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摘要：在隔离电源系统中，为防止由于多点接地而引发严重后果，需要实时对系统进行对地绝缘监测，并在监测到对地绝缘故障时，进行故障定位。本文在介绍绝缘定位用信号发生器的工作原理的基础上，详细阐述了信号发生器的硬件和软件设计。本文中设计的产品已通过试验检验，可应用于IT系统，为应用场所提供安全可靠的供电解决方案。 0 引言 在IT系统中，单点接地故障是一种很常见的故障。一旦出现单点接地故障，IT系统就会变为TN-S系统，虽然可以带故障继续运行，但已经失去了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，并在监测到对地绝缘故障时，能通过仪表自动定位故障点支路。若没有自动定位功能，一旦出现故障，只能依靠人工对多达数十条、数百条，乃至成千上万条负载支路逐条断电查找，不仅费时费力，更严重破坏了供电连续性。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]。 专业研发、生产、销售:测漏机,检漏机,试漏机,测漏仪,塑料瓶装袋机,垫片冲裁入盖机,客服热线：13929416960. 基于上述情况，本文设计了一种绝缘故障定位用信号发生器，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，操作人员可有目的性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，不仅提高了工作效率，也有效的保障了系统供电的连续性。因此，对电力系统供电的安全性、连续性和可靠性具有极其重要的意义。 1 信号发生原理 信号发生器的工作原理是当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。常采用图1所示发生原理。
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。 对于单相交流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：
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。
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。
专业研发、生产、销售:植草板,植草格,排水板,蓄排水板,卷材排水板,植草板厂家,客服热线：0755-23937035. （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，就可在与之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲，在与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。
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。
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。
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，模拟绝缘故障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 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。 |
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