CN110632469A - 一种用于itn系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统与检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统与检测方法，在三相交流供电系统的变压器线路中性点连接一交流注入源，三相星形输出线路的四相输出线路上分别连接有虚拟等效电路，每相输出线路的虚拟等效电路分别并联连接有等效绝缘电阻和分布电容，四相输出线路的虚拟等效电路一端分别连接至每相输出线路上，另一端汇总连接至接地端；在中性点注入一个特定频率的低频交流信号，然后对电路中的三点进行取样，取样信号经放大调理、滤波、量化、再滤波、运算，算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况；能够同时在线监测系统绝缘电阻和对地分布电容，确保系统运行安全可靠，结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业输配电系统中一种用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统与检测方法。
背景技术
电力行业的输配电系统的绝缘性能是输配电系统安全运行的关键指标，需随时监测系统绝缘电阻和对地分布电容，以评估系统整体绝缘状态，确保系统运行稳定、安全可靠；而ITN系统对地分布电容达到一定限值，系统等同于TT接地系统，系统绝缘故障会引发危险接触电压，易造成设备损坏、人身安全事故，存在重大安全隐患，现有技术中一般通过直流注入法进行系统绝缘监测，无法检测系统对地分布电容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够同时在线监测系统绝缘电阻和对地分布电容，确保系统运行安全可靠，结构简单，操作方便，用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统与检测方法。
本发明用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：包括输出线路按照星形连接的三相交流供电系统，三相交流供电系统的变压器线路中性点连接一交流注入源，交流注入源一端一限流电阻连接至三相星形输出线路的中性点，另一端连接至接地端；三相星形输出线路的四相输出线路上分别连接有虚拟等效电路，每相输出线路的虚拟等效电路分别并联连接有等效绝缘电阻和分布电容，四相输出线路的虚拟等效电路一端分别连接至每相输出线路上，另一端汇总连接至接地端；
所述交流注入源包括有一MCU，MCU连接有两路调制电路，每路调制电路分别连接有RC滤波模块，每个RC滤波模块分别连接一片增强型隔离式双通道栅极驱动器，两片增强型隔离式双通道栅极驱动器驱动四个场效应管，构成能够输出正弦交流信号的全桥电路；
所述正弦交流信号为2.5Hz，40v的低频交流信号；
所述MCU连接的调制电路为能够产生PWM(Pulse Width Modulation)调制信号的调制电路；
所述增强型隔离式双通道栅极驱动器型号为UCC21540；
本发明还涉及一种根据上述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：首先在ITN供电系统的中性点注入一个特定频率的低频交流信号，然后对电路中的三点进行取样，取样信号经调理，第一次滤波，使得取样信号峰-峰值尽量达到A/D的满档值，然后送入A/D转换器进行量化，量化后的数字信号通过串行外设接口(SPI)串行传送给MCU，对其进行软件算法第二次滤波，第二次滤波后的信号进行运算，分析出2.5Hz这一谐波分量的大小和相位，代入相关公式，计算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况；
所述信号调理为通过信号调节电路进行信号放大处理；
所述第一次滤波经LPF低通滤波器进行滤除信号中的高次谐波；
所述第二次滤波经FIR滤波器进行滤波处理后，再经DFT离散傅里叶变换运算；
所述检测方法首先在ITN供电系统的中性点注入2.5Hz，40V的低频交流信号，限流电阻与交流注入源之间连接点定义为a点，限流电阻与等效电路之间连接点定义为c点，等效电路与接地端之间定义为b点，对电路中的上述三点进行取样，UA，UB，UC分别为a，b，c三点的电压，限流电阻定义为R0，R，C分别为供电系统三相对地绝缘电阻和分布电容的并联值，
将c点的电压减去a点的电压再除以R0，得到回路中的电流I：
将b点的电压减去c点的电压再除以回路中的电流，得到R和C并联的阻抗：
最后根据R，C并联的公式就可以解出R和C的值。其中θ为R和C并联阻抗的相位角。f为注入源信号的频率。
R＝R1//R2//R3//R4；
评估ITN系统的绝缘状况。
本发明用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统与检测方法，在三相交流供电系统的变压器线路中性点连接一交流注入源，三相星形输出线路的四相输出线路上分别连接有虚拟等效电路，每相输出线路的虚拟等效电路分别并联连接有等效绝缘电阻和分布电容，四相输出线路的虚拟等效电路一端分别连接至每相输出线路上，另一端汇总连接至接地端；在中性点注入一个特定频率的低频交流信号，然后对电路中的三点进行取样，取样信号经放大调理、滤波、量化、再滤波、运算，算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况；能够同时在线监测系统绝缘电阻和对地分布电容，确保系统运行安全可靠，结构简单，操作方便。
附图说明
图1是本发明实施例用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的原理示意图；
图2是本发明实施例用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的电路结构示意图；
图3是本发明实施例用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的等效电路结构示意图；
图4是本发明实施例用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的交流注入源电路结构示意图。
具体实施方式
如图所示，一种用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，输出线路按照星形连接的三相交流供电系统，三相交流供电系统的变压器线路中性点连接一交流注入源，交流注入源一端一限流电阻连接至三相星形输出线路的中性点，另一端连接至接地端；三相星形输出线路的四相输出线路上分别连接有虚拟等效电路，每相输出线路的虚拟等效电路分别并联连接有等效绝缘电阻和分布电容，四相输出线路的虚拟等效电路一端分别连接至每相输出线路上，另一端汇总连接至接地端；
交流注入源包括有一MCU，MCU连接有两路调制电路，每路调制电路分别连接有RC滤波模块，每个RC滤波模块分别连接一片增强型隔离式双通道栅极驱动器，两片增强型隔离式双通道栅极驱动器驱动四个场效应管，构成能够输出正弦交流信号的全桥电路；
正弦交流信号为2.5Hz，40v的低频交流信号；
MCU连接的调制电路为能够产生PWM(Pulse Width Modulation)调制信号的调制电路；
增强型隔离式双通道栅极驱动器型号为UCC21540；
本发明还涉及一种根据上述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：首先在ITN供电系统的中性点注入一个特定频率的低频交流信号，然后对电路中的三点进行取样，取样信号经调理，第一次滤波，使得取样信号峰-峰值尽量达到A/D的满档值，然后送入A/D转换器进行量化，量化后的数字信号通过串行外设接口(SPI)串行传送给MCU，对其进行软件算法第二次滤波，第二次滤波后的信号进行运算，分析出2.5Hz这一谐波分量的大小和相位，代入相关公式，计算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况；一次滤波是硬件滤波，第二次是软件滤波。
信号调理为通过信号调节电路进行信号放大处理；
第一次滤波经LPF低通滤波器进行滤除信号中的高次谐波；
第二次滤波经FIR滤波器进行滤波处理后，再经DFT离散傅里叶变换运算；
检测方法首先在ITN供电系统的中性点注入2.5Hz，40V的低频交流信号，限流电阻与交流注入源之间连接点定义为a点，限流电阻与等效电路之间连接点定义为c点，等效电路与接地端之间定义为b点，对电路中的上述三点进行取样，UA，UB，UC分别为a，b，c三点的电压，限流电阻定义为R0，R，C分别为供电系统三相对地绝缘电阻和分布电容的并联值，
将c点的电压减去a点的电压再除以R0，得到回路中的电流I：
将b点的电压减去c点的电压再除以回路中的电流，得到R和C并联的阻抗：
最后根据R，C并联的公式就可以解出R和C的值。其中θ为R和C并联阻抗的相位角。f为注入源信号的频率。
R＝R1//R2//R3//R4；
评估ITN系统的绝缘状况。
具体技术方案：
低频交流注入法绝缘监测装置在ITN供电系统的中性点注入2.5Hz，40V的低频交流信号，对电路中的三点进行取样，取样信号经调理，滤波，使得取样信号峰-峰值尽量达到A/D的满档值，并且滤除信号中的高次谐波，然后送入A/D进行量化，量化后的数字信号通过串行外设接口(SPI)串行传送给MCU，对其进行软件算法滤波，滤波后的信号进行DFT运算，分析出2.5Hz这一谐波分量的大小和相位，代入相关公式，计算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况系统原理图如图1所示。
在ITN供电系统变压器的中性点处注入一个特定频率的低频交流信号，假设R1、R2、R3、R4和C1、C2、C3、C4分别为三相及N对地的等效绝缘电阻和分布电容，在ITN供电系统绝缘度下降之前，R1、R2、R3、R4远大于负载电阻，所以注入源的电流对绝缘电阻的影响非常微弱，其电路结构图如图2所示。
同时，变压器低压侧中性点与绝缘变压器的负荷中性点之间不存在电位差，且不接地。因此，低频注入源和负载之间没有形成电路，不考虑在负载上产生电流。因此，图2的等效电路可以简化为图3。
图3中R0为限流电阻，R，C分别为供电系统三相对地绝缘电阻和分布电容的并联值，对供电系统进行在线绝缘检测时，将对电路中的a，b，c三点进行取样，UA，UB，UC分别为a，b，c三点的电压。
将c点的电压减去a点的电压再除以R0，就可以得到回路中的电流I。
将b点的电压减去c点的电压再除以回路中的电流，就可以得到R和C并联的阻抗。
最后根据R，C并联的公式就可以解出R和C的值。其中θ为R和C并联阻抗的相位角。f为注入源信号的频率。
因为公式2-3计算的是三相及N相对地绝缘电阻的并联值，所以实际上R＝R1//R2//R3//R4。
注入源电路设计
低频交流注入法所需的2.5Hz交流信号需要通过硬件电路产生，如图1-4所示。首先由MCU产生两路PWM(Pulse Width Modulation)调制信号，经过简单的RC滤波电路后，分别控制两片UCC21540即增强型隔离式双通道栅极驱动器，两片UCC21540驱动四个场效应管构成的全桥电路，输出2.5Hz的正弦交流信号。
交流注入法与直流注入法的比较：
直流注入法无法检测系统对地分布电容，ITN系统对地分布电容达到一定限值，系统等同于TT接地系统，若发生绝缘故障，将发生危险接触电压，因此必须监测C值。交流注入法绝缘能够监测系统绝缘电阻和对地分布电容，保证系统运行可靠。
Claims (10)
1.一种用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：包括输出线路按照星形连接的三相交流供电系统，三相交流供电系统的变压器线路中性点连接一交流注入源，交流注入源一端一限流电阻连接至三相星形输出线路的中性点，另一端连接至接地端；三相星形输出线路的四相输出线路上分别连接有虚拟等效电路，每相输出线路的虚拟等效电路分别并联连接有等效绝缘电阻和分布电容，四相输出线路的虚拟等效电路一端分别连接至每相输出线路上，另一端汇总连接至接地端。
2.根据权利要求1所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：所述交流注入源包括有一MCU，MCU连接有两路调制电路，每路调制电路分别连接有RC滤波模块，每个RC滤波模块分别连接一片增强型隔离式双通道栅极驱动器，两片增强型隔离式双通道栅极驱动器驱动四个场效应管，构成能够输出正弦交流信号的全桥电路。
3.根据权利要求2所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：所述正弦交流信号为2.5Hz，40v的低频交流信号。
4.根据权利要求2所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：所述MCU连接的调制电路为能够产生PWM(Pulse Width Modulation)调制信号的调制电路。
5.根据权利要求2所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统，其特征在于：所述增强型隔离式双通道栅极驱动器型号为UCC21540。
6.一种根据权利要求1～5所述之一用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：首先在ITN供电系统的中性点注入一个特定频率的低频交流信号，然后对电路中的三点进行取样，取样信号经调理，第一次滤波，使得取样信号峰-峰值尽量达到A/D的满档值，然后送入A/D转换器进行量化，量化后的数字信号通过串行外设接口(SPI)串行传送给MCU，对其进行软件算法第二次滤波，第二次滤波后的信号进行运算，分析出2.5Hz这一谐波分量的大小和相位，代入相关公式，计算出系统的绝缘电阻和对地分布电容，评估ITN系统的绝缘状况。
7.根据权利要求6所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：所述信号调理为通过信号调节电路进行信号放大处理。
8.根据权利要求6所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：所述第一次滤波经LPF低通滤波器进行滤除信号中的高次谐波。
9.根据权利要求6所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：所述第二次滤波经FIR滤波器进行滤波处理后，再经DFT离散傅里叶变换运算。
10.根据权利要求6所述用于ITN系统的低频交流注入绝缘性能在线监测系统的检测方法，其特征在于：所述检测方法首先在ITN供电系统的中性点注入2.5Hz，40V的低频交流信号，限流电阻与交流注入源之间连接点定义为a点，限流电阻与等效电路之间连接点定义为c点，等效电路与接地端之间定义为b点，对电路中的上述三点进行取样，UA，UB，UC分别为a，b，c三点的电压，限流电阻定义为R0，R，C分别为供电系统三相对地绝缘电阻和分布电容的并联值，
将c点的电压减去a点的电压再除以R0，得到回路中的电流I：
将b点的电压减去c点的电压再除以回路中的电流，得到R和C并联的阻抗：
最后根据R，C并联的公式就可以解出R和C的值。其中θ为R和C并联阻抗的相位角。f为注入源信号的频率。
R＝R1//R2//R3//R4；
评估ITN系统的绝缘状况。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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