绝缘电阻在线监测电路设计范文

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【摘要】

本文介绍了一种在线测量电缆绝缘的方法，实现不停机前提下，实时在线检测电缆绝缘情况，特别适合于长电缆供电的电潜泵负载绝缘监测应用。本文介绍了该测量方法的原理及电路设计。

【关键词】

绝缘电阻；在线监测

1前言

随着电力电子器件的蓬勃发展，电力电子设备应用越来越广泛，而绝缘电阻，作为衡量电力电子设备绝缘性能好坏的重要参数之一，越来越受到人们的关注。绝缘电阻在线监测仪（以下简称监测仪）用于星型连接的，工作电压在交流3600V及以下的潜油电机正常工作时，实时测量高压电缆绝缘电阻。

2监测仪工作原理

工程上，测量设备的绝缘电阻一般采用高压条件下测量绝缘电阻的方法进行，如数字多用表、兆欧表等[1]。但是在动态测量时不能引进一个额外的高压，这样对电机系统会有影响。通常测量绝缘电阻的方法有[2]：（1）电流恒定，测量电压；（2）电压恒定，测量电流；（3）测量电压电流比：R=U/I。本文采用第二种方法，即电压恒定，测量电流的方法来测量绝缘电阻。测量绝缘电阻原理图，如图1所示。其中，直流信号电源电压V恒定，限流电阻Ra、Rc，采样电阻Rb、Rd，绝缘电阻记为Rx，分别对两个回路进行计算，这样，我们只需要检测出V1、V2的值，就可以得到绝缘电阻的值。当绝缘体出现问题时，在高压电源的影响下，绝缘体会出现绝缘下降，这时，我们引入一个低压直流信号电源，对此时的绝缘电阻进行实时在线测量，根据叠加原理，这时的测量结果就是真实的绝缘电阻，同时又不会对负载产生影响。

3硬件设计

系统原理图如图2所示。监测仪系统以单片机C8051F500为控制核心。由原理图可知，三相降压变压器原边通过高压电缆连接到潜油电机输入电源，其中线通过导线连接到直流信号电源正端。直流信号电源负端经采样电路接大地。潜油电机工作时，高压电缆对地绝缘电阻记为Rx，Rx上有泄漏电流流过。这样，监测仪直流信号电源正端，通过三相降压变压器、高压电缆、绝缘电阻Rx，经由大地、监测仪采样电阻，回到电源负端，形成整个测量回路。

3.1测量回路电流采样电路测量回路中直流信号电源电压V恒定，Rc为限流电阻，Rd为采样电阻。回路中的电流转换为模拟电压信号V1，经过模拟电路调理后输入单片机，记为CPU1。如图3所示。

3.2基准电压电路直流信号电源、Ra和Rb组成基准电压回路。与采样电路类似，对此回路进行模拟电压信号采样后，输入单片机，记为CPU2。如图4所示。单片机对CPU1和CPU2进行处理、计算后得到绝缘电阻的测量值。测量结果经RS485发送到触摸屏显示输出。为了滤除潜油电机系统交流信号对监测仪的干扰，以及保证监测仪系统可靠运行，在三相降压变压器中点和大地之间接滤波电容CO。

3.3频率采样电路采集三相降压变压器副边模拟电压信号，如b相和c相，经模拟电路调理后输入单片机。如图5所示。

4监测仪软件设计

监测仪根据绝缘电阻随电气设备供电电压变化而变化的特点，采集同一个采样周期内绝缘电阻变化的最大值、最小值、中间值、平均值为测量所得数据，存储在单片机内。其中中间值为采样周期内最大值和最小值的平均值。采样周期随潜油电机系统频率变化而变化。由于采样信号和干扰信号为同频信号，因此不能采用传统的滤波方式进行滤波，所以采用软件滤波的方式。并且，采样间隔时间随着电源频率的变化而变化。监测仪每42小时存储一组数据，可以记录190天的数据。在触摸屏上以曲线回放的形式，形象的展示了该时期内绝缘电阻的变化情况，方便用户分析数据。

参考文献：

[1]高电压技术（第二版）[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]贾秀芳.直流系统绝缘监测综合判据[J].电力系统自动化,1999.

作者：王斯贤 张广杰 单位：天津华云自控股份有限公司