CN117169668A - 一种绕组绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绕组绝缘监测装置，属于电源检测技术领域，包括：交流功率模块、阻抗变换模块、负载电路模块、信号注入模块、信号检出模块，所述交流功率模块、所述阻抗变换模块、所述负载电路模块、所述信号注入模块、所述信号检出模块之间依次电连接。线圈电气回路与地无直接连接，绕组绝缘监测装置通过信号注入模块向负载对地注入检测信号，监测检测信号达到阈值之后，进行告警输出，可靠性高、动作点可调、配置灵活，并且无需额外的软件运算资源，通过计算配置电阻即可实现在线绝缘监测，降低成本，能够在各种环境、各种运行工况下准确测量输出回路的对地绝缘电阻值，对于电源及人员能够起到有效的安全防护作用。

Description

一种绕组绝缘监测装置

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种绕组绝缘监测装置。

背景技术

绝缘监测是一种用于监测电气设备和电线电缆绝缘性能的技术，其工作原理是通过测量电气设备或电线电缆的绝缘电阻值来判断其绝缘性能是否符合要求。绝缘电阻过小，会导致电流泄漏或短路，从而影响设备的正常运行，甚至引发火灾，危及人员安全等安全事故，因此绝缘检测是非常必要的。

而传统的绝缘检测方案的基本原理大致分为以下四种:

不平衡电阻法：在测量点与地之间接入一系列电阻，然后通过简单的开关或继电器切换接入阻值的大小，测量在不同的接入电阻情况下被测电阻上的分压，最后通过解方程计算得出测量点对地的绝缘电阻。此方法缺点是检测时需切换开关，切换后电路还需等待一端时间达到稳态，监测时间偏长。

平衡电阻法：在测量点与地之间接入一个阻值较大的电阻，当绝缘电阻变低时，会迅速的拉低电阻上的电压，从而可检测出故障及电阻值。虽能快速的监测，但对于双极对地都降低的情况也无法识别出故障。

交流电注入法：在某一极的绝缘电阻并联一个周期正负切换的交流电压和监测电阻，监测通过监测电阻的电流可计算绝缘电阻，该方法能快速的监测，但依然无法判断是哪一极的故障，且成本较高。

电流传感法：分别在正负绝缘电阻并联一个监测电阻，分别监测流经两个电阻的电流，正常情况下两个电流相等，当出现绝缘故障时电流不相等，从而可计算出绝缘电阻，且发生绝缘故障的一侧的监测电流变化。依然是成本较高，且两极都发生绝缘故障时绝缘电阻等比例降低时无法计算。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的监测时间偏长、在对于双极对地都降低的情况下无法识别故障、成本较高的不足，提供一种绕组绝缘监测装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种绕组绝缘监测装置，包括：交流功率模块、阻抗变换模块、负载电路模块、信号注入模块、信号检出模块，所述交流功率模块、所述阻抗变换模块、所述负载电路模块、所述信号注入模块、所述信号检出模块之间依次电连接；

所述交流功率模块用于向所述负载电路模块提供需要的功率及频率；

所述信号注入模块与所述信号检出模块用于对所述负载电路模块的对地绝缘及接地故障进行在线监测，所述信号注入模块向所述负载电路模块对地注入检测信号，所述检测信号通过所述负载电路模块之后回到所述信号注入模块与所述信号检出模块，再与所述信号检出模块的阈值电压进行比较，所述检测信号超过所述阈值电压则发出报警信号。

采用上述技术方案，线圈电气回路与地无直接连接，绕组绝缘监测装置通过信号注入模块向地注入检测信号，监测检测信号达到阈值之后，进行告警输出，可靠性高、动作点可调、配置灵活，并且无需额外的软件运算资源，通过计算配置电阻即可实现绝缘监测，降低成本，能够在各种环境、各种运行工况下准确测量输出回路的对地绝缘电阻值，对于电源及人员能够起到有效的安全防护作用。

作为本发明的优选方案，所述负载电路模块包括：等效对地绝缘电阻Rx、电容C1、负载线圈，所述等效对地绝缘电阻Rx的第一端口与所述负载线圈任一一点电连接，所述等效对地绝缘电阻Rx的第二端口与参考点PE电连接。

作为本发明的优选方案，所述阻抗变换模块为隔离变压器，所述隔离变压器的副边一端与所述电容C1串联后连接至负载线圈的一端，所述隔离变压器的副边另一端与所述负载线圈的另一端电连接，所述隔离变压器的原边与所述交流功率模块的输出端电连接。

所述隔离变压器的第一端口与所述电容C1的第一端口电连接，所述电容C1的第二端口与所述负载线圈的第一端口电连接，所述隔离变压器的第二端口与所述负载线圈的第二端口电连接。

作为本发明的优选方案，所述的信号注入模块包括：注入信号源G，滤波电感L，滤波电容C2，取样电阻R，所述注入信号源G的第一端口与所述滤波电感L的第一端口和所述滤波电容C2的第一端口电连接，所述注入信号源G的第二端口与所述取样电阻R的第一端口电连接，所述滤波电容C2的第二端口与所述取样电阻R的第二端口和所述等效对地绝缘电阻的Rx的第二端口电连接，所述滤波电感L的第二端口与所述电容C1的第二端口电连接。

作为本发明的优选方案，所述的信号检出模块包括：比较器、可变电阻、低通滤波器，所述可变电阻与所述比较器的第一输入端口电连接，所述低通滤波器的第一端口接地，所述低通滤波器的第二端口与比较器的第二输入端口电连接。

作为本发明的优选方案，所述注入信号源G通过所述滤波电感L、所述等效对地绝缘电阻Rx以及所述取样电阻R后，在所述取样电阻R上产生所述等效对地绝缘电阻Rx的电压，再通过所述低通滤波器进入所述比较器的第二输入端口，与所述比较器的第一输出端口设置的阈值电压进行比较，通过改变所述可变电阻的阻值能够设置不同的阈值电压，当监测到所述对地绝缘电阻Rx的电压超过所述阈值电压，所述比较器输出端口的状态发生改变，判定所述负载电路模块出现对地绝缘及接地故障。

作为本发明的优选方案，所述对地绝缘电阻Rx的阻值计算公式为：

Rx＝VCC×R/V1-R

其中，V1为所述取样电阻R的电压，R为所述取样电阻的阻值，VCC为对地直流信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：线圈电气回路与地无直接连接，绕组绝缘监测装置通过信号注入模块向负载对地注入检测信号，监测检测信号达到阈值之后，进行告警输出，可靠性高、动作点可调、配置灵活，并且无需额外的软件运算资源，通过计算配置电阻即可实现绝缘监测，降低成本。通过取样电阻可以得到宽范围的绝缘电阻检测范围，通过改变对地绝缘电阻的阻值，得到期望的绝缘电阻阈值报警信号，能够在各种环境、各种运行工况下准确测量输出回路的对地绝缘电阻值，对于电源及人员能够起到有效的安全防护作用。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的一种绕组绝缘监测装置的原理示意图；

图2为本发明实施例2所述的一种绕组绝缘监测装置的原理图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种绕组绝缘监测装置，如图1所示，包括：交流功率模块、阻抗变换模块、负载电路模块、信号注入模块、信号检出模块，所述交流功率模块、所述阻抗变换模块、所述负载电路模块、所述信号注入模块、所述信号检出模块之间依次电连接；

所述交流功率模块用于向所述负载电路模块提供需要的功率及频率；

所述信号注入模块与所述信号检出模块用于对所述负载电路模块的对地绝缘及接地故障进行在线监测，所述信号注入模块向所述负载电路模块注入检测信号，所述检测信号通过所述负载电路模块之后回到所述信号注入模块与所述信号检出模块，再与所述信号检出模块的阈值电压进行比较，所述检测信号超过所述阈值电压则发出报警信号。

所述负载电路模块包括：等效对地绝缘电阻Rx、电容C1、负载线圈，所述等效对地绝缘电阻Rx的第一端口与所述负载线圈任意一点电连接，所述电容C1的第二端口与负载线圈的第一端口电连接。

具体的，所述负载线圈可为阻性负载、感性负载、谐振类负载等非接地负载。

所述阻抗变换模块为隔离变压器，所述隔离变压器的副边一端与所述电容C1串联后连接至负载线圈的一端，所述隔离变压器的副边另一端与所述负载线圈的另一端电连接，所述隔离变压器的原边与所述交流功率模块的输出端电连接。

所述隔离变压器的第一端口与所述电容C1的第一端口电连接，所述电容C1的第二端口与所述负载线圈的第一端口电连接，所述隔离变压器的第二端口与所述负载线圈槽的第二端口电连接。

所述的信号注入模块包括：注入信号源G，滤波电感L，滤波电容C2，取样电阻R，所述注入信号源G的第一端口与所述滤波电感L的第一端口和所述滤波电容C2的第一端口电连接，所述注入信号源G的第二端口与所述取样电阻R的第一端口电连接，所述滤波电容C2的第二端口与所述取样电阻R的第二端口和所述等效对地绝缘电阻Rx的第二端口电连接，所述滤波电感L的第二端口与所述电容C1的第二端口电连接。

所述的信号检出模块包括：比较器、可变电阻、低通滤波器，所述可变电阻与所述比较器的第一输入端口电连接，所述低通滤波器的第一端口接地，所述低通滤波器的第二端口与比较器的第二输入端口电连接。

所述注入信号源G通过所述滤波电感L、所述等效对地绝缘电阻Rx以及所述取样电阻R后，在所述取样电阻R上产生所述等效对地绝缘电阻Rx的电压，再通过所述低通滤波器进入所述比较器的第二输入端口，与所述比较器的第一输出端口设置的阈值电压进行比较，通过改变所述可变电阻的阻值能够设置不同的阈值电压，当监测到所述对地绝缘电阻Rx的电压超过所述阈值电压，所述比较器输出端口的状态发生改变，判定所述负载电路模块出现对地绝缘及接地故障。

具备监测时间短，成本低，对双极对地监测能准确识别，改变注入信号可适应宽频率范围的绝缘监测。

所述对地绝缘电阻Rx的阻值计算公式为：

Rx＝VCC×R/V1-R

其中，V1为所述取样电阻R的电压，R为所述取样电阻的阻值，VCC为对地直流信号。

线圈电气回路与地无直接连接，绕组绝缘监测装置通过信号注入模块向地注入检测信号，监测检测信号达到阈值之后，进行告警输出，可靠性高、动作点可调、配置灵活，并且无需额外的软件运算资源，通过计算配置电阻即可实现绝缘监测，降低成本。通过取样电阻可以得到宽范围的绝缘电阻检测范围，通过改变对地绝缘电阻的阻值，得到期望的绝缘电阻阈值报警信号，能够在各种环境、各种运行工况下准确测量输出回路的对地绝缘电阻值，对于电源及人员能够起到有效的安全防护作用。

实施例2

本实施例为实施例1的具体实施例，如图2所示，绕组绝缘监测装置包括：电源隔离变压器、整流桥、防反二极管D、滤波电感L1、滤波电感L2、滤波电容C1、比较器、取样电阻R、对地绝缘电阻Rx、负载线圈、谐振电容C2、电位器，绕组绝缘监测装置一端接地，一端接输出负载线圈的任意位置。

所述电源隔离变压器及所述整流桥用于提供直流电源VCC，所述防反二级管D的阴极连接在所述滤波电感L2和所述滤波电容C1的中间，阴极与所述整流桥的输出正极电连接。

所述谐振电容C2的一端与所述防反二级管的输出正极电连接，另一端与所述取样电阻R电连接。

所述滤波电感L1、所述滤波电感L2、所述滤波电容C1之间依次串联连接，所述滤波电感L1的另一端与所述负载线圈的任意位置电连接，所述滤波电容C1的另一端接地。

所述比较器反向输出端与所述电位器的滑动抽头电连接，所述取样电阻的一端与所述滤波电容C1的接地端电连接，并且所述取样电阻R的信号经过阻容滤波后与所述比较器同向输入端电连接，所述取样电阻R的另一端连接电源负(GND)。

所述对地绝缘电阻Rx为输出负载虚拟的对地电阻示意，所述绝缘电阻Rx的一端接地，另一端与所述负载线圈的任意位置电连接。

所述负载线圈、所述谐振电容C2为感应加热电源及高频交流逆变电源输出端等效模型。

绕组绝缘监测装置正常工作时，所述负载线圈对地交流信号通过所述滤波电感L1、滤波电感L2、滤波电容C1构成回路，且将其滤除，最终叠加在直流电源VCC上的交流分量可忽略不计，所述负载线圈对地直流信号通过所述对地绝缘电阻Rx和所述取样电阻R在取样电阻上得到直流电压V1，直流电压V1通过阻容滤波后进入所述比较器同相输入端，与反向输入端的电压进行比较。当对地绝缘电阻低于阈值时，直流电压V1大于所述比较器反向输入端的电压，所述比较器输出信号翻转，故障报出。

实际运用过程中，可通过计算配置滤波电感L1、滤波电感L2和滤波电容C1得到设计人员想要的将频率范围内交流信号滤除的效果；可灵活改变所述取样电阻R的值，得到更宽范围的对地绝缘电阻检测范围；可通过电位器的调节，得到想要让绕组绝缘监测装置报警的绝缘阈值；比较器报警状态的输出可灵活设计使用，以达到不同的报警效果。

具体的，在感应加热电源及高频交流逆变电源，输出为感应线圈或加热器负载，在其输出端均连接一个输出电容器，电容器串联于输出回路中。输出回路还连接一个等效的系统对地绝缘电阻Rx和绝缘电阻监测装置信号采集电路，输出设定的绝缘电阻阈值报警信号。

所述负载是实际消耗能量的等效电路；在感应加热电源中，负载是一个感应线圈；在高频交流逆变电源中，负载是加热器或发热体。

输出回路与绝缘电阻监测装置之间连接点为HV，输出为感应线圈或加热器负载产生的交流信号分量通过绝缘电阻监测装置中的LC电路(滤波电感L1，滤波电感L2，滤波电容C1)被滤除，绝缘电阻监测装置中的电源正VCC通过滤波电感L1，滤波电感L2与对地绝缘电阻Rx产生的直流信号分量通过取样电阻R得到当前输出回路的直流电位的值V1，把该值带入绝缘电阻计算公式中，得到准确结果：

I＝V1/R

VCC/I＝R+Rx

Rx＝VCC×R/V1-R

通过改变取样电阻R的值，得到不同对地绝缘电阻Rx的测量范围。

通过改变绝缘电阻监测装置电位器的值，得到期望的绝缘电阻阈值报警信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，包括：交流功率模块、阻抗变换模块、负载电路模块、信号注入模块、信号检出模块，所述交流功率模块、所述阻抗变换模块、所述负载电路模块、所述信号注入模块、所述信号检出模块之间依次电连接；

所述交流功率模块用于向所述负载电路模块提供需要的功率及频率；

所述信号注入模块与所述信号检出模块用于对所述负载电路模块的对地绝缘及接地故障进行在线监测，所述信号注入模块向所述负载电路模块对地注入检测信号，所述检测信号通过所述负载电路模块之后回到所述信号注入模块与所述信号检出模块，再与所述信号检出模块的阈值电压进行比较，所述检测信号超过所述阈值电压则发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述负载电路模块包括：等效对地绝缘电阻Rx、电容C1、负载线圈，所述等效对地绝缘电阻Rx的第一端口与所述负载线圈任一一点电连接，所述等效对地绝缘电阻Rx的第二端口与参考点PE电连接。

3.根据权利要求2所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述阻抗变换模块为隔离变压器，所述隔离变压器的副边一端与所述电容C1串联后连接至负载线圈的一端，所述隔离变压器的副边另一端与所述负载线圈的另一端电连接，所述隔离变压器的原边与所述交流功率模块的输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述隔离变压器的第一端口与所述电容C1的第一端口电连接，所述电容C1的第二端口与所述负载线圈的第一端口电连接，所述隔离变压器的第二端口与所述负载线圈的第二端口电连接。

5.根据权利要求2所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述的信号注入模块包括：注入信号源G，滤波电感L，滤波电容C2，取样电阻R，所述注入信号源G的第一端口与所述滤波电感L的第一端口和所述滤波电容C2的第一端口电连接，所述注入信号源G的第二端口与所述取样电阻R的第一端口电连接，所述滤波电容C2的第二端口与所述取样电阻R的第二端口和所述等效对地绝缘电阻Rx的第二端口电连接，所述滤波电感L的第二端口与所述电容C1的第二端口电连接。

6.根据权利要求5所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述的信号检出模块包括：比较器、可变电阻、低通滤波器，所述可变电阻与所述比较器的第一输入端口电连接，所述低通滤波器的第一端口接地，所述低通滤波器的第二端口与比较器的第二输入端口电连接。

7.根据权利要求6所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述注入信号源G通过所述滤波电感L、所述等效对地绝缘电阻Rx以及所述取样电阻R后，在所述取样电阻R上产生所述等效对地绝缘电阻Rx的电压，再通过所述低通滤波器进入所述比较器的第二输入端口，与所述比较器的第一输出端口设置的阈值电压进行比较，通过改变所述可变电阻的阻值能够设置不同的阈值电压，当监测到所述对地绝缘电阻Rx的电压超过所述阈值电压，所述比较器输出端口的状态发生改变，判定所述负载电路模块出现对地绝缘及接地故障。

8.根据权利要求7所述的一种绕组绝缘监测装置，其特征在于，所述对地绝缘电阻Rx的阻值计算公式为：

Rx＝VCC×R/V1-R

其中，V1为所述取样电阻R的电压，R为所述取样电阻的阻值，VCC为对地直流信号。