为100*50*10＝104，

这样0.055μA产生的信号就变成0.055μA*104＝550μA产生的信号。

如图10所示由于采用过零检测绝缘电阻，当N线中无电流时，64KH正弦波连继的加在A、B、C线中之一和PE大地之间，此时测到的微小电流是连续的64KHz正弦波。如图11所示当N线中由较大的电流时，他们是脉冲束的形式。

因此经过微小电流64KHz电流传感器检到的数值就不一样，也就是说同样的绝缘电阻得到的数值是和Δt有关，即和Δt在电流周波中的孔占比(占空比)有关，即

其中Δt零电流时间，T为N线中电流的运行周期，

表示图中有两次过零只取一次。

Δt的取值范围在0.5ms到10ms之间(对50Hz而言)，而D的变化20—1之间。

为此要求自动增益放大器能在20和1之间随孔占比的变化而变。由N和PE之间的过零点检测单元中输出的BLPF信号已设计符合上述公式。

为完成在中线电流过大，而电流过零时间很短，输出的绝缘电阻I_S测试信号小，反之在中线电流小或零状况下绝缘电阻I_S测试信号大。

如图12所示，平滑电路输出的信号输入至乘法器，在本实施例中，由AD534J构成的精密乘法器保证了无论孔占比如何变化，其测试I_S会自动调整不随孔占比变化，即完成自动AGC控制。图中R10是作为满度数据调整用AD534J的输出为V_OUT＝10E_E*E₅，AD534J的X1端输入E_C为控制信号，即BLPF；Y端输入E_S为测绝缘电阻的电流信号，即当E_S信号由于孔占比小而小时，此时E_C信号也因孔占比小而增大，以保持V_OUT不变。

为了真实的反映实际工作下的绝缘电阻，必须检测设备实际工作温度。

在本实施例中使用标准pt100做温度传感器，其具体电路如图13所示，其中运算放大器U1B、三极管Q1电阻R1、电阻R2、二极管D1以及二极管D2构成恒流源电路，而运算放大器U1A、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11以及电容C2组成放大电路，用于将温度以常见的摄氏度表现出来，也就是说使数字显示具体真实温度值。其中电阻R4为0℃校准电位器，电阻R2为F、S校准电位器。

高压多路开关的高压端接到电力系统输入端子A、B、C和N，而另一端通过高压电容C3和串联电感L1和64KHz功率输出变压器的输出端(64KHz功率输出电路及正弦波形成电路)相连，另一端串接微小电流64HKz电流传感器后直接到PE或大地。

64KHz功率输出电路及正弦波形成电路是64KHz的高频变压器T2。其输出端连有L1和C3的串联谐振回路。其主要是只允许64KHz的正弦电流流过，以保证测量精度。

64KHz功率输出电路及正弦波形成电路还要分出一部分电压供给64KHz输出电路的AC/DC电路，为的是实时取到供出的电压信号大小。以便经64KHz输出电路的AC/DC电路将信号源的电压信号送入除法器，此信号就是加在A、B、C上的64KHz的电压信号。

64KHz功率输出电路及正弦波形成电路的驱动是依靠64KHz功放进行的。

64KHz功率输出电路及正弦波形成电路送到64KHz输出电路的AC/DC电路中是64KHz的AC信号，为方便运算在64KHz功率输出电路及正弦波形成电路中转成DC信号。64KHz功率输出电路及正弦波形成电路由D8桥R12、C11、C10、R13构成全波整流及滤波电路，经U4B隔离送入除法器U6。

64KHz功率放大是以T3为中心的半桥电路，此半桥由Q6,Q5,C8,C9构成。其确定由INT201/INT200以及二极管D3,电容C6(自举用)电阻R7和电阻R8(防自激振荡用)原件构成。其驱动信号来自时钟发生器17。

其中L2,C7为串联谐振回路，其只允许正弦64KHz传送到下一级。

自动量程电路的其作用是将微小电流检测电路和程控放大器(AGC&AMP)来的信号放大到除法器运算精度最佳的区域。即当AGC&AMP来的信号一般在2mv—2v之间也就是说绝缘电阻在200MΩ—2MΩ之间。数字显示分成三段199.9,19.99,1.999。因此由运算放大器U7B、U11D和U11A、模拟开关U1B和U1A以及电阻R21、R22、R23和R25构成自动量程转换电路。

当AGC&AMP来的信号为2mv—20mv，自动量程电路的放大倍数为100,20mv—200mv时放到倍数10,200mv—2000mv放大倍数1。

在本实施例中，数字显示单元，采用普通的三位半显示，采用MC14433和CD4511组成，MC14433的小数点被设计成浮动，为本领域常规设计，不详细描述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：包括

用于向电力线施加交流电压信号的信号源；

用于检测电力线中由所述信号源施加的电压而产生的电流信号的第一电流检测单元；

用于获取所述第一电流检测单元检测得到的电流信号和所述信号源的电压信号，并根据获取的电流信号和电压信号计算电力线的绝缘电阻值的信号处理单元；

用于显示电力线的绝缘电阻值的显示单元；

所述测试装置用于零线和地线连接的三相五线制电路，该测试装置还包括过零点检测单元和零线地线开关单元；

所述过零点检测单元用于检测零线内的电流值；

所述零线地线开关单元用于在所述过零点检测单元检测到零线内电流值过零点时，控制零线和地线断开，在所述过零点检测单元检测到零线内电流值大于设定值时，控制零线和地线连通；

所述过零点检测单元包括第二电流检测单元、电流放大单元以及迟滞回路单元；

所述第二电流检测单元获取所述零线内的电流信号；

所述电流放大单元用于对所述第二电流检测单元中的电流信号进行放大；

所述迟滞回路用于设定所述零线地线开关单元的开关阈值；

所述零线地线开关单元包括交流接触器K1、第四IGBT管Q4、第一IGBT管Q1、第四IGBT管驱动电路以及第一IGBT管驱动电路，所述交流接触器K1的主接点连接零线和地线，所述第四IGBT管Q4和第一IGBT管Q1并联在零线和地线之间，且所述第四IGBT管Q4的发射极与零线连接，第四IGBT管Q4的集电极与地线连接，所述第一IGBT管Q1的发射极与地线连接，第一IGBT管Q1的集电极与零线连接，所述交流接触器K1在绝缘电阻检测时断开，所述第四IGBT管驱动电路可驱动所述第四IGBT管Q4在零线中电流处于正半周期时闭合，在零线中电流处于负半周期时断开；所述第一IGBT管驱动电路可驱动所述第一IGBT管Q1在零线中电流处于正半周期时断开，在零线中电流处于负半周期时闭合。

2.根据权利要求1所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：所述信号源的输出频率为20-150KHz、输出电压的有效值为1-10V。

3.根据权利要求1所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：所述第一电流检测单元包括电流互感器和谐振放大单元，所述电流互感器用于获取电力线中的电流信号，所述谐振放大单元的谐振频率与所述信号源的输出频率一致，所述谐振放大单元用于对由所述信号源产生的电流信号进行谐振放大并滤除由工频电压产生的电流信号。

4.根据权利要求3所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：所述信号处理单元包括电流信号输入单元、电压信号输入单元以及除法器，所述电流信号输入单元用于对所述谐振放大单元输出的信号进行整流滤波后形成直流电压信号后输入至除法器，所述电压信号输入单元用于对所述信号源的电压信号进行整流滤波后输入至除法器，所述除法器用于对输入的两路信号进行处理获得电力线的绝缘电阻值。

5.根据权利要求1所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：还包括温度传感器单元，所述温度传感器单元用于获取检测电力线的绝缘电阻时相应的电力线的温度信号，并将获取的温度信号传输至显示单元进行显示。

6.根据权利要求1所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：还包括巡检单元和开关单元，所述开关单元具有多组继电器，所述巡检单元控制所述开关单元中的每组继电器依次闭合和断开，使得该测试装置依次作用到每根电力线中并完成绝缘电阻的在线检测。

7.根据权利要求4所述的绝缘电阻的在线测试装置，其特征在于：还包括量程切换单元，所述量程切换单元用于切换所述测试装置的量程。