监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法.pdf

《监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010770040.X (22)申请日 2020.08.04 (71)申请人 蚌埠依爱消防电子有限责任公司 地址 233010 安徽省蚌埠市高新区迎河路 1300号 (72)发明人 张红英张朋石险峰禹舜有 李勇冯勇吴高红何国堂 王建军王宏亮 (74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 代理人 肖峰 (51)Int.Cl. G01R 31/52(2020.01) G01R 27/02(2006.01) G01R 27/26(2006.01) (54)发明。

2、名称 一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄 漏电容的方法 (57)摘要 本发明公开了一种监测单相交流系统对地 绝缘电阻及泄漏电容的方法， 属于电气火灾监控 技术领域。 针对电源变压器中性点接地的单相交 流系统， 本发明方法包括如下步骤： 等间隔同步 采样供电回路的剩余电流和相线对地电压； 计算 剩余电流有效值、 相线对地电压有效值和电流电 压之间的相位差； 计算相线对地绝缘电阻和相线 对地泄漏电容。 本发明方法实现了在较低采样频 率上的高精度相位差测量， 降低了对监测装置采 样速度方面和采样精度方面的要求， 避免了根据 峰峰值计算有效值带来的较大误差。 另外， 本发 明方法直接利用供电系统中的。

3、工频电流电压信 号进行分析计算， 降低了监测装置的复杂度， 使 得根据本发明所设计的监测装置更易实现。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 111781536 A 2020.10.16 CN 111781536 A 1.一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其特征在于： 包括如下步 骤： 步骤1： 等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压； 步骤2： 计算剩余电流有效值、 相线对地电压有效值和电流电压之间的相位差； 步骤3： 计算相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容。 2.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤1。

4、中， 具体包括如下步骤： 步骤1.1： 剩余电流通过电流互感器来检测， 电流互感器安装在电源中性线最后一个接 地点之后； 步骤1.2： 相线对地电压通过电压互感器来检测， 电压互感器并联接在电源相线与电源 地线之间。 3.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤2中， 具体包括如下步骤： 步骤2.1： 对采样序列进行插值， 得到插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列； 步骤2.2： 将插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列进行计算， 得到剩余电流有效 值和相线对地电压有效值； 步骤2.3： 计算剩余电流序列和相线对地电压序列的互相关序列， 。

5、查找互相关序列的最 大值， 进而通过计算得到电流电压的相位差。 4.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤1中， 采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行， 记工 频为fa； 采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号， 同步时间误差小于(1/fa)； 所述 采样频率fs是工频fa的整数倍， 且倍数大于2； 所述采样总数N是fs/fa的整数倍， 取正值。 5.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤2.1中， 将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入式(1。

6、)对 采样序列进行插值， 得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)， 所述式(1)中， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取值应满足 fs/fa360， 为提高相 位检测精度可增大 取值， 电流电压序列中n是采样序号， 取值范围是1,2,3,N， N是总的 采样次数。 6.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤2.2中， 将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分别代入 式(2)进行计算， 得到剩余电流有效值I和相线对地电压有效值U， 所述式(2)中， fa为工频， fs为采样频率， t的取值为1。

7、,2,3, N， 为正整数， 取值应满 足 fs/fa360。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111781536 A 2 7.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤2.3中， 按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u (t)的互相关序列R(k)， 查找互相关序列R(k)的最大值， 将最大值对应的k值记为kmax， 进而 得到剩余电流和相线对地电压的相位差2 kmax/N， 所述式(3)中， 符号表示向上取整， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取值应 满足 fs/fa360。 8.根据权利要求1所述的一种。

8、监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 在步骤3中， 按式(4)计算相线对地绝缘电阻R， 按式(5)计算相线对地泄漏电容C， 所述式(4)、 (5)中， I为剩余电流有效值， U为相线对地电压有效值， 为电流电压之间 的相位差， fa为工频。 9.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 其 特征在于： 电源变压器中性点接地的单相交流系统， 包括单相交流供电系统、 电流互感器、 电压互感器、 电源相线、 电源中性线、 电源地线、 相线对地绝缘电阻、 相线对地泄漏电容及大 地， 具体电路连接方式为， 单相交流供电系统通过电源相线和电源中性线构。

9、成放电回路， 在 交流供电系统出口处装有电流互感器， 电压互感器并联接在电源相线与电源地线之间， 其 中电源相线与大地之间存在相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容构成的并联支路。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111781536 A 3 一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法 技术领域 0001 本发明涉及电气火灾监控技术领域， 具体是涉及一种监测电源变压器中性点接地 的单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法。 背景技术 0002 近年来随着各类电气设备用量的增加， 电气火灾在全国火灾中的占比居高不下。 配电线路及电气设备绝缘性能下降， 引起电弧或电火花， 是导致电气火灾的重要原。

10、因。 0003 在交流供电系统中， 被广泛采用的是电源变压器中性点接地交流系统。 目前对于 上述交流系统， 多通过监测供电线路的剩余电流来反映系统对地的绝缘情况， 但剩余电流 中不仅包含了由于绝缘不良导致的阻性漏电电流， 还包含了正常的分布电容等引起的容性 漏电电流， 影响了绝缘监测的准确性。 0004 因此， 现有绝缘监测方法存在不足， 亟需发明一种能够准确监测电源变压器中性 点接地的交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法。 发明内容 0005 针对上述问题， 本发明的目的是提供一种能够准确监测电源变压器中性点接地的 单相交流系统对地绝缘电阻及泄露电容的方法。 该方法避免了现有剩余电流式电气火。

11、灾探 测器受容性漏电电流影响不能准确报警的问题， 降低了对监测装置采样速度和精度的要 求。 0006 为了实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 0007 一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法， 包括如下步骤： 0008 步骤1： 等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压， 采样经低通滤波模 块滤除频率高于工频的电信号之后进行； 0009 步骤2： 计算剩余电流有效值、 相线对地电压有效值和电流电压之间的相位差； 0010 步骤3： 计算相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容。 0011 优选地， 在步骤1中， 具体包括如下步骤： 0012 步骤1.1： 剩余电流通过电流互感器。

12、来检测， 电流互感器安装在电源中性线最后一 个接地点之后； 0013 步骤1.2： 相线对地电压通过电压互感器来检测， 电压互感器并联接在电源相线与 电源地线之间。 0014 优选地， 在步骤2中， 具体包括如下步骤： 0015 步骤2.1： 对采样序列进行插值， 得到插值后的剩余电流序列和相线对地电压序 列； 0016 步骤2.2： 将插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列进行计算， 得到剩余电流 有效值和相线对地电压有效值； 0017 步骤2.3： 计算剩余电流序列和相线对地电压序列的互相关序列， 查找互相关序列 说明书 1/4 页 4 CN 111781536 A 4 的最大值， 进而通。

13、过计算得到电流电压的相位差。 0018 优选地， 在步骤1中， 采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进 行， 记工频为fa； 采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号， 同步时间误差小于(1/ fa)； 所述采样频率fs是工频fa的整数倍， 且倍数大于2； 所述采样总数N是fs/fa的整数倍， 取正值。 0019 优选地， 在步骤2.1中， 将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入 式(1)对采样序列进行插值， 得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)， 0020 0021 所述式(1)中， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取值应满足。

14、 fs/fa360， 为提 高相位检测精度可增大 取值， 电流电压序列中n是采样序号， 取值范围是1,2,3,N， N是 总的采样次数。 0022 优选地， 在步骤2.2中， 将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分 别代入式(2)进行计算， 得到剩余电流有效值I和相线对地电压有效值U， 0023 0024 所述式(2)中， fa为工频， fs为采样频率， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取值 应满足 fs/fa360。 0025 优选地， 在步骤2.3中， 按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压 序列u(t)的互相关序列R(k)， 查找互相关序列。

15、R(k)的最大值， 将最大值对应的k值记为kmax， 进而得到剩余电流和相线对地电压的相位差2 kmax/N， 0026 0027所述式(3)中， 符号表示向上取整， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取 值应满足 fs/fa360。 0028 优选地， 在步骤3中， 按式(4)计算相线对地绝缘电阻R， 按式(5)计算相线对地泄漏 电容C， 0029 0030 0031 所述式(4)、 (5)中， I为剩余电流有效值， U为相线对地电压有效值， 为电流电压 之间的相位差， fa为工频。 0032 优选地， 电源变压器中性点接地的单相交流系统， 包括单相交流供电系统、 电流互 感器、 电。

16、压互感器、 电源相线、 电源中性线、 电源地线、 相线对地绝缘电阻、 相线对地泄漏电 容及大地， 具体电路连接方式为， 单相交流供电系统通过电源相线和电源中性线构成放电 回路， 在交流供电系统出口处装有电流互感器， 电压互感器并联接在电源相线与电源地线 说明书 2/4 页 5 CN 111781536 A 5 之间， 其中电源相线与大地之间存在相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容构成的并联支 路。 0033 本发明所带来的有益技术效果： 0034 本发明所述方法通过计算可将剩余电流中阻性漏电电流和容性漏电电流区分开 来， 避免了现有剩余电流式电气火灾探测器受容性漏电电流影响不能准确报警的问题； 。

17、通 过对采样序列进行插值， 以及通过互相关序列识别相位差， 实现了在较低采样频率上的高 精度相位差测量， 降低了对监测装置采样速度方面的要求； 通过离散积分的方式计算电流 和电压有效值， 避免了根据峰峰值计算有效值带来的较大误差， 降低了对监测装置采样精 度方面的要求。 另外， 本发明所述方法不需要向供电系统注入信号， 而是直接利用供电系统 中的工频电流电压信号进行分析计算， 降低了监测装置的复杂度， 使得根据本发明所设计 的监测装置更易实现。 附图说明 0035 图1是本发明中监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的流程图； 0036 图2是本发明中电源变压器中性点接地的单相交流系统的示意图。

18、； 0037 图中标号： 201单相交流供电系统； 202电流互感器； 203电源相线； 204电源中性线； 205相线对地绝缘电阻； 206相线对地泄漏电容； 207大地； 208电源地线； 209电压互感器。 具体实施方式 0038 下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明： 0039 如图1所示， 本实例提供了一种监测电源变压器中性点接地的单相交流系统对地 绝缘电阻及泄漏电容的方法， 主要是通过算法来区分阻性漏电电流和容性漏电电流。 0040 如图2所示， 电源变压器中性点接地的单相交流系统， 包括201单相交流供电系统、 202电流互感器、 203电源相线、 204电源中性。

19、线、 205相线对地绝缘电阻、 206相线对地泄漏电 容、 207大地、 208电源地线及209电压互感器。 具体电路连接方式为， 单相交流供电系统通过 203电源相线和204电源中性线构成放电回路， 在201单相交流供电系统出口处装有202电流 互感器， 209电压互感器并联接在203电源相线与208电源地线之间， 其中203电源相线与207 大地之间存在205相线对地绝缘电阻和206相线对地泄漏电容构成的并联支路。 0041 该方法包括以下步骤： 0042 步骤1： 等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压， 采样经低通滤波模 块滤除频率高于工频的电信号之后进行。 0043 记采样频。

20、率为fs， 采样得到的剩余电流序列为ia(n)， 相线对地电压序列为ua(n)， 电流电压序列中n是采样序号， 取值范围是1,2,3,N， N是总的采样次数； 0044 采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行， 记工频为fa； 0045 采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号， 同步时间误差小于(1/fa)； 0046 所述采样频率fs是工频fa的整数倍， 且倍数大于2； 0047 所述采样总数N是fs/fa的整数倍， 取正值。 0048 步骤1包括以下子步骤： 0049 步骤1.1： 所述剩余电流是指交流供电回路中电源相线和电源中性线的电流矢量 说明书 3/4 页 6 CN 。

21、111781536 A 6 和， 如图2所示， 可通过202电流互感器来检测剩余电流， 202电流互感器安装在204电源中性 线最后一个接地点之后； 0050 步骤1.2： 相线对地电压通过209电压互感器来检测， 209电压互感器并联接在203 电源相线与208电源地线之间； 0051 步骤2： 计算剩余电流有效值I、 相线对地电压有效值U和电流电压之间的相位差 。 0052 步骤2包括以下子步骤： 0053 步骤2.1： 将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入式(1)对采样 序列进行插值， 得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)， 0054 005。

22、5 所述式(1)中， t的取值为1,2,3, N， 为正整数， 取值应满足 fs/fa360， 为提 高相位检测精度可增大 取值； 0056 步骤2.2： 将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分别代入式(2) 进行计算， 得到电流有效值I和相电压有效值U； 0057 0058 步骤2.3： 按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)的互 相关序列R(k)， 查找互相关序列R(k)的最大值， 将最大值对应的k值记为kmax， 进而得到剩余 电流和相线对地电压的相位差2 kmax/N； 0059 0060所述式(3)中， 符号表示向上取整。 0061 。

23、步骤3： 按式(4)计算205相线对地绝缘电阻R， 按式(5)计算206相线对地泄漏电容 C； 0062 0063 0064 不断重复上述过程即可实现对交流系统绝缘电阻和泄漏电容的实时监测， 根据绝 缘电阻R和泄漏电容C也可反推出剩余电流中阻性漏电电流和容性漏电电流的大小。 0065 以上为本实施例的完整实现过程。 0066 当然， 上述说明并非是对本发明的限制， 本发明也并不仅限于上述举例， 本技术领 域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、 改型、 添加或替换， 也应属于本发明的 保护范围。 说明书 4/4 页 7 CN 111781536 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 111781536 A 8 。