0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

什么是绝缘定位用信号发生器

jf_25373932 来源:jf_25373932 作者:jf_25373932 2023-03-16 10:44 次阅读

安科瑞 徐浩竣

江苏安科瑞电器制造有限公司

[摘要]在介绍绝缘定位用信号发生器工作原理的基础上,阐述了信号发生器的硬件和软件设计。基于本设计的产品已通过试验检验,可应用于IT系统中,为应用场所提供安全可靠的供电解决方案。

关键词IT系统 信号发生器 故障定位

0 引言

本文设计的信号发生器具有自适应IT系统频率,注入高峰值、低有效值脉冲波形,多系统组网等功能,并可通过面板指示灯显示当前工作状态。该信号发生器符合国家相关标准,配合绝缘监测仪、绝缘故障定位仪,能为IT系统提供安全、可靠的供电解决方案。

1 信号发生器原理

信号发生器工作原理:IT系统发生单点接地故障时,轮流在系统某根线与大地之间注入定位信号,以便绝缘故障定位仪能在故障支路上监测到定位信号。信号发生器原理如图1所示。

poYBAGQSgmeABSriAAA-KVpf7P8260.jpg

图1 信号发生器原理图

在IT系统中,注入的测试信号有效值必须足够小,以免对IT系统形成太大干扰,,甚至对系统负载造成危害;但又要有足够大的峰值,以便在故障支路上形成足够大的电流,使故障定位仪的电流互感器能正常监测。

考虑以上两种情况后,本文采用脉冲信号作为测试信号。脉冲信号幅度足够大、宽度足够窄,就可实现足够小的有效值、足够大的峰值两个期望目标。从简化设计的角度出发,没必要在信号发生器上直接产生高压脉冲信号,可通过截取IT系统中交流信号的波峰来实现。

对于单向交流IT系统, L1、L2线间电压为AC 220V,其峰值为220V,满足脉冲峰值足够大的要求。为满足有效值足够小的要求,本文依照标准IEC61557-9的“定位信号电压的有效值不允许超过50V”的规定,将电压阈值设为50V。据此,可计算出脉冲宽度(由于脉冲宽度很小,为方便计算,可将此峰值脉冲视为幅度为220的矩形脉冲)为:

pYYBAGQSgmiAY4R2AAAcQXXXaww826.jpg

当交流电压周期为50Hz时,脉冲宽度为:

poYBAGQSgmmACN9-AAAMiJyhiXA833.jpg

当交流电压为60Hz时,脉冲宽度为:

poYBAGQSgmqACNPcAAAOkj2179M879.jpg

利用单片机定时器功能,配合光耦,可以精确截取0.4ms的峰值脉冲。由于0.4ms<0.4304ms<0.5165ms,且实际截取的脉冲信号中,除波峰一点外,其余点幅度均小于

pYYBAGQSgmuAL3DQAAAEzvl3raY384.jpg

V,因此其有效值一定会小于设定的阈值(50V),满足脉冲有效值足够小的要求。

2 硬件设计

信号发生器的硬件功能模块主要包括电源模块、中央控制模块、监测模块、信号发生模块、通信模块、指示灯模块。硬件设计原理框图如图2所示。

poYBAGQSgmuAHKMeAAB2DjQ5LTc185.jpg

图2 硬件设计原理框图

信号发生器上电后,CPU即通过监测模块对IT系统的电压进行实时监测,测量出IT系统的交流频率。当系统发生对地绝缘故障时,信号发生器根据测量出的频率大小,确定测试信号的脉冲宽度以及脉冲频率,截取系统波峰,产生测试信号,轮流加到L1-PE、L2-PE间。由于发生绝缘故障,故障支路可等效为一较小电阻,连接IT系统发生故障的线路以及大地,形成电流回路,因此测试信号能在故障支路上产生测试电流。

绝缘故障定位仪逐路巡检各支路时,在某支路上监测到此测试电流,即可判定此条支路为故障支路。本设计中,中央控制模块选用ST的32位ARM -M3内核单片机STM32F103。该芯片处理速度快,最高运行速度可达72MHz;具有丰富的片内外围资源,内部有20KB的片内RAM和多达64KB的FLASH闪存,带有多通道的12位A/D转化模块,以及多个SPI、C、CAN通信接口,大大简化了外围电路的设计。

3 软件设计

信号发生器的控制程序由C语言编写,在程序设计中采用了结构化程序设计方法,便于程序代码的维护、移植和升级。系统上电后,首先完成各模块的初始化和自检,确保系统工作的可靠性;然后确定系统中各部分硬件电路正常后,自动进入正常工作模式。系统主程序流程如图3所示。

pYYBAGQSgmyAGoC-AABjnQX3s08057.jpg

图3 系统主程序流程图

为了保障信号发生器运行准确与可靠,保证设备不会误动,软件上采用了特定的程序算法进行处理。

(1)数字滤波算法。信号发生器采用数字滤波算法滤除信号中谐波、噪声等干扰,只让有用的信号参与结果运算,从而使计算的结果更加精确可靠。

(2)IT系统交流频率自适应法。因为工作环境的多样性,工作电压不一定就是50Hz,实际中的电压频率可能更高或更低,因此要通过监测模块实时监测IT系统的交流频率。监测模块将比较L1、L2线间的电压,UL1>UL2和UL1<UL2的时间分别记为t1和t2。因为电压比较时存在一定的阈值电压,所以会存在t1>t2或t2>t1的现象。如果t1+t2=20ms(即系统交流频率为50Hz),出现系统对地绝缘故障时,就可在

poYBAGQSgm2AK6oaAAAGhZ2dVu0918.jpg

pYYBAGQSgm6AQM-WAAAGuMGFbhc203.jpg

之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲,在

poYBAGQSgm-ALKlEAAAGcSqv9Ho556.jpg

pYYBAGQSgnCAdsjCAAAGMBdXGu4080.jpg

之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲。

如图4所示,在系统电压的每个周期,信号发生器截取2次脉冲,分别在L1-L2的正半波波峰处(图4中第二行),以及L1-L2的负半波波峰处(图4中第三行)。若故障点在L1线上,则在L1-L2的负半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正,能被绝缘故障定位仪监测到;若故障点在L2线上,则在L1-L2的正半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正,能被绝缘故障定位仪监测到。

poYBAGQSgnCAVQwVAABo3FjxPA8040.jpg

图4 L1、L2间电压及截取的脉冲电压

如果t1+t2=10ms,考虑到脉冲有效值小于50V的需求,那么可以不用每个周期截取2次脉冲(L1-L2正半波,L1-L2负半波),而选择每两个周期截取两次脉冲(L1-L2正半波,L1-L2负半波)。其它频率依次类推即可。
定位信号发生器实物如图5所示,它采用DC 24V供电,面板上有“运行”、“通讯”以及“测试”LED指示灯显示工作状态。

当IT配电系统无故障运行时,信号发生器自动监测系统频率。当IT配电系统发生单点接地故障时,信号发生器产生测试脉冲信号,配合绝缘监测仪、绝缘故障定位仪定位故障支路。

信号发生器已通过型式试验检验,各项指标均达到国家标准的要求,目前已成功应用于某医院重症监护室,如图6所示。通过通信线路,绝缘监测仪、绝缘故障定位仪和信号发生器构成一个局域网络。信号发生器上电后自动进入监测模式,监测IT系统的频率。当绝缘监测仪监测到IT系统发生对地绝缘故障时,通过通信线路,启动信号发生器和绝缘故障定位仪,进入信号发生模式和故障定位模式。

pYYBAGQSgnGAAZJSAADIDgffZhA813.jpg

图6 某医院重症监护室IT系统应用图

在实际工程应用中,信号发生器产生的脉冲波形如图7所示。

poYBAGQSgnGAfI4_AAB8d7Wp6vs026.jpg

图7 信号发生器产生的波形图

由图7可知,该波形存在大量的杂波干扰,峰值也较理论的偏小(图中正弦波形为系统电压,作为比照),但还是满足绝缘故障定位要求。在绝缘故障定位仪端监视到的波形,经过滤波等预处理操作后,如图8所示。

pYYBAGQSgnKAfXDKAAA_7PHRZMs999.jpg

图8 绝缘故障定位仪监测到的波形

由图8可知,监测到的脉冲波形比干扰波形要高,形成一个明显的落差。通过设定适当的阈值,配合脉冲宽度等条件,可准确判断出此支路是否有测试信号通过,即此支路是否有绝缘故障。监测到故障支路后,绝缘故障定位仪显示故障支路数,同时通过通信线路,将故障支路信息返回给绝缘监测仪。绝缘监测仪收到信息后立即报警,通过界面显示故障支路数,同时命令信号发生器和绝缘故障定位仪停止发出信号和故障定位,信号发生器再次进入监测模式。

在现场对系统进行调试,interwetten与威廉的赔率体系 绝缘故障100次,绝缘故障定位率为100%,这充分证明了该信号发生器的可行性。

4 结束语

IT系统一旦出现单点接地故障就会变为TN-S系统,虽然可以带故障继续运行,但已失去IT系统的优点,增加了安全隐患,因此需要实时监测系统的对地绝缘状况,并能通过仪表自动定位故障点支路,否则,一旦出现故障,只能依靠人工来实现绝缘故障点的定位查找,不仅费时费力,而且破坏了供电连续性。

为此,本文设计了一种绝缘故障定位用信号发生器(以下简称信号发生器),它装设于IT系统中,配合绝缘故障定位装置实现绝缘故障定位功能。当IT系统发生绝缘故障时,信号发生器启动并产生定位信号,注入到IT系统与地之间。绝缘故障定位装置通过传感器逐路巡检,当检测到定位信号流经某支路时,便可确定该支路为绝缘故障所在回路。此时,操作人员可有目地的针对该故障支路进行断电或其它保护操作,不必逐条支路断电进行排查,从而提高了工作效率,保障了系统供电的连续性。

审核编辑黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 发生器
    +关注

    关注

    4

    文章

    1368

    浏览量

    61680
  • 定位
    +关注

    关注

    5

    文章

    1330

    浏览量

    35358
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    测量信号发生器.ppt

    测量信号发生器.ppt5.1 信号发生器的种类、组成与威廉希尔官方网站 指标5.2 低频信号
    发表于 12-06 21:54

    如何设计绝缘故障定位信号发生器

    连续性。这在某些需要连续供电的特殊场所(如医院手术室等)是不允许的[1]。那么,我们该如何设计绝缘故障定位信号发生器呢?
    发表于 08-01 06:19

    变音信号发生器

    变音信号发生器 (选做)两片555定时构成变音信号发生器,其电路如
    发表于 06-29 12:07 2572次阅读
    变音<b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>

    表巧加信号发生器

    表巧加信号发生器
    发表于 08-17 11:53 998次阅读
    <b class='flag-5'>用</b>万<b class='flag-5'>用</b>表巧加<b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>

    信号发生器原理_DDS芯片及应用_DDS信号发生器设计

    本专题汇集了四十种DDS信号发生器各部分资料,包括信号发生器原理,DDS芯片及应用,信号发生器
    发表于 06-23 10:41
    <b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>原理_DDS芯片及应用_DDS<b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>设计

    脉冲信号发生器原理

    脉冲信号发生器信号发生器的一种。信号发生器信号
    发表于 10-26 17:09 2.2w次阅读
    脉冲<b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>原理

    信号发生器

    实用小程序信号发生器
    发表于 11-17 17:00 5次下载

    音频信号发生器的制作

    本文主要介绍了D触发组成的音频信号发生器电路原理及实物组装视频,另外还介绍了音频信号发生器
    的头像 发表于 07-27 08:45 2.7w次阅读

    信号发生器的用途

    本文首先介绍了信号发生器的功能以及作用,其次介绍了四种信号发生器的用途,最后阐述了四种信号发生器
    的头像 发表于 08-21 18:33 3.5w次阅读

    什么是信号发生器 信号发生器类型总结

    脉冲发生器: 顾名思义,脉冲发生器是一种产生脉冲的信号发生器。这些信号发生器通常采用逻辑脉冲
    发表于 08-02 15:48 4891次阅读

    信号发生器作用和组成

      在日常实验中信号发生器经常和功率放大器一起搭配使用,很多人都知道信号源,也就是信号发生器,但是对信号
    发表于 02-17 10:55 6次下载
    <b class='flag-5'>信号</b><b class='flag-5'>发生器</b>作用和组成

    信号发生器怎么输出调制信号 信号发生器输出信号衰减如何调整?

    信号发生器怎么输出调制信号 信号发生器输出信号衰减如何调整?
    的头像 发表于 12-21 14:56 6127次阅读

    信号发生器是干什么信号发生器的使用方法

    信号发生器是一种电子测试仪器,用于产生各种类型的电信号。它可以在实验室、工厂和其他领域提供标准化的、可重复的信号,用于测试和验证其他电子设备的性能。
    的头像 发表于 01-19 14:51 3113次阅读

    信号发生器是干什么信号发生器和示波器怎么连接

    信号发生器是一种用于产生各种电信号的设备,它在电子设备测试、电路调试、教学实验等领域得到广泛应用。信号发生器可以产生不同频率、幅度、波形和相
    的头像 发表于 01-30 10:08 2931次阅读

    信号发生器是干什么信号发生器可以输出电流吗

    信号发生器是一种电子设备,用于产生各种类型的电信号,如正弦波、方波、锯齿波等。这些信号可以用于测试、测量、校准电子设备,或者作为其他电子系统的输入
    的头像 发表于 06-03 11:29 1611次阅读