紹興西門子變頻器一級*代理商                        紹興西門子變頻器一級*代理商

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三、產(chǎn)品運輸

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SIEMENS  西門子變頻器器技術參數(shù)

在IT系統(tǒng)中，單點接地故障是一種很常見的故障。一旦出現(xiàn)單點接地故障，IT系統(tǒng)就會變?yōu)門N-S系統(tǒng)，雖然可以帶故障繼續(xù)運行，但已經(jīng)失去了IT系統(tǒng)的優(yōu)點，增加了安全隱患。因此需要實時監(jiān)測系統(tǒng)的對地絕緣狀況，并在監(jiān)測到對地絕緣故障時，能通過儀表自動定位故障點支路。若沒有自動定位功能，一旦出現(xiàn)故障，只能依靠人工對多達數(shù)十條、數(shù)百條，乃至成千上萬條負載支路逐條斷電查找，不僅費時費力，更嚴重破壞了供電連續(xù)性。這在某些需要連續(xù)供電的特殊場所（如醫(yī)院手術室等）是不允許的。

基于上述情況，本文設計了一種絕緣故障定位用信號發(fā)生器，它裝設于IT系統(tǒng)中， 配合絕緣故障定位裝置實現(xiàn)絕緣故障定位功能。當IT系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時，信號發(fā)生器啟動并產(chǎn)生定位信號，注入到IT系統(tǒng)與地之間。絕緣故障定位裝置通過傳感器逐路巡檢，當檢測到定位信號流經(jīng)某支路時，便可確定該支路為絕緣故障所在回路。此時，操作人員可有目的性的針對該故障支路進行斷電或其它保護操作，不必逐條支路斷電進行排查，不僅提高了工作效率，也有效的保障了系統(tǒng)供電的連續(xù)性。因此，對電力系統(tǒng)供電的安全性、連續(xù)性和可靠性具有極其重要的意義。

1 信號發(fā)生原理

信號發(fā)生器的工作原理是當IT系統(tǒng)發(fā)生單點接地故障時，輪流在系統(tǒng)某根線與大地之間注入定位信號，以便絕緣故障定位儀能在故障支路上監(jiān)測到定位信號。常采用圖1所示發(fā)生原理。

圖1 信號發(fā)生器的發(fā)生原理

　　在IT系統(tǒng)中，注入的測試信號的有效值必須足夠小，以免對IT系統(tǒng)形成太大干擾或?qū)ο到y(tǒng)負載造成危害；又要有足夠大的峰值，以便在故障支路上形成足夠大的電流，使故障定位儀的電流互感器能正常監(jiān)測。
　　考慮以上兩種情況，本文采用脈沖信號作為測試信號。如果脈沖信號幅度足夠大，寬度足夠窄，則可以實現(xiàn)有效值足夠小、峰值足夠兩個期望目標。從簡化設計的角度出發(fā)，沒有必要在信號發(fā)生器上直接產(chǎn)生高壓脈沖信號，可以通過截取IT系統(tǒng)中交流信號的波峰來實現(xiàn)。
　　對于單項交流IT系統(tǒng)，兩根線L1、L2間電壓為AC220V，其峰值為，滿足脈沖峰值足夠大的要求。為滿足有效值足夠小的要求，本文依照標準IEC61557-9的“定位信號電壓的有效值不允許超過50V”的規(guī)定，將電壓閾值設為50V[2]。依此，可計算出脈沖寬度（由于脈沖寬度很小，為方便計算，可將此峰值脈沖視為幅度為]的矩形脈沖）。                            
                      　　當交流電壓周期為50Hz時，脈沖寬度
                                    
                    　　  當交流電壓為60Hz時，脈沖寬度
                              
利用單片機的定時器功能，配合光耦，可以精確截取0.4ms的峰值脈沖。由于0.4ms＜0.4304ms＜0.5165ms，并且實際截取的脈沖信號中，除波峰一點外，其余點幅度均小于，因此其有效值一定會小于設定的閾值50V，可以滿足脈沖有效值足夠小的要求。

2 硬件設計

本設計的硬件功能模塊主要包括電源模塊、中央控制模塊、監(jiān)測模塊、信號發(fā)生模塊、通信模塊、指示燈模塊。硬件設計原理框圖如圖2所示。
 

圖2 硬件設計原理框圖

        信號發(fā)生器上電后，CPU即通過監(jiān)測模塊對IT系統(tǒng)的電壓進行實時監(jiān)測，測量出IT系統(tǒng)的交流頻率。當系統(tǒng)發(fā)生對地絕緣故障時，信號發(fā)生器根據(jù)測量出的頻率大小，確定測試信號的脈沖寬度以及脈沖頻率，截取系統(tǒng)波峰，產(chǎn)生測試信號，輪流加到L1-PE、L2-PE間。由于發(fā)生絕緣故障，故障支路可等效為一較小值電阻，連接IT系統(tǒng)發(fā)生故障的線以及大地，形成電流回路，測試信號能在故障支路上產(chǎn)生測試電流，絕緣故障定位儀逐路巡回監(jiān)測各支路時，在某個支路上監(jiān)測到此測試電流，即可判定此條支路為故障支路。本設計中，中央控制模塊選用ST公司生產(chǎn)的32位ARM CortexTM-M3內(nèi)核單片機STM32F103，該芯片處理速度快，運行速度可達72MHz。芯片具有豐富的片內(nèi)和外圍資源，片內(nèi)RAM 20KB和FLASH閃存64KB，帶有多通道的12位A/D轉(zhuǎn)化模塊，以及多個SPI、I2C、CAN等通訊接口，大大簡化了外圍電路的設計。

3 軟件設計

信號發(fā)生器的控制程序用C語言編寫完成，在程序設計中采用了結(jié)構(gòu)化程序設計方法，便于程序代碼的維護、移植和升級。系統(tǒng)上電后，首先完成各個模塊的初始化和自檢，確保系統(tǒng)工作的可靠性，然后確定系統(tǒng)中的各個部分硬件電路正常后，自動進入正常工作模式，系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。
 

圖3 軟件流程圖

　　為了充分保證信號發(fā)生器運行的準確性與可靠性。軟件上采用了特定的程序算法進行處理，主要包括：
　　（1）數(shù)字濾波算法。隨著電力系統(tǒng)的日漸復雜，電網(wǎng)中的諧波含量不斷增加。信號發(fā)生器采集到的*手信號中自然也包含了大量了諧波分量，以及其他一些噪聲干擾。這些干擾如果不濾除，會給后續(xù)計算帶來影響。為了避免這些影響，軟件在采集到數(shù)據(jù)之后，采用了數(shù)字濾波算法進行處理，濾除掉信號中諧波、噪聲等干擾的部分，只讓有用的信號參與結(jié)果運算，從而使計算的結(jié)果更加精確可靠。
        （2）IT系統(tǒng)交流頻率自適應法。因為工作環(huán)境的多樣性，工作電壓不一定就是50Hz，實際中的電壓頻率可能更高或更低，因此要通過監(jiān)測模塊實時監(jiān)測IT系統(tǒng)的交流頻率。監(jiān)測模塊將比較L1、L2兩根線之間的電壓，對UL1＞UL2和UL1＜UL2的情況分別計時，記為t1和t2。由于電壓比較時存在一定的閾值電壓，所以會存在t1＞t2或t2＞t1的現(xiàn)象。如果t1+t2=20ms，即系統(tǒng)交流頻率為50Hz，如果此時出現(xiàn)系統(tǒng)對地絕緣故障，即可在(t1/2-0.2)ms與(t1/2+0.2)ms之間截取一段寬度為0.4ms的脈沖，在(t2/2-0.2)ms與(t2/2+0.2)ms之間截取一段寬度為0.4ms的脈沖。

　圖4  L1、L2間電壓及截取的脈沖電壓

　如圖4所示，系統(tǒng)電壓的每個周期，信號發(fā)生器截取兩次脈沖，分別在L1-L2的正半波的波峰處（如圖4第二行），以及L1-L2的負半波的波峰處（如圖4第三行）。如果故障點發(fā)生在L1線上，則在L1-L2的負半波的波峰處截取的脈沖波形可以在故障支路上表現(xiàn)為正，能被絕緣故障定位儀監(jiān)測到；如果故障點發(fā)生在L2線上，則在L1-L2的正半波的波峰處截取的脈沖波形可以在故障支路上表現(xiàn)為正，能被絕緣故障定位儀監(jiān)測到。
　　如果t1+t2=10ms，考慮到脈沖有效值小于50V的需求，可以不用每個周期截取兩次脈沖（L1-L2正半波，L1-L2負半波），而選擇每兩個周期截取兩次脈沖（L1-L2正半波，L1-L2負半波）。其他頻率依次類推即可。

4 信號發(fā)生器在醫(yī)療IT絕緣監(jiān)測及故障定位系統(tǒng)的應用

基于本文設計的信號發(fā)生器，已成功應用于某醫(yī)院重癥監(jiān)護室，系統(tǒng)應用如圖5所示。通過通訊線路，將絕緣監(jiān)測儀、絕緣故障定位儀和信號發(fā)生器構(gòu)成一個局域網(wǎng)絡。信號發(fā)生器上電后自動進入監(jiān)測模式，監(jiān)測IT系統(tǒng)的頻率。當絕緣監(jiān)測儀監(jiān)測到IT系統(tǒng)發(fā)生對地絕緣故障時，通過通訊線路，啟動信號發(fā)生器和絕緣故障定位儀，進入信號發(fā)生模式和故障定位模式。