CN203965521U - 潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，该监测仪包括潜水泵高压电动机M、零序电流取样电路、直流高压发生器、高压真空干簧管继电器、高压真空断路器、A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻、取样电路、电源和单片机系统，所述潜水泵高压电动机通过A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻及高压真空干簧管继电器与三相交流电源连接，所述零序电流取样电路由零序互感器和漏电电流输入电路构成，该取样电路和直流高压发生器分别与所述取样电路连接，取样电路的模拟信号输出端通过A/D数模转换器与所述单片机系统的输入端连接，单片机系统的第一信号输出端口与LED数码管连接，第二信号输出端口与报警电路连接；单片机系统通过RS－485总线连接上位PC机。

Description

潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪

技术领域

本实用新型涉及一种潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，能同时实现对潜水泵高压电动机动态和静态两种状态的监测（绝缘电阻和漏电电流监测），是专门用于测量潜水泵高压电动机在停运或在线运行情况下的对地绝缘电阻和漏电电流的仪表。

背景技术

潜水泵近几年来在国内发展很快，分矿用型潜水泵和城市给排水轴混流潜水泵两种，单机容量已达4OOOkW以上，进水流道一般采用簸箕型流道，泵室一般为混凝土井筒式。潜水泵的电动机又分为干式全封闭潜水三相异步电动机和电机绕组为耐水线的充水型湿式全封闭潜水三相异步电动机两种，均可长期浸在水中运行，具有传统机组无可比拟的优点，适用于煤矿、铁矿、有色金属矿等生产排水，透水事故抢险救灾，淹井矿排水复矿， 矿区水综合治理， 供水公司水源取水泵站，城市高喷景观等工程项目，是矿山生产排水、抢险复矿、地表疏干和防治水灾害的关键设备。

由于潜水泵长期处于恶劣工况条件下（如长期浸在水中运行），如出现电机绕组短路、电机内腔进水及接线盒进水等故障，线缆破损及电机绝缘下降、短路、缺相，可能在需要时无法启动，因而造成重大损失。由于矿山、水泵站有大量潜水泵处于随时待命的工作状态，有必要安装动静态绝缘检测装置检测其线路和电动机，随时检测其绝缘状况，确保及时发现异常并处理，避免因绝缘故障不能及时运行造成重大经济和人身的损失。

兆欧表是测量绝缘电阻的专用仪表，所以应用非常广泛。传统的兆欧表主

要是折手摇指针式兆欧表。它的主要不足之处有以下几点:  测量时必须用手摇动发电机并保证有120转/分的速座，才能维持正常的输出电压；同一台摇表的电压等级少，量程范围小；由表针折示读数，刻度为非线形，测量误差和读数误差都较大;指针式摇表在关机时反向冲击电流大，不小心会损坏指针;需要人工抄表，没有数据保存功能，不符合试验数据信息化的要求；体积重量大，不便携带，给使用带来不便。现在市场上还出现了一种利用电机取代手摇的摇表，其输出电压较手摇式的摇表准确，但是仍然摆脱不了机械式仪表固有的缺点。

上述传统兆欧表只可以产生单一电压，因此远不能满足实际要求。并且传统的兆欧表不能在线测量，所测数据无法自动采集，自动化水平比较低，在工业控制场合难以实现系统集成。

数字式绝缘电阻在线监测仪的出现，克服了传统摇表的种种缺陷，使得停电时绝缘电阻测量的测量精度、自动化程度和信息化程度等都有了一个很大的进步。在线监测仪较传统摇表的优越性，主要表现为以下几点:依靠监测仪自身具有的直流电源，可以产生高精确的直流电压，而且针对不同的被检测对象，可以方便选择不同的电压等级；量程范围大，可以根据实际测且数值进行自动实现量程切换；采用高精度AD，使得测量精度较传统摇表有数量级上的提高，而且采用液晶显示屏直接显示读数，避免了指针式仪表的读数误差； 可以方便、准确的测量试品的吸收比和极化系数；有完备的历史数据记录保存的功能，便于历史数据的回溯.同时还具有同微机的接口,可以进行数据上传以及仪器参数的下载。    但是，现有在线监测仪仍然存在一定缺陷：1.其工作电源只限在AC 50Hz 220V±10% 电压下正常工作； 2.现有在线监测仪输出电压为DC1500V,对电网电缆较长时的监测反应时间太长 ； 3.现有在线监测仪输出高电压DC1500V的输出电缆直接接在真空断路器的常闭触点上，容易造成此触点开关被击穿

损坏； 4. 现有在线监测仪智能化程度较低，运算精度低，读数值时间漂移大，不能满足生产自动化的需要。

发明内容

本实用新型目的是提供一种潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，能同时实现动态和静态两种状态监控，实时测量潜水泵高压电动机绝缘电阻，使工作人员可以尽早发现绝缘电阻下降的趋势，在电动机故障前即开始检查维修，保障潜水泵的安全。

本实用新型所采用的技术方案是：潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，包括潜水泵高压电动机M、零序电流取样电路、直流高压发生器、高压真空干簧管继电器、高压真空断路器、A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻、取样电路、电源和单片机系统，所述潜水泵高压电动机M通过A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻及高压真空干簧管继电器与三相交流电源连接，所述零序电压取样电路由零序互感器和漏电电流输入电路构成，该取样电路和直流电压发生器分别与所述取样电路连接，所述取样电路的模拟信号输出端通过A/D数模转换器与所述单片机系统的输入端连接，所述单片机系统的第一信号输出端口与 LED数码管连接，所述单片机系统的第二信号输出端口与报警电路连接；所述单片机系统具有RS－485接口，所述单片机系统通过RS－485总线连接上位PC机，便于将绝缘电阻值、漏电电流值及其故障报警值和报警时间等参数传至上位PC机。

所述潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪内设有一只高压真空干簧继电器，由所述真空断路器的一组常闭辅助触点控制该高压真空干簧继电器线包，通过所述高压真空干簧继电器干簧管的导通，控制所述在线监测仪高压输出直流电压的通断。让高压输出监测直流电压电缆处于完整不被剪断状态，高压电也就无法泄漏，也就可避免造成所述真空断路器辅助触点开关直接和DC2000V高压相连，因此该触点开关也就不会被击坏。

所述电源优选采用工作电压为AC\DC 65V～255V的开关型稳压电源，该开关型稳压电源抗干扰极强、电压幅度极宽，市电电压频率不计，很好地扩大了本在线监测仪的供电电压范围。

有益效果： 本实用新型具有以下特点：1、采用AC\DC 65V～255V的开关型稳压电源，很好地扩大了监测仪供电电压范围；2、将输出电压提升为DC2000V，采用先进的计算机运算方式，快速准确监测出设备绝缘值，稳定可靠；3、采用高压真空干簧继电器间接控制监测仪高压输出电缆的通断，避免造成真空断路器触点开关损坏；4、采用Modbus-RTU协议通过RS-485端口实现实时通信功能，实时传输数据，满足计算机自动化控制系统所需要。本产品和现有产品相比具有较高优势，已全面应用在全国各大型泵站上，对大的油田、煤矿、电厂、钢厂、城市给排水厂、化工行业等电机、变压器起到了很好地保护作用，用户评价非常满意！该产品已作为全国主要电机、水泵厂家生产的电机需绝缘保护的配套仪表出售。   

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型结构的逻辑框图，

图2为本实用新型的接线示意图，

图3为高压真空干簧管继电器控制部分的电气原理图，

图4为本实用新型电源部分的电气原理图，

图5为本实用新型高压输出部分的电气原理图，

图6为LED数码管部分的电气原理图，

图7为漏电电流监测部分的电气原理图，

图8为本实用新型高压真空干簧继电器的工作原理图。

图中：1.单片机系统，2. 直流高压发生器，3. 取样电路，4. 零序电流取样电路，5. A/D模数转换器，6. LED数码管，7.报警电路，8. 监测仪按键，9.RS-485接口，10.高压真空干簧管继电器，11.高压真空断路器常闭辅助触点，12.A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻，13.高压电机M（含高压电气设备）。

具体实施方式

参见图1、2， 如图所示，潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，包括潜水泵高压电动机M（含高压电气设备）13、零序电流取样电路4、直流高压发生器2、取样电路3、电源和单片机系统1，高压真空干簧管继电器10，高压真空断路器常闭辅助触点11，A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻12。潜水泵高压电动机M（含高压电气设备）通过A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻及高压真空干簧断路器与电机三相交流电源连接，高压真空干簧管继电器10的通断由高压真空断路器常闭辅助触点11控制，零序电压取样电路4由零序互感器和漏电电流输入电路构成，零序电流取样电路4和直流高压发生器2分别与取样电路3连接，取样电路3的模拟信号输出端通过A/D模数转换器5与单片机系统1的输入端连接，单片机系统1的第一信号输出端口与 LED数码管6连接，单片机系统1的第二信号输出端口与报警电路7连接；单片机系统1具有RS－485接口9，可以通过RS－485总线连接上位PC机，便于将绝缘电阻值、漏电电流值及报警值、报警时间等参数传至上位PC机。

所述监测仪采用输入模拟地和输出数据地隔离，且输出电压为恒压型调整的开关型电源设计原理，不管输入电压是交流电压还是直流型电压，均可工作。工作过程：输入电压首先经过滤波整流稳压后，再通过斩波器斩波成一定频率的方波形电压，经过集成电路Q2功率场效应管TOP233推动高频变压器T2输出，再通过高精度稳压器TL431和U3反馈电压进行比较调整稳压成恒压输出直流工作电压VCC，供监测仪核心电路电源用（如图4所示）。此种设计的优点1.很好地扩大了监测仪的可供电范围（即工作电压为AC\DC 65V～255V)，且电源转换效率极高达90%，监测仪正常工作功率可小于6W。而传统监测仪的工作电压为AC 50Hz 220V±10% ，电源转换效率为65%，变压器发热严重。2、将监测仪内部的高压发生器提高到AC2000V,再通过高压硅二极管整流为DC2000V，作为监测仪的输出电压（如图5所示）。

所述监测仪工作过程是：采用直流叠加法原理，通过ABC三相母线、A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻将高压直流叠加在带电的交流高电压上（如图2所示），从而测量电动机M及高压电气设备绝缘层的微弱的直流电流，通过采样电路3比较放大后再由单片机系统1换算成绝缘电阻值，通过四位LED数码管6显示绝缘数值，有效测量绝缘阻值范围：0-1999MΩ，超出1999 MΩ可持续显示直至溢出，溢出时，数码管显示“9999”，分辨力为1MΩ。电阻报警阈值可通过监测仪按键8设置。由于监测电压由DC1500V提升为DC2000V，所以监测的时间也提升了25%。

所述监测仪内设有一只高压真空干簧继电器，由真空断路器的一组常闭辅助触点来控制高压真空干簧继电器线包。高压真空干簧管继电器是一种气密式密封的磁控机械开关。干簧管（Reed Switch）也称舌簧管或磁簧开关，是一种磁敏的特殊开关，是干簧继电器和接近开关的主要部件。干簧管内部由一对磁性材料制造的弹性磁簧组成，磁簧密封于充有惰性气体的玻璃管中，磁簧端面互迭，但留有一条细间隙。磁簧端面触点镀有一层贵金属铑或钌，使开关性能稳定并延长使用寿命。在无磁场作用时，玻璃管中的两个簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使两个引脚所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。

本监测仪通过偏置磁铁，控制高压真空干簧继电器的干簧管的导通或断开，可控制监测仪高压输出直流电压的通断，让高压输出监测直流电压电缆处于完整不被剪断状态，高压电也就无法泄漏，也就可避免造成真空断路器辅助触点开关直接和DC2000V高压相连，此触点开关也就不可能被击坏（如图3、图8所示）。

所述监测仪采用先进的微处理器单片机设计，采用两路四位LED显示窗口（如图6所示），一路显示高压电动机M的在线运行时的对地泄漏电流值，一路显示高压电动机M在运行或停机时对地绝缘阻值。

对地泄漏电流监测的工作过程：利用零序电流互感器，将电机的三相A\B\C电缆线从零序电流互感器中心孔穿出，根据三相电压的不平衡性大小，零序互感器的次级绕组监测的电压反馈给监测仪，监测仪再通过采样电路3将一次电流值在四位LED数码管6显示。漏电电流监测控制的意义是：当A\B\C三相电压不平衡超出极限值时，或缺相或主电缆绝缘值下降时，起到快速保护高压电动机设备的作用（如图7所示）。  

   三、监测仪工作方式及主要功能

1、工作方式

⑴ 监测仪产生2000V直流电压施加于停机或在线运行的高压电动机对地之间。测阻施压分连续和断续两种，2000V间断直流电压工作方式为施压三分钟，保持LED灯灭；断压三分钟，保持LED灯亮。注：施压、断压时间可人工设定。

⑵ 施压时，测量其绝缘电阻，并在数码管上显示。断压时，停止绝缘测量，数码管上保留上次的数据直至下次施压时再更新。

2、主要功能

⑴ 测量功能：电机绝缘电阻及泄漏电流测量。

⑵ 报警功能：

l  当被测阻值小于整定值时，监测仪报警LED灯亮、测量数值闪烁、绝缘电阻报警输出继电器无源常开触点闭合。

l  当漏电流大于整定值时，监测仪报警LED灯亮、测量数值闪烁、漏电流报警输出继电器无源常开触点闭合。

⑶ 记录功能：报警事件记录。

⑷ 数据远传：监测仪具有RS－485接口，便于组网将数据传至上位PC机。

高压电动机绕组绝缘在线监测仪克服现有功能单一的同类产品，能同时实现动态和静态两种状态监控（绝缘电阻和漏电电流监控），便于运行人员根据绝缘电阻的变化采取措施，有效地防止事故的突然发生和扩大，对潜水泵机组进行全程（动态和静态）停运或在线运行绝缘电阻及泄漏电流进行综合保护监控，适用于3KV、6KV、10KV高压电动机、高压电力不接地系统。

1、对高压电动机的绕组在停机和运行情况下，对地施加间断或连续DC2000V电压，测量其绝缘状况。

2、电机停机或作为备用情况下，监测仪始终监控其绝缘，发现问题及时闭锁电机启动回路，不得投入运行。

3、将冷备用的高压电动机作为热备用处理，免去启动电机前用兆欧表对电机进行绝缘测量，随时在确保良好绝缘情况下启动高压电动机。

4、监测仪在电机停机时测量绕组的对地绝缘电阻，电机启动投入运行后，10KV高压施加到监测仪上，监测仪是在10KV在线情况下，继续产生DC2000V电压对系统（电机投入运行后，测到的绝缘是系统绝缘）进行绝缘测量，监测仪增加测量泄漏电流支路,根据系统的绝缘变化、绕组缺相及支路或设备的泄漏电流情况，立即判断出在线运行中绝缘下降的具体支路和设备。

5、监测仪对在线运行的设备进行绝缘测量时，其显示值包括电机绕组对地、电缆线导线、架空线对地、变压器绕组对地的总的对地绝缘值。可作为高压电力系统接地保护。其特征为：能观察、测量到绝缘变化过程。对事故的发生做到早发现、早预防、早处理。避免、杜绝事故的发生。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，其特征在于：该监测仪包括潜水泵高压电动机M、零序电流取样电路、直流高压发生器、高压真空干簧管继电器、高压真空断路器、A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻、取样电路、电源和单片机系统，所述潜水泵高压电动机通过A\B\C三相高压隔离陶瓷电阻及高压真空干簧管继电器与三相交流电源连接，所述零序电流取样电路由零序互感器和漏电电流输入电路构成，该取样电路和直流高压发生器分别与所述取样电路连接，所述取样电路的模拟信号输出端通过A/D数模转换器与所述单片机系统的输入端连接，所述单片机系统的第一信号输出端口与 LED数码管连接，所述单片机系统的第二信号输出端口与报警电路连接；所述单片机系统具有RS－485接口，所述单片机系统通过RS－485总线连接上位PC机。 

2.根据权利要求1所述潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，其特征在于：所述潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪内设有一只高压真空干簧管继电器，由所述真空断路器的一组常闭辅助触点控制该高压真空干簧管继电器线包，通过所述高压真空干簧继电器干簧管的导通，控制所述在线监测仪高压输出直流电压的通断。

3.根据权利要求1所述潜水泵高压电动机绕组绝缘电阻在线监测仪，其特征在于：所述电源采用工作电压为AC\DC 65V～255V的开关型稳压电源。