本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)性能監(jiān)測(cè)方法，尤其是一種三相四線IT系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位方法。

背景技術(shù)：

礦井、野外醫(yī)療車(chē)、船舶等負(fù)荷供電時(shí)，要求供電的可靠性高，安全性好，采用IT系統(tǒng)供電是一種很好的選擇。IT系統(tǒng)出現(xiàn)第一次故障時(shí)故障電流小，電氣設(shè)備金屬外殼不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)性的接觸電壓，因此可以不切斷電源，使電氣設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，但需要對(duì)其電能質(zhì)量及絕緣性能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)并通過(guò)報(bào)警裝置告知，及時(shí)檢查消除故障。

目前的IT系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)中，廣泛采用基于注入信號(hào)的檢測(cè)方法，通過(guò)采集注入信號(hào)時(shí)采樣電阻的電壓或者IT系統(tǒng)相線上的電流，當(dāng)IT系統(tǒng)對(duì)地短路或者絕緣劣化時(shí)，其對(duì)地絕緣電阻下降，注入信號(hào)時(shí)采樣電阻上的電壓或者IT系統(tǒng)相線上的電流中故障特征量劇增，可據(jù)此進(jìn)行判斷。采用注入信號(hào)法監(jiān)測(cè)IT系統(tǒng)絕緣時(shí)，不管注入的是直流信號(hào)、單頻交流信號(hào)，還是雙頻交流信號(hào)，都需要相應(yīng)的獨(dú)立信號(hào)源，系統(tǒng)復(fù)雜；且獨(dú)立信號(hào)源的電壓有效值不允許超過(guò)50V，給故障特征量的判斷及故障選線定位帶來(lái)困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決IT系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三相四線IT系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位方法，將監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓加載在相線與中性線之間通過(guò)保護(hù)地形成的回路上形成故障脈沖電流，依據(jù)A、B、C三相的線電流信號(hào)、中性線電流信號(hào)進(jìn)行絕緣故障選線定位；依據(jù)A、B、C三相的相電壓信號(hào)和A、B、C三相的線電流信號(hào)進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

所述監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓通過(guò)控制三相四線IT系統(tǒng)相電壓以脈沖的方式加載形成，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通實(shí)現(xiàn)；所述電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通的時(shí)刻為三相四線IT系統(tǒng)相電壓的過(guò)零點(diǎn)。

所述三相四線IT系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位方法由包括控制器單元、絕緣信號(hào)取樣單元、電流電壓取樣單元的裝置實(shí)現(xiàn)。

所述電流電壓取樣單元用于獲取A、B、C三相的相電壓信號(hào)和A、B、C三相的線電流信號(hào)，以及中性線電流信號(hào)并送至控制器單元；所述絕緣信號(hào)取樣單元用于獲取三相四線IT系統(tǒng)的對(duì)地窄脈沖電壓信號(hào)并送至控制器單元。

所述絕緣信號(hào)取樣單元包括第一信號(hào)取樣支路、第二信號(hào)取樣支路、第三信號(hào)取樣支路以及取樣電阻；第一信號(hào)取樣支路包括串聯(lián)連接的第一電子開(kāi)關(guān)、第一限流電阻，第二信號(hào)取樣支路包括串聯(lián)連接的第二電子開(kāi)關(guān)、第二限流電阻，第三信號(hào)取樣支路包括串聯(lián)連接的第三電子開(kāi)關(guān)、第三限流電阻；第一信號(hào)取樣支路的一端連接至相線A，第二信號(hào)取樣支路的一端連接至相線B，第三信號(hào)取樣支路的一端連接至相線C；第一信號(hào)取樣支路的另外一端、第二信號(hào)取樣支路的另外一端、第三信號(hào)取樣支路的另外一端與取樣電阻的一端連接，取樣電阻的另外一端連接至保護(hù)地。

所述監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)的三相相電壓；所述第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通的時(shí)刻分別在三相四線IT系統(tǒng)相電壓的不同過(guò)零點(diǎn)。

當(dāng)?shù)谝浑娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)，B相線電流、C相線電流、中性線電流中，脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良；當(dāng)?shù)诙娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)，A相線電流、C相線電流、中性線電流中，脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良；當(dāng)?shù)谌娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)，A相線電流、B相線電流、中性線電流中，脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良。

將監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓加載在相線與中性線之間通過(guò)保護(hù)地形成的回路上，同時(shí)形成相對(duì)應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓。所述監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓，或者說(shuō)對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓共有6組，包括相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓。

當(dāng)僅有1根相線對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良，或者是僅中性線對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良時(shí)，根據(jù)6組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓中的1組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓計(jì)算該相線或者中性線的對(duì)地絕緣電阻值。

所述根據(jù)6組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓中的1組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓計(jì)算該相線或者中性線的對(duì)地絕緣電阻值，其1組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓中的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓加在相應(yīng)信號(hào)取樣支路的限流電阻、取樣電阻和該相線或者中性線的對(duì)地絕緣電阻值形成的串聯(lián)電路上，對(duì)地窄脈沖電壓為相應(yīng)信號(hào)取樣支路的限流電阻、取樣電阻上的分壓值。

所述第一信號(hào)取樣支路還包括串聯(lián)的第一二極管，所述第二信號(hào)取樣支路還包括串聯(lián)的第二二極管，所述第三信號(hào)取樣支路還包括串聯(lián)的第三二極管；所述第一二極管使第一電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線A流向保護(hù)地，第二二極管使第二電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線B流向保護(hù)地，第三二極管使第三電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線C流向保護(hù)地；或者是，第一二極管使第一電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地流向相線A，第二二極管使第二電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地流向相線B，第三二極管使第三電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地流向相線C。

所述第一信號(hào)取樣支路還包括第四二極管，第二信號(hào)取樣支路還包括第五二極管，第三信號(hào)取樣支路還包括第六二極管；所述第四二極管反向并聯(lián)在第一電子開(kāi)關(guān)上，第五二極管反向并聯(lián)在第二電子開(kāi)關(guān)上，第六二極管反向并聯(lián)在第三電子開(kāi)關(guān)上。二極管反向并聯(lián)在電子開(kāi)關(guān)上，指的是二極管的陰極連接至電子開(kāi)關(guān)的電流流入端，陽(yáng)極連接至電子開(kāi)關(guān)的電流流出端。

本發(fā)明的有益效果是：(1)無(wú)需注入外加獨(dú)立信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相四線IT系統(tǒng)的絕緣性能在線監(jiān)測(cè)；(2)監(jiān)測(cè)信號(hào)是直流窄脈沖電壓，可以消除相線對(duì)地電容對(duì)絕緣電阻監(jiān)測(cè)的影響；(3)能夠準(zhǔn)確判斷并定位單根相線或者中性線的對(duì)地短路故障；(4)能夠準(zhǔn)確判斷并定位單根相線或者中性線的對(duì)地絕緣不良故障，并計(jì)算其對(duì)地絕緣電阻值，判斷絕緣劣化的程度。

附圖說(shuō)明

圖1為絕緣在線監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位裝置實(shí)施例組成框圖；

圖2為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例電路原理圖；

圖3為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖4為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖5為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖6為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)在U_C＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖7為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)在U_B＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖8為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)在U_A＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖9為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)在U_C＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖10為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)在U_B＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖11為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)在U_A＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖；

圖12為三相交流相電壓波形及對(duì)地窄脈沖電壓信號(hào)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示為絕緣在線監(jiān)測(cè)及絕緣故障選線定位裝置實(shí)施例組成框圖。圖1實(shí)施例包括控制器單元100、絕緣信號(hào)取樣單元200、電流電壓取樣單元300、校驗(yàn)單元400、報(bào)警單元500、人機(jī)交互單元600。A、B、C分別為三相四線IT系統(tǒng)的相線A、相線B、相線C，N為三相四線IT系統(tǒng)的中性線；PE為IT系統(tǒng)的保護(hù)導(dǎo)體或者保護(hù)地。

如圖2所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例電路原理圖，包括第一電子開(kāi)關(guān)M1、第二電子開(kāi)關(guān)M2、第三電子開(kāi)關(guān)M3、第一限流電阻R_E1、第二限流電阻R_E2、第三限流電阻R_E3、取樣電阻R_S、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6；第一電子開(kāi)關(guān)M1、第一限流電阻R_E1、第一二極管D1、第四二極管D4組成第一信號(hào)取樣支路，第二電子開(kāi)關(guān)M2、第二限流電阻R_E2、第二二極管D2、第五二極管D5組成第二信號(hào)取樣支路，第三電子開(kāi)關(guān)M3、第三限流電阻R_E3、第三二極管D3、第六二極管D6組成第三信號(hào)取樣支路。圖2中，K1、K2、K3分別為第一電子開(kāi)關(guān)M1、第二電子開(kāi)關(guān)M2、第三電子開(kāi)關(guān)M3的控制信號(hào)，K1、K2、K3來(lái)自控制器單元；R₀、R₁、R₂、R₃分別為中性線N、相線A、相線B、相線C的對(duì)地絕緣電阻。第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)為全控型電子開(kāi)關(guān)，圖2實(shí)施例中，M1、M2、M3采用三極管型光電耦合器。第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)也可以用直流固態(tài)繼電器或者其他全控型電子開(kāi)關(guān)來(lái)替換。

圖2實(shí)施例中，第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6分別保護(hù)第一電子開(kāi)關(guān)M1、第二電子開(kāi)關(guān)M2、第三電子開(kāi)關(guān)M3，使其免遭過(guò)高的反向電壓；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)能夠承受所在電路的反向電壓時(shí)，第四二極管、第五二極管、第六二極管并不必要。

所述裝置將監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓加載在相線與中性線之間及相線之間通過(guò)保護(hù)地形成的回路上，形成相應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓；依據(jù)監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓及相應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓進(jìn)行絕緣性能在線檢測(cè)；監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓通過(guò)控制三相四線IT系統(tǒng)相電壓以脈沖的方式加載形成。第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)均為短時(shí)間的、脈沖式的開(kāi)通，且每次只控制其中的一個(gè)開(kāi)通與導(dǎo)通。第一電子開(kāi)關(guān)可以控制在相線A電位高于等于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第一電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線A流向保護(hù)地PE，或者是控制在相線A電位低于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第一電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地PE流向相線A；同樣地，第二電子開(kāi)關(guān)可以控制在相線B電位高于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第二電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線B流向保護(hù)地PE，或者是控制在相線B電位低于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第二電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地PE流向相線B；第三電子開(kāi)關(guān)可以控制在相線C電位高于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第三電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從相線C流向保護(hù)地PE，或者是控制在相線C電位低于保護(hù)地PE電位時(shí)開(kāi)通，此時(shí)第三電子開(kāi)關(guān)上的電流只能從保護(hù)地PE流向相線C。由于保護(hù)地PE電位與A、B、C三相電位及其對(duì)地絕緣相關(guān)，因此，當(dāng)某相相電壓高于或者等于另外兩相相電壓時(shí)，該相線電位肯定高于等于保護(hù)地PE電位；或者是當(dāng)某相相電壓低于或者等于另外兩相相電壓時(shí)，該相線電位肯定低于等于保護(hù)地PE電位。

圖2實(shí)施例中，第一二極管D1使第一電子開(kāi)關(guān)M1的電流只能從相線A流向保護(hù)地PE，第二二極管D2使第二電子開(kāi)關(guān)M2電流只能從相線B流向保護(hù)地PE，第三二極管D3使第三電子開(kāi)關(guān)M3電流只能從相線C流向保護(hù)地PE；當(dāng)?shù)谝浑娮娱_(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)具有單向?qū)ㄐ阅芮覜](méi)有并聯(lián)第四二極管、第五二極管、第六二極管時(shí)，第一二極管、第二二極管、第三二極管并不必要。

將圖2實(shí)施例中的第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6中的部分反向連接，第一電子開(kāi)關(guān)M1、第二電子開(kāi)關(guān)M2、第三電子開(kāi)關(guān)M3的電流方向中的部分反向連接，則M1、M2、M3的電流只能部分從保護(hù)地PE流向相線，其余部分的從相線流向保護(hù)地PE。當(dāng)將圖2實(shí)施例中的第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6全部反向連接，第一電子開(kāi)關(guān)M1、第二電子開(kāi)關(guān)M2、第三電子開(kāi)關(guān)M3的電流方向全部反向連接，則第一二極管D1使第一電子開(kāi)關(guān)M1的電流只能從保護(hù)地PE流向相線A，第二二極管D2使第二電子開(kāi)關(guān)M2電流只能從保護(hù)地PE流向相線B，第三二極管D3使第三電子開(kāi)關(guān)M3電流只能從保護(hù)地PE流向相線C。

如圖3所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線A對(duì)地窄脈沖電壓U₁由控制器單元控制M1開(kāi)通獲取。圖3中開(kāi)通M1時(shí)，相線A電位應(yīng)高于保護(hù)地PE電位。令R_E1＝R_E，有R₄＝R_E1+R_S＝R_E+R_S。此時(shí)有

如圖4所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線B對(duì)地窄脈沖電壓U₂由控制器單元控制M2開(kāi)通獲取。圖4中開(kāi)通M2時(shí)，相線B電位應(yīng)高于保護(hù)地PE電位。令R_E2＝R_E，有R₄＝R_E2+R_S＝R_E+R_S。此時(shí)有

如圖5所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線C對(duì)地窄脈沖電壓U₃由控制器單元控制M3開(kāi)通獲取。圖5中開(kāi)通M3時(shí)，相線C電位應(yīng)高于保護(hù)地PE電位。令R_E3＝R_E，有R₄＝R_E3+R_S＝R_E+R_S。此時(shí)有

式(1)、式(2)、式(3)中，共只有R₀、R₁、R₂、R₃等4個(gè)未知量，要通過(guò)解方程求出R₀、R₁、R₂、R₃，監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓及相應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓至少有4組，即式(1)、式(2)、式(3)中，至少有一個(gè)應(yīng)該在不同的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓條件下測(cè)量2次，最終得到至少4個(gè)表達(dá)式。分析式(1)、式(2)、式(3)可知，分別在U_A＝0，或者是U_B＝0，或者是U_C＝0進(jìn)行測(cè)量，不但可以得到不同的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓條件，還能夠簡(jiǎn)化表達(dá)式。

如圖6所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)在U_C＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線A對(duì)地窄脈沖電壓為相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_A1、U_B1。此時(shí)有

如圖7所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第一電子開(kāi)關(guān)在U_B＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線A對(duì)地窄脈沖電壓為相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓U₁₂，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_A2、U_C2。此時(shí)有

如圖8所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)在U_A＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線B對(duì)地窄脈沖電壓為相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓U₂₁，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_B3、U_C3。此時(shí)有

如圖9所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第二電子開(kāi)關(guān)在U_C＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線B對(duì)地窄脈沖電壓為相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓U₂₂，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_B4、U_A4。此時(shí)有

如圖10所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)在U_B＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線C對(duì)地窄脈沖電壓為相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓U₃₁，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_C5、U_A5。此時(shí)有

如圖11所示為絕緣信號(hào)取樣單元實(shí)施例第三電子開(kāi)關(guān)在U_B＝0開(kāi)通時(shí)的等效電路圖，相線C對(duì)地窄脈沖電壓為相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓U₃₂，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為U_C6、U_B6。此時(shí)有

圖12所示為三相交流相電壓波形及對(duì)地窄脈沖電壓信號(hào)示意圖。圖12中，U_A、U_B、U_C為相線A、相線B、相線C的相電壓，脈沖1、脈沖2、脈沖3、脈沖4、脈沖5、脈沖6所示時(shí)刻分別為相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁、相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓U₁₂、相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓U₂₁、相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓U₂₂、相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓U₃₁、相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓U₃₂的測(cè)量時(shí)刻。

式(4)至式(9)分別為根據(jù)6組監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓及相應(yīng)的對(duì)地窄脈沖電壓組成的關(guān)系表達(dá)式。

在系統(tǒng)的部分狀態(tài)，M1、M2、M3分別開(kāi)通時(shí)測(cè)量得到的相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁、相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓U₁₂、相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓U₂₁、相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓U₂₂、相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓U₃₁、相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓U₃₂見(jiàn)表1。

表1

從表1數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)A、B、C、N對(duì)地絕緣正常時(shí)，R₀、R₁、R₂、R₃的數(shù)值很大，因此，U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂全部接近為0值。

當(dāng)A對(duì)地短路或者是僅A對(duì)地絕緣不良時(shí)，U₁₁、U₁₂接近為0值，而U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂全部為非0值。此時(shí)，只需要在U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂及他們相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_B3、U_BA4、U_CA5、U_C6中選擇1組測(cè)量值即可計(jì)算R₁的阻值。例如，采用相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓U₂₁及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_B3計(jì)算R₁，有

當(dāng)計(jì)算得到的R₁特別小時(shí)，相線A對(duì)地短路，否則R₁為相線A對(duì)地絕緣不良的電阻值。

當(dāng)B對(duì)地短路或者是僅B對(duì)地絕緣不良時(shí)，U₂₁、U₂₂接近為0值，而U₁₁、U₁₂、U₃₁、U₃₂全部為非0值。此時(shí)，只需要在U₁₁、U₁₂、U₃₁、U₃₂及他們相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_AB1、U_A2、U_C5、U_CB6中選擇1組測(cè)量值即可計(jì)算R₂的阻值。例如，采用相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓U₃₁及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_C5計(jì)算R₂，有

當(dāng)計(jì)算得到的R₂特別小時(shí)，相線B對(duì)地短路，否則R₂為相線B對(duì)地絕緣不良的電阻值。

當(dāng)C對(duì)地短路或者是僅C對(duì)地絕緣不良時(shí)，U₃₁、U₃₂接近為0值，而U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂全部為非0值。此時(shí)，只需要在U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂及他們相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_A1、U_AC2、U_BC3、U_B4中選擇1組測(cè)量值即可計(jì)算R₃的阻值。例如，采用相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_A1計(jì)算R₃，有

當(dāng)計(jì)算得到的R₃特別小時(shí)，相線C對(duì)地短路，否則R₃為相線C對(duì)地絕緣不良的電阻值。

當(dāng)中性線N對(duì)地短路時(shí)，U₁₁、U₁₂接近相對(duì)應(yīng)的A相監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓，U₂₁、U₂₂接近相對(duì)應(yīng)的B相監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓，U₃₁、U₃₂接近相對(duì)應(yīng)的C相監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓。

當(dāng)中性線N對(duì)地絕緣不良，或者是相線A、相線B、相線C、中性線N中有2根或者是2根以上的線對(duì)地絕緣不良時(shí)，U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂全部為非0值，此時(shí)根據(jù)對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂及他們相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓無(wú)法區(qū)分相線A、相線B、相線C、中性線N中的哪些絕緣良好，哪些對(duì)地絕緣不良，或者是全部對(duì)地絕緣不良。

電流電壓取樣單元用于獲取A、B、C三相的相電壓信號(hào)和A、B、C三相的線電流信號(hào)，以及中性線N的電流信號(hào)并送至控制器單元?？刂破鲉卧枰刂齐娏麟妷喝訂卧獙?duì)電壓、電流進(jìn)行連續(xù)采樣，以便進(jìn)行電能質(zhì)量分析。監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓為第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)的三相相電壓，且第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通的時(shí)刻分別在三相四線IT系統(tǒng)相電壓的不同過(guò)零點(diǎn)，相電壓的過(guò)零點(diǎn)及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓可以依據(jù)A、B、C三相的相電壓信號(hào)得到。進(jìn)行電能質(zhì)量分析，主要是通過(guò)FFT計(jì)算以及其他計(jì)算與分析，得到三相四線IT系統(tǒng)的電壓偏差、頻率偏差、諧波以及電壓波動(dòng)和閃變等指標(biāo)。如何設(shè)計(jì)電流電壓取樣單元并通過(guò)控制器單元實(shí)現(xiàn)對(duì)三相相電壓信號(hào)、三相線電流信號(hào)中性線電流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣，以及對(duì)連續(xù)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到各相電壓的過(guò)零點(diǎn)及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓信號(hào)，進(jìn)行FFT計(jì)算以及其他計(jì)算與分析，得到三相四線IT系統(tǒng)的電壓偏差、頻率偏差、諧波以及電壓波動(dòng)和閃變等指標(biāo)，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)。

在第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)中任一個(gè)開(kāi)通的同時(shí)測(cè)量相線A、相線B、相線C、中性線N的電流，當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)的電流變化時(shí)，則產(chǎn)生電流變化的相線或者中性線發(fā)生了絕緣故障。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝浑娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通，將監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓加載在相線與中性線之間通過(guò)保護(hù)地形成的回路上時(shí)，B相線電流、C相線電流、中性線電流中，存在短路或者絕緣不良的相線、中性線將形成故障脈沖電流，檢測(cè)到脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線N存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良。同樣地，當(dāng)?shù)诙娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)，A相線電流、C相線電流、中性線電流中，脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線N存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良；當(dāng)?shù)谌娮娱_(kāi)關(guān)脈沖式開(kāi)通時(shí)，A相線電流、B相線電流、中性線電流中，脈沖電流變化大于設(shè)定閾值的相線或者中性線N存在對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良。

當(dāng)判斷出僅有1根相線對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良時(shí)，可以根據(jù)前述依據(jù)U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂的值判斷出僅有某相對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良時(shí)計(jì)算對(duì)地絕緣不良的電阻值的方法，選擇6組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓中的1組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)判斷出僅有中性線N對(duì)地短路或者是對(duì)地絕緣不良時(shí)，可以選擇6組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓中的任何1組對(duì)地窄脈沖電壓及相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓計(jì)算R₀的阻值。例如，采用相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓U_A1計(jì)算R₀，有

當(dāng)計(jì)算得到的R₀特別小時(shí)，中性線N對(duì)地短路，否則R₀為中性線N對(duì)地絕緣不良的電阻值。

相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓U₁₁、相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓U₁₂通過(guò)采集第一電子開(kāi)關(guān)M1分別在U_C＝0、U_B＝0開(kāi)通時(shí)取樣電阻R_S上的電壓得到，如圖6、圖7所示，有

或者

相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓U₂₁、相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓U₂₂通過(guò)采集第二電子開(kāi)關(guān)M2分別在U_A＝0、U_C＝0開(kāi)通時(shí)取樣電阻R_S上的電壓得到，如圖8、圖9所示，有

或者

相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓U₃₁、相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓U₃₂通過(guò)采集第三電子開(kāi)關(guān)M3分別在U_B＝0、U_A＝0開(kāi)通時(shí)取樣電阻R_S上的電壓得到，如圖10、圖11所示，有

或者

為限制第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)相線A、B、C的對(duì)地電流，第一限流電阻R_E1、第二限流電阻R_E2、第三限流電阻R_E3的電阻值根據(jù)需要確定，優(yōu)選其電阻值大于500kΩ,特別是優(yōu)選其電阻值大于2MΩ。

第一電子開(kāi)關(guān)、第二電子開(kāi)關(guān)、第三電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)間均很短，此時(shí)加載在相線之間、通過(guò)PE形成的回路上的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓相當(dāng)于是直流窄脈沖電壓，由于相線的對(duì)地電容小，對(duì)取樣電阻R_S上的電壓進(jìn)行采樣時(shí)，直流窄脈沖電壓已完成對(duì)對(duì)地電容的充放電，可以避免相線對(duì)地電容對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)造成影響。

通常情況下，相線A、相線B、相線C、中性線N出現(xiàn)對(duì)地絕緣故障時(shí)，更多的是其中之一出現(xiàn)對(duì)地短路或者絕緣不良的狀況，因此，所述裝置實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及絕緣性能在線檢測(cè)的具體步驟包括：

步驟一、采樣獲取三相交流電壓、電流數(shù)據(jù)；采樣獲取對(duì)地窄脈沖電壓及其相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓，包括相線A第一對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線A第二對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線B第一對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線B第二對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線C第一對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓、相線C第二對(duì)地窄脈沖電壓及相應(yīng)的監(jiān)測(cè)窄脈沖電壓；

步驟二、分析三相交流電壓、電流數(shù)據(jù)，得到電能質(zhì)量指標(biāo)；根據(jù)對(duì)地窄脈沖電壓進(jìn)行判斷，如果相線A、相線B、相線C、中性線N的對(duì)地絕緣均正常，則回到步驟一；

步驟三、根據(jù)對(duì)地窄脈沖電壓進(jìn)行判斷，如果中性線N對(duì)地短路，轉(zhuǎn)到步驟五；

步驟四、根據(jù)對(duì)地窄脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行判斷，如果相線A、相線B、相線C中的1根相線對(duì)地短路或者對(duì)地絕緣不良，則計(jì)算該相線的對(duì)地絕緣電阻值；

步驟五、結(jié)果處理，回到步驟一。

當(dāng)三相四線IT系統(tǒng)的對(duì)地絕緣劣化或者有對(duì)地短路故障，相線對(duì)地絕緣電阻小于設(shè)定的閾值電阻時(shí)，控制器單元通過(guò)報(bào)警單元報(bào)警。人機(jī)交互單元用于實(shí)現(xiàn)閾值電阻的設(shè)定、各相線對(duì)地絕緣電阻值顯示等功能。進(jìn)行報(bào)警單元和人機(jī)交互單元的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)所需功能是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)。

校驗(yàn)單元用于對(duì)所述絕緣性能的監(jiān)測(cè)進(jìn)行功能校驗(yàn)。圖1所示實(shí)施例中，校驗(yàn)單元400由人機(jī)交互單元通過(guò)控制器單元進(jìn)行控制。校驗(yàn)單元也可以直接由人機(jī)交互單元控制，即直接由開(kāi)關(guān)、按鈕進(jìn)行控制。進(jìn)行功能校驗(yàn)時(shí)，校驗(yàn)單元在相線A與保護(hù)地之間，或者是在相線B與保護(hù)地之間，或者是在相線C與保護(hù)地之間，或者是在中性線N與保護(hù)地之間，或者是同時(shí)在多根相線、中性線與保護(hù)地之間接入校驗(yàn)電阻，觀察裝置是否能夠正常工作。直接由開(kāi)關(guān)、按鈕控制，或者是由人機(jī)交互單元通過(guò)控制器單元進(jìn)行控制，相線A與保護(hù)地之間，或者是在相線B與保護(hù)地之間，或者是在相線C與保護(hù)地之間，或者是在中性線N與保護(hù)地之間，或者是同時(shí)在多根相線、中性線與保護(hù)地之間接入校驗(yàn)電阻，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)。

控制器單元包括MCU以及A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路等功能模塊和電路。電流電壓取樣單元輸出的相線交流電壓信號(hào)、絕緣信號(hào)取樣單元輸出的對(duì)地窄脈沖電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)交由MCU處理；相線交流電壓信號(hào)中如果包括有過(guò)零脈沖，則過(guò)零脈沖直接送至MCU。MCU與絕緣信號(hào)取樣單元、校驗(yàn)單元、報(bào)警單元、人機(jī)交互單元等有電連接關(guān)系，以進(jìn)行相關(guān)的信息傳遞?？刂坪诵腗CU可以選擇DSP、ARM、單片機(jī)等微控制器。如何選擇和使用A/D轉(zhuǎn)換器，以及如何設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路使電流電壓取樣單元、絕緣信號(hào)取樣單元輸出的信號(hào)滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)輸入的要求，是本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員所掌握的常規(guī)技術(shù)。

所述裝置還包括有直流電源單元。直流電源單元可采用外置電源，也可以由三相交流電壓降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得。