关键词: 交流IT系统 绝缘监测装置 高压IT配电系统
引言
在一些重要的工业场所(如：矿井、玻璃厂和某些集会场所的安全照明，某些电炉的试验设备，冶金厂和化工厂等)，意外断电会造成人员伤亡和重大的财产损失，因此需采用安全性和可靠性较高的IT系统供电。在IT系统中，随着时间的推移，系统对地的绝缘程度下降，当出现第一点接地故障时，IT系统仍能正常运行，但此时IT系统已存在安全隐患，如果再出现不同相上的第二点接地故障，将会产生很大的短路电流，造成前端的断路器脱扣，致使系统出现断电事故。根据(JGJ 16-2008)《民用建筑电器设计规范》第7.2.3条规定， IT配电系统必须配备绝缘监视仪。在系统出现第一点接地故障时，装置产生警告或报警信息，及时提醒维修人员对系统进行故障排查，短时间内无需跳闸，从而保证了IT系统供电的可靠性和连续性。
国外对电力系统监测与故障诊断技术的研究始于20世纪60年代，各个发达国家都很重视，但到了20世纪七八十年代，随着传感器技术、信号采集技术、数字分析技术和计算机技术的发展与应用，在线诊断技术才得到迅速发展 。传统的测量方法有平衡电桥法、差流检测法以及555定时器测量电阻法等。这些测量方法都有各自的优势，但由于应用场所的不同以及受现场环境的影响，上述测量方式还存在着可靠性不足、测量范围较窄和测量精度不高等缺点。针对这些问题，本文提出一种基于交流IT的绝缘监视装置的设计：硬件上采用STM32内置的12位A-D采样、四阶低通滤波电路和128x32液晶显示，软件上采用软件滤波和最小二乘法求斜率与偏移量。最大限度的提高了测量精度(3%)、测量范围(0—999K),并且在不同环境都能满足精准监测的需求。
绝缘监测仪工作原理
Rf是绝缘监测仪监测的对象—系统对地电阻，电源端的带电导体不接地，只作设备外壳的保护接地。正常情况下，系统与地是绝缘的，此时Rf等效于无穷大;当系统出现绝缘故障时，如系统导线与外壳直接接触，则导致系统与地直接连接，此时的Rf等效于0。绝缘监测仪向系统注入直流信号，经过Rf进入绝缘监测仪，构成一个闭合回路，通过简单的欧姆定律即可算出Rf的大小。该测量原理简单可靠，适用于不含直流分量的IT系统，又因采用直流信号可以有效的避免系统电容造成的影响，使其测量的阻抗具有较高的准确度，可以很好地反映系统的绝缘性能。
硬件设计
本设计中，中央处理模块选用ST公司生产的32位ARM cortex-M3内核的芯片(STM32F103RBT6)，该芯片处理速度快，主频可达72MHz，并且具有丰富的片内外围资源，内部具有20KB的片内SRAM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、IIC、CAN等通讯接口，大大简化了外围电路的设计。
该仪表除了最基本的测量系统对地电阻外，自带两路继电器输出，采用128x32液晶模块作为人机接口，带有RS 485通讯，遵循Modbus-RTU协议，有预警报警功能，各个参数可以自行设定。
本装置硬件功能模块主要包括电源模块、信号注入模块、信号测量模块、人机接口、铁电存储模块、通讯模块和开关量输出模块等组成。
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