配電系統(tǒng)絕緣故障定位信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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在IT系統(tǒng)中，單點(diǎn)接地故障是一種很常見的故障。一旦出現(xiàn)單點(diǎn)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(yùn)行，但已經(jīng)失去了IT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，增加了安全隱患。因此需要實(shí)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(diǎn)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(dá)數(shù)十條、數(shù)百條，乃至成千上萬條負(fù)載支路逐條斷電查找，不僅費(fèi)時費(fèi)力，更嚴(yán)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(shù)室等）是不允許的[1]。
基于上述情況，本文設(shè)計(jì)了一種絕緣故障定位用信號發(fā)生器，它裝設(shè)于IT系統(tǒng)中， 配合絕緣故障定位裝置實(shí)現(xiàn)絕緣故障定位功能。當(dāng)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(dāng)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(jìn)行斷電或其它保護(hù)操作，不必逐條支路斷電進(jìn)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(dāng)IT系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)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
考慮以上兩種情況后，本文采用脈沖信號作為測試信號。脈沖信號幅度足夠大、寬度足夠窄，就可實(shí)現(xiàn)足夠小的有效值、足夠大的峰值兩個期望目標(biāo)。從簡化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，沒必要在信號發(fā)生器上直接產(chǎn)生高壓脈沖信號，可通過截取IT系統(tǒng)中交流信號的波峰來實(shí)現(xiàn)。
對于單相交流IT系統(tǒng)， L1、L2線間電壓為AC 220V，其峰值為220V，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(biāo)準(zhǔn)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(shè)為50V。據(jù)此，可計(jì)算出脈沖寬度（由于脈沖寬度很小，為方便計(jì)算，可將此峰值脈沖視為幅度為220的矩形脈沖）為：
2 硬件設(shè)計(jì)
信號發(fā)生器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(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。
圖2 硬件設(shè)計(jì)原理框圖
3 軟件設(shè)計(jì)
信號發(fā)生器的控制程序由C語言編寫，在程序設(shè)計(jì)中采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，便于程序代碼的維護(hù)、移植和升級。系統(tǒng)上電后，首先完成各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)中各部分硬件電路正常后，自動進(jìn)入正常工作模式。系統(tǒng)主程序流程如圖3所示。
圖3 軟件流程圖
（1）數(shù)字濾波算法。信號發(fā)生器采用數(shù)字濾波算法濾除信號中諧波、噪聲等干擾，只讓有用的信號參與結(jié)果運(yùn)算，從而使計(jì)算的結(jié)果更加精確可靠。
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