CN111208388A

CN111208388A - 一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置

Info

Publication number: CN111208388A
Application number: CN202010116524.2A
Authority: CN
Inventors: 朱志宇; 姜帅全
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-05-29

Abstract

本发明涉船舶检测技术领域，具体地说，是一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括MCU、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块，本系统使用的是UCOS‑III嵌入式操作系统，可以增强系统可靠性，并使得调试程序变得简单。

Description

一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置

技术领域

本发明涉船舶检测技术领域，具体地说，是一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置。

背景技术

船舶交流电力系统普遍采取电源变压器二次侧中性点不接地并且用电设备外壳接地的运行方式以提高船舶供电安全性。该系统即IT系统。由于IT系统故障接地残流小，故障选线非常困难。在现有技术中，绝缘故障主要采用人工结合简单的设备进行定位，定位需要多个工具进行多次的检测，然后进行计算才能够定位出故障的位置，多次定位和计算导致效率较低，且由于人工的操作和设备的配合使用，容易导致定位的精度不准确，严重影响到船舶供电的连续性。对绝缘故障的快速、准确定位关系到整个航程的安全，所以绝缘监测和故障定位对船舶电网的安全运行就有重要意义。对电力系统绝缘状态进行连续在线监测，在发生接地故障时实时显示故障支路即故障定位判断。绝缘监测及故障定位系统的主要任务就是通过相关数据采集、计算，经过逻辑判断，快速、准确确定电网的绝缘状态，若发生故障，定位故障支路；为保养设备和抢修设备提供最及时、准确的判断信息；做到尽快排除故障，恢复供电，对船舶电力系统供电的安全性和连续性具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时在线监测整个电网系统对地绝缘值与泄漏电容值，实时在线检测、准确识别故障支路，同时通讯上传数据至上层管理平台，并且提供丰富的参数设置、报警记录查询、人机界面等智能化应用功能，使用单频注入法的一种基于UCOS-III操作系统的船舶绝缘监测与故障定位的方法及嵌入式装置。

本发明是应用单频注入法的一种基于UCOS-III操作系统的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置。本嵌入式装置又分为两大组成部分：在线绝缘监测装置和故障定位装置。其中包括：微控制器、通讯模块、信号注入模块、采集模块、电源模块、显示模块、声光报警模块等。其特征在于，微处理器用于运行UCOS-III操作系统、通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。在绝缘监测装置中，信号注入模块向被监测电网与地之间注入低频交流电压信号，与电网故障等效接地点形成回路。绝缘检测装置的采集模块利用高精度电压互感器，经电压跟随电路、运算放大电路、信号叠加处理电路进行信号的采集和转换，并送入单片机进行傅里叶变换提取低频信号。以故障定位装置连接多个漏电流互感器采集各支路漏电流信号，各支路漏电流信号传送至单片机以提取低频信号。在线绝缘监测装置通过通信模块接收多个故障定位装置采集并提取而来的各支路漏电流低频响应以及对应各支路功率因数(可采用ADE9000芯片进行相功率因数

的测量)，最终在绝缘监测装置中计算出被监测电网系统各支路对地绝缘状态，并通过绝缘监测装置自带的LED显示模块实时显示绝缘电阻值和泄漏电容值。故障定位装置通过接受绝缘监测装置的报警阈值和报警指令进行预警/报警；通过指示灯和继电器将报警信号输出，报警后能够实时在线根据漏电流互感器采集信号的低频提取结果准确定位故障支路并显示在LCD模块。考虑到工频的影响，即在电压互感器与漏电流互感器采集到的电压与电流中还包含工频成分，为此可采用数字滤波的方式将其剔除，或者说提取低频信号。此方法解决了现有的故障定位装置存在定位效率和准确率较低的技术问题，实现了装置设计合理，定位效率和准确率较高的技术效果。

为了求得注入低频信号源单独作用时的电流响应，将电流传感器检测到的电流信号送入采用离散傅里叶算法的软件构成的数字滤波器，由离散傅里叶运算处理后，可得到注入低频信号的幅值。

在以下的分析中，为便于说明问题，直接举例进行说明：假设电网发生单相(A相)接地故障时，故障线路上流过的工频电流为I_fg，f_g为工频频率。当单独加上低频信号源，不考虑电网电源时，故障线路上流过的工频电流为I_f，f为注入低频频率。当电网工频电源和注入低频信号源同时作用时，则故障线路上流过的电流为工频电流和低频电流两者的叠加I。推导证明漏电流I为周期函数，且满足狄利克雷(Dirichlet)条件，则对注入频率分量的提取可以采用傅里叶级数对基波和高次谐波幅值的计算方法实现。当工频为注入频率的整数倍时，即f＝f_g/n，n为整数(n＝2,3,4···)，f为漏电流i(t)的基波频率。由傅里叶级数可求出电流i(t)的基波幅值。由于在实际检测系统中对电流i(t)的采集是时域离散的，因而对注入频率信号的提取应采用离散形式的傅里叶算法。对于低频电压量的提取，采用相同的方法。

由于船舶交流电网在线绝缘监测与故障定位的软件程序功能较多，且信号采集量大，传统MCU的顺序执行机制难以满足实时监测系统的所有软件功能，因此软件上采用了在STM32F407ZGT6上移植UCOS-III嵌入式实时操作系统的方案。本装置使用UCOS-III嵌入式操作系统，可以增强绝缘监测与故障定位系统整体可靠性，使维护便捷，运行可靠。

在线绝缘检测装置：包括单片机控制器、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块。所有模块均由单片机控制器进行连接与控制。其中信号注入模块在被监测船舶电网系统与地之间注入低频交流信号，与电网故障等效接地点形成回路，由采集模块通过电压互感器进行电压信号采集与变换并将信号送入单片机通过AD转换及滤波算法处理分析，并通过通讯单元(CAN总线)接收从故障定位装置采集并发送来的漏电流数值，从而计算出被监测电网系统对地绝缘状态并由液晶显示模块显示实时绝缘电阻值、泄露电容值，且可以通过指示灯与继电器输出报警信号并在LCD上显示故障支路序号。通过按键可以在LCD模块中对报警值、通讯参数、液晶参数、时间参数、事件记录等进行设定与修改。船舶电网在线绝缘监测装置，对船舶电网的电力电缆以及负荷设备的绝缘状态进行实时监测显示并有对故障定位装置报警指示功能。

故障定位装置：包括单片机控制器、采集模块、通讯模块，报警模块，电源模块。各模块由MCU模块进行控制。在故障定位装置中，采集模块输入端连接在电网支路的漏电流互感器上，输出端连接单片机。当在线绝缘监测装置注入低频信号后，由故障定位装置的采集模块利用高精度漏电流互感器与采集电路进行信号采集与变换并送入单片机进行AD转换及滤波算法处理分析，从而将被监测电网系统各支路对地漏电流发送给绝缘监测装置计算绝缘电阻、泄露电容，在接收到来自绝缘监测装置的报警指令后，可以通过指示灯与继电器输出各支路的报警信号。

绝缘监测装置两路并行的信号注入模块，分别连接在被监测船舶电网系统三相相线的任意两相相线上。绝缘监测装置信号注入模块分别通过PE(Protective Earth，保护接地)线、FE(Functional Earth，功能接地)线同时独立接地。

信号注入模块电压为由单片机控制器控制光耦AQW216EH、三极管SS8550实现的2.5Hz低频交流电压信号。

采集模块使用用运算放大器LMV422，输入端连接在船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器上，输出端连接至单片机；采集模块包括有采集电路，采集电路输入端设置有连接在船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器接线端口的二极管，二极管并联连接第一电阻、第一电容，并串联连接第二电阻后，连接有高精度的第一运算放大器，高精度的第一运算放大器再经低失调高开环增益的第二运算放大器连接至单片机控制器。

绝缘监测装置的电源模块电压为220v。供电电压由直流电源模块产生±12V。所述LCD显示模块在线监测范围为：绝缘电阻0.1KΩ-10MΩ，泄露电容0-200uf，预警/报警的阈值由用户自己通过按键设置。

故障定位装置所述船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器为开合式高精度漏电流互感器，分辨率为0.01mA。

通讯模块包括CAN通讯总线、RS485通讯，故障定位装置与绝缘监测通讯模块之间通过CAN通讯总线进行通讯连接。

MCU模块与上位机或上级模块通讯模块之间通过RS485通讯进行通讯连接。故障定位装置所述通讯模块包括多个CAN通讯总线，多个CAN通讯总线之间通过中继器转接连接。

本发明的有益效果：本发明针对船舶交流电网常发生的单相接地短路故障，提供一种能够实时在线监测整个电网系统对地绝缘参数，并准确识别故障支路且报警，同时通讯上传数据至上层管理平台，并且提供丰富的参数设置、报警记录查询、人机界面等智能化应用功能，基于单频注入法的船舶电网绝缘监测与故障定位系统。根据IT系统特性，采用STM32F407ZGT6芯片，设计了基于低频信号注入的船舶交流电力系统的在线绝缘监测装置与故障定位装置。通过单频注入法，进而检测各支路的低频电压、低频电流及两者之间的相位差，实现了对绝缘故障的在线监测与故障定位。在线绝缘监测装置对于实时性要求比较高，所以当定位装置送电气数据给绝缘监测装置的时候，绝缘监测装置必须做出实时的反应。而UCOS-III操作系统是一个剥夺型内核的操作系统，通过设置任务的优先级，就可以进行任务的切换和调度。本系统使用的是UCOS-III嵌入式操作系统，可以增强系统可靠性，并使得调试程序变得简单。

附图说明

图1是本发明船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置的结构示意图。

图2是本发明在线绝缘监测装置原理框图。

图3是本发明故障定位装置原理框图。

图4是本发明绝缘监测装置的信号注入电路示意图。

图5是本发明绝缘监测装置的信号注入模块原理图。

图6是本发明绝缘监测装置的采集电路示意图。

图7本发明实例基于单频法监测船舶电网的原理图。

图8本发明实例基于单频法监测船舶电网的等效电路示意图。

图9是一套独立的绝缘监测与故障定位系统示意图。

图10是合分排情况下的多绝缘监测与故障定位系统协调工作示意图。

图11是绝缘监测装置成系统性连接至上层综合管控平台示意图。

图12是在UCOS-III操作系统中绝缘监测装置主程序结构图。

图13是在UCOS-III操作系统中故障定位装置主程序结构图。

图14是绝缘监测装置的中断程序流程图。

图15协议转换器LAN8720A网络模块原理图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：向被监测船舶电网系统的任意两相相线上分别注入2.5Hz的低频交流信号，与电网故障等效接地点形成通路回路，再采集流过回路的电压、电流信号，并运算放大处理后输送至单片机进行离散傅里叶变换，最终计算出绝缘电阻值与泄漏电容值，并根据设定预警和报警阈值进行预警/报警。故障定位装置报警后能够实时在线根据漏电流互感器采集信号的低频提取结果准确定位故障支路并显示在LCD模块。

可以依次向电网某相注入由电势源E_f产生的频率为f的低频正弦波信号，其原理图见图7。E_a，E_b，E_c为发电机相电势，C₁，C_i，C_n为负载支路的对地电容，R为故障接地电阻，漏电流传感器环套于每条负载支路上。

注入信号单独作用于电网时,由于电网的中性点不直接接地，线路阻抗一般远小于对地绝缘电阻及对地电容的容抗值，可忽略其影响。故可得到如图8所示的等效电路。

假设注入信号频率为f时，母线的对地电压为U_f，当线路正常运行时，流过线路的注入频率交流电流为I₁···I_n，其表达式如下：

支路i发生接地短路故障或对地绝缘降低时，相当于在线路对地电容旁边并联了一个短路电阻R，其故障漏电流为I_i；表达式如下：

U_f为频率为f的注入电源产生的母线对地电压；I_n为注入电源在正常线路中产生的漏电流；ω＝2πf；I_i为注入电源在故障线路中产生的漏电流；C₁，C_i，C_n各支路电缆对地电容。比较式(1-1)、式(1-2)可以发现，故障后电流的幅值将大于正常时的电流。通过比较各支路的漏电流幅值，能准确判断出故障线路，实现故障定位。

在进行线路的绝缘监测时，需要在线测量计算对接地电阻R。在传统的双频法中，为了消除对地电容的影响，分别向电网注入两种不同频率的低频信号。假设注入信号频率为f₁时，故障支路的对地电压为U_f1，漏电流为I_f1；频率为f₂时，故障支路的对地电压为U_f2，漏电流为I_f2，由公式(1-2)可列出如下方程：

由此求得故障负载支路的对地绝缘电阻的大小：

双频法需要调整控制注入源频率，给注入源的硬件设计和实现带来了一定困难。同时，由于需要测量两种频率的信号，也使信号的提取和计算相对比较复杂。进一步的研究分析表明，在只注入单一频率信号时，通过求解方程(1-2),可直接计算电阻R，且不受对地电容的影响。

根据方程(1-2)，不难得到故障线路的测量阻抗方程为：

将方程(1-6)用实、虚部形式表征有：

联立求解方程(1-7)和方程(1-8)，即可求出对地电阻值R，从而可在仅注入单一信号频率的情况下，实现对线路绝缘状态的在线监测。

鉴于实际舰船电网中，电缆线路对地电容一般都在μF级，船舶电缆也比较短(几米到几百米)。当采用低频信号注入时，一般有：1＞＞(ωRC)²，即1+(ωRC)²≈1，因此，公式(1-6)的实部相当于线路发生单相接地短路故障时接地电阻的大小。例如，若注入源频率f取12.5Hz，接地电阻R取20KΩ，C取0.1μF(按船舶最长线路为300m考虑)，进行计算，则分母为(1+0.024＝1.024)；若接地电阻较小时，分母将非常接近于1，因此，一种实用化的简化计算方法是，接地电阻R和泄露电容C直接采用下式计算：

其中，为电压

与电流

之间的的相位差，其中

即

即

可采用ADE9000芯片进行相功率因数

的测量。基于方程(1-9)的单频绝缘监测方法较传统的双频法而言，硬件设计可得到大幅简化，且由于无需进行频率调整，硬件系统运行的稳定性高，软件编程简单，便于工程应用。通过电压互感器的二次侧进行外加信号注入是一般接地选线装置常用的方法。因为绝缘监测装置的启动(工作模式2)需要采集线路的电压信号，注入点可以直接利用该电压互感器，不需要追加任何其它设备。同时，从电压互感器开口三角形注入防止了注入电压对电网系统运行的影响。

信号注入单元包括分别连接在被监测船舶电网系统的两相相线上的限压电阻R1、R2，构成注入线路回路如图4；采集单元包括分别连接在被监测船舶电网系统的两相相线注入线路回路中的两个采样电阻R7、R8，两个采样电阻R7、R8经信号采集端口L-S、N-S分别连接至一级电压跟随电路，每路一级电压跟随电路分别经两级运算放大电路连接至一级双路信号叠加处理电路；通讯单元包括CAN通讯总线、RS485通讯，单片机控制器、信号注入单元、被监测船舶电网系统、采集单元之间通过CAN通讯总线进行通讯连接，单片机控制器与上位机或上级模块通讯单元之间通过RS485通讯进行通讯连接。

信号注入单元包括在被监测电网系统与地之间的信号注入线路接地线路部分，包括PE线与FE线，分别独立接地，不仅可以用于与故障等效接地点构成通路回路，还可以作为信号注入失效及PE/FE断线检测功能，用于提示安装人员是否正确安装设备以确保设备与人员工作安全。

单片机控制器为STM32F407ZGT6芯片，电源单元电压为220v转±24v、5v，5v转±12v、3v，信号注入单元的电压为由单片机控制器控制三极管SS8550、光耦AQWE216EH实现的0.25Hz低频交流电压信号；采集单元所用运算放大器型号为LMV422,供电电压由电源单元提供DC±12V。

被监控船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器为开口式高精度漏电流互感器，分辨率为0.01mA，开口式高精度漏电流互感器的穿线缆孔径满足多种电力电缆规格。提升了检测精度并且安装维护方便。故障定位装置单片机连接8条支路的每个高精度漏电流互感器。

报警单元包括分别对应被监控船舶电网系统每条支路的8路就地报警单元，每路就地报警单元分别通过就地继电器连接至外部声光报警指示灯，每路继电器触点容量为250V/5A。

本发明对协议转换器的开发使用以太网驱动芯片LAN8720，并移植了嵌入式实时操作系统UCOS-III和LWIP协议栈，实现了以太网传输数据的功能，这是因为LWIP有3种编程接口，其中本发明使用的是SOCKET：这种编程接口需要有操作系统的支持，否则的话没法使用，但是这种接口编程使用起来比较简单。将嵌入式TCP/IP协议栈LWIP移植到操作系统中，节省内存资源，满足了成系统性连接至上层综合管控平台的要求。

绝缘监测与故障定位的方法在单片机中具体流程如下：

绝缘监测与故障定位系统是对船舶电网进行在线监测，对装置的灵敏性提出了较高要求，需要装置在尽可能短的时间内对电网绝缘状态作出判断，并报警。因此，装置工作方式的选择就比较重要。基于此，装置设置了两种启动方式，运行人员可以根据实际工作需要进行合理选择。装置设置自动和手动两种工作模式：手动工作模式就是运行人员可以通过面板的启动按钮人为控制装置低频信号源的启动，进行现场在线监测，也称为工作方式1；自动工作模式下又分为两种工作方式：方式2是利用零序电压作为装置启动判据。IT系统普遍采用电磁式电压互感器监视、测量系统一次电压，并根据电压互感器二次电压异常产生的零序电压值进行绝缘监测的启动判据。对于理想的电力系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零(这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因)。当系统出现故障时，三相变得不对称了，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了(有时只有其中的一种)，因此通过检测这两个不应正常出现的分量，就可以知到系统出了问题(特别是单相接地时的零序分量)。三相电网对地产生零序电压，说明其中一相发生绝缘故障。一般来说零序电压总是会存在的，这是因为三相线路及设备对地的阻抗不可能完全一致。发生单相接地故障时，电压互感器二次产生不平衡电压(即零序电压)值增大，一旦超过绝缘监测装置设定的整定值就开始进行绝缘监测。通常绝缘监测装置的零序电压报警值设置为10～30V，当零序电压超过此整定值时，装置向电网注入低频信号，进行绝缘监测和故障定位(选线)；方式3是绝缘监测装置一直向电网注入低频信号，循环检测电网绝缘情况。当发现绝缘值低于阈值时通过比较支路漏电流大小确定故障支路，利用三相电压的变化进行选相判断，并发出报警。

在UCOS-III操作系统中绝缘监测装置主程序结构图如图12所示。

在UCOS-III操作系统中故障定位装置主程序结构图如图13所示。

中断程序流程框图如图14所示。

绝缘监测系统采用通过判断电网零序电压幅值的变化量作为故障启动判据。接着判断装置是否处于手动工作模式，如果是，则进行手动开入量的判断，如果没有手动开入量，则本次中断结束。如果有手动开入量，则低频信号源投入运行，向电网注入低频信号，装置对低频电压、电流数据进行读取、绝缘值计算，对计算结果进行故障线路判断，如果有绝缘故障则进行报警并保存所有计算结果；如果没有则保存计算结果。如果是不是处于手动工作模式，则进行工作方式2和3的选择，在工作方式2下，需对电网零序电压进行判断，只要满足动作条件，低频信号就投入工作，进行绝缘监测和故障定位(选线)工作；若不满足动作条件，则本次中断结束。在工作方式3下，低频信号一直注入电网，对电网的绝缘状态进行循环监测，当电网发生绝缘降低故障时定位、报警并存储故障信息，然后返回主程序。工作方式2和3的选择通过管理系统的定值设置进行修改。

绝缘监测与故障定位系统组成及接线方式

自定义装置型号

在线绝缘监测装置：IMPS-01(Insulation monitoring positioning system)故障定位装置：IMPS-02

高精度漏电流互感器：IMPS-CT(Current Transformer，电流互感器)

协议转换器：MTTR(Modbus TCP to Modbus RTU,双向通信，兼容包括以太网口、RS485在内的通讯接口)

根据船舶电网系统特点，针对绝缘定位系统的实船应用进行具体化设计，如主配电板、应急配电板、电力分电箱、合分排工作情况等，绝缘监测装置与故障定位装置可分别安装于配电板、电力分电箱。由于同一个电源系统只允许一只绝缘监测装置进行主监测。因此需要将同系统其余绝缘监测装置进行抑制，并保证其所连接的故障定位装置能够正常工作。因此针对以上情况，分别对不同工作模式下的绝缘定位系统进行实船具体化应用设计，包括：

a)一套IMPS系统(Insulation monitoring positioning system，绝缘监测与故障定位系统)独立工作；如图9。

b)合分排情况下的多绝缘监测与故障定位系统协调工作，如图10。

c)绝缘监测装置成系统性连接至上层综合管控平台示意图，如图11。

一套绝缘监测与故障定位系统测试流程

1、确认系统类型：船用配电IT(不接地)系统环境，确认是否符合要求。

2、设备检查及测试：

2.1确认系统不带电，检查设备接线是否符合要求，保障人身及设备安全。

2.2在线绝缘定位系统功能测试

(a)确认接入绝缘监测装置(IMPS-01)、故障定位装置(IMPS-02)。

(b)根据实船应用需求检查通讯接口、输出报警继电器接口等。

(c)绝缘监测装置、故障定位装置供电，工作指示灯正常。

(d)被监测系统供电

(e)根据项目需求检查设定相关参数(报警值、通讯地址、定位仪数量等)

(f)测试被监测系统对地绝缘电阻值

(g)预报警故障模拟：在被监测系统与地之间串入合适的电阻，测试绝缘设备是否能监测当前绝缘电阻值，以及根据报警设定值判断是否达到预报警要求，测试预报警继电器输出是否正常。

(h)移除电阻，查看系统是否正常恢复。

(i)报警故障模拟：在被监测系统与地之间串入合适的电阻，测试绝缘设备是否能监测当前绝缘电阻值，以及根据报警设定值判断是否达到报警要求，测试报警继电器输出是否正常。

(j)报警故障模拟：在(i)报警状态下，查看故障定位装置是否完成定位并有报警指示灯指示，并在绝缘监测界面显示以及对外通讯传输该报警信息。

(k)移除电阻，查看系统是否正常恢复。

(L)绝缘定位功能测试完毕。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括单片机、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块；该装置基于UCOS-III操作系统，使用微处理器运行通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。

2.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述在线绝缘监测装置所有模块均由单片机进行连接与控制，所述信号注入模块在被监测船舶电网系统与地之间注入2.5HZ低频交流信号，与电网故障等效接地点形成回路，由采集模块通过电压互感器进行电压信号采集与变换并将信号送入单片机通过AD转换及傅里叶变换提取低频信号，并通过通讯模块接收从故障定位装置采集并发送来的漏电流数值，从而计算出被监测电网对地绝缘状态并由显示模块实时显示绝缘电阻值、泄露电容值，且可以通过指示灯与继电器输出报警信号并在LCD上显示故障支路序号，通过按键在LCD显示模块中对报警值、通讯参数、液晶参数、时间参数、事件记录等进行设定与修改；所述故障定位装置所有模块均由单片机进行连接与控制，采集模块连接多个开合式漏电流互感器，当在线绝缘监测装置注入低频信号后，由故障定位装置的采集模块利用高精度漏电流互感器对各支路进行信号采集与变换并送入单片机进行AD转换及傅里叶变换提取低频信号，进而将被监测电网各支路对地漏电流发送给绝缘监测装置，在接收到来自绝缘监测装置的报警指令后，通过指示灯与继电器输出各支路的报警信号。

3.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，采用离散傅里叶算法运算提取低频信号，实现了装置设计合理，定位效率和准确率较高的技术效果；由一个在线绝缘监测装置和多个故障定位装置组成一组装置，即一套绝缘监测与故障定位系统；当一组装置投入运行后，通过检测各支路的低频电压、低频电流及两者之间的相位差，可采用ADE9000芯片直接进行相功率因数

的测量，对绝缘参数进行计算，判断是否存在故障线路，并及时定位故障支路。

4.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述绝缘监测装置信号注入模块分别通过PE线、FE线同时独立接地。

5.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述绝缘监测装置电源模块电压为220v，信号注入模块的电压为由单片机控制器控制光耦AQW216EH、三极管SS8550实现的2.5Hz低频交流电压信号；采集模块所用运算放大器为LMV422,供电电压由直流电源模块产生(±12V)；所述LCD显示模块在线监测范围为：绝缘电阻0.1KΩ-10MΩ，泄露电容0-200uf，预警/报警的阈值由用户自己通过按键设置。

6.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，设计了协议转换器，以便本嵌入式装置成系统性连接至上层综合管控平台，实现在一个绝缘监测系统中多个现场总线协议能分别与以太网TCP/IP协议进行数据转换，通过分析RS-485总线协议、传输数据的格式以及RS-485发送、接收过程中使用的底层函数，编写出RS-485与以太网之间互相传输数据的程序，完成RS-485与以太网之间的协议转换硬件设计，从而以网关的形式为采用串口方式对外通讯的船舶绝缘监测与故障定位系统接入以太网提供硬件支持。

7.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述协议转换器的开发使用以太网驱动芯片LAN8720，并移植了嵌入式实时操作系统UCOS-III和LWIP协议栈，实现了以太网传输数据的功能；将嵌入式TCP/IP协议栈LWIP移植到操作系统中，节省内存资源，满足了成系统性连接至上层综合管控平台的要求。

8.根据权利要求2所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述故障定位装置的单片机同时连接有8个采集模块，8个采集模块分别连接至船舶电网任意8条支路的每个高精度漏电流互感器；所述报警模块包括分别对应被监控船舶电网每条支路的就地报警模块，每路就地报警模块分别通过就地继电器连接至外部声光报警指示灯，每路继电器触点容量为250V/5A。