研究背景

核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器電加熱元件采用IT系統(tǒng)（中性點不接地系統(tǒng)）配電，因其電加熱管數(shù)量多且長期處于高溫、高壓、大電流的工作環(huán)境下，很容易出現(xiàn)故障且故障大多數(shù)為單相接地故障。絕緣監(jiān)測裝置可保證核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器的可靠運行，精準檢測是實現(xiàn)IT系統(tǒng)有效持續(xù)供電的前提。

實現(xiàn)在線絕緣監(jiān)測的主要方法是低頻雙頻疊加法，通過多次在線測試表明，低頻電壓幅值和頻率的選取對絕緣檢測精度有重要影響。當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，絕緣電阻偏大、分布電容過大會引發(fā)注入源回路電流偏小和故障支路阻性電流分量偏小的問題，從而導致測量誤差，無法滿足絕緣監(jiān)測精度要求。

論文所解決的問題及意義

本文提出一種變頻變壓的雙頻注入絕緣監(jiān)測方法，以解決傳統(tǒng)注入式監(jiān)測方法在大絕緣電阻時，由于注入源電路電流偏小而導致絕緣電阻測量誤差偏大的問題，以及分布電容過大時，注入源回路中電流的電阻分量很小導致測量誤差偏大的問題。仿真結(jié)果表明，絕緣監(jiān)測電阻測量的準確性得到有效提升，從而大大提升了核反應(yīng)堆穩(wěn)壓器系統(tǒng)的安全性。

圖1 低頻注入電源電路原理

論文方法及創(chuàng)新點

針對反應(yīng)堆穩(wěn)壓器絕緣監(jiān)測高精度的技術(shù)需求，本文提供一種變頻變壓的雙頻注入絕緣監(jiān)測方法，即根據(jù)雙頻法測得故障對地電阻和對地電容，然后反饋給注入源信號來調(diào)節(jié)頻率和電壓峰值，從而提高絕緣監(jiān)測的精度。變頻變壓邏輯框圖如圖2所示。

圖2 變頻變壓邏輯框圖

雙相鎖相放大器不僅能夠鎖定摻雜在工頻信號和眾多其他噪聲中的雙頻信號，而且其同時使用兩組低通濾波器和乘法器，所以最終能消除輸出依賴參考信號和被測信號相位差的問題。由于沒有在IT系統(tǒng)母線處安裝電壓互感器，所以不能直接測得Uf，需要通過圖3所示的絕緣監(jiān)測采集電路采集得到。

圖3 絕緣監(jiān)測采集電路

電壓電流檢測原理如圖4所示，將電壓信號Ur和轉(zhuǎn)化后的電壓信號URS分別經(jīng)過雙相鎖相電路后的輸出信號接至核心處理器。

圖4 電壓電流檢測原理

將雙頻信號分別作為參考信號，其雙相鎖相電路原理如圖5所示。參考信號和參考信號移相90°后的信號分別與待測信號相乘，然后再分別通過低通濾波器1和低通濾波器2，并作均值濾波后輸出。

圖5 雙相鎖相電路原理

為了驗證所提變頻變壓的雙頻注入法能提高檢測精度，本文采用Matlab/Simulink作為仿真工具，搭建如圖6所示的IT系統(tǒng)等效仿真拓撲。

圖6 IT系統(tǒng)等效仿真拓撲

結(jié)論

針對現(xiàn)階段故障支路絕緣電阻偏大及故障支路分布電容過大時導致檢測精度不足的問題，本文提出了一種變頻變壓的絕緣監(jiān)測方法。在IT系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時，通過雙頻法測量對地電阻及對地電容的大小并與設(shè)定閾值比較，從而進行變頻變壓，提高檢測精度。同時采用雙相鎖相放大技術(shù)解決了混頻中頻率分離與微弱信號提取的難題。通過仿真證明，該方法提升了絕緣檢測故障電阻的精度，可為實際應(yīng)用提供參考。

本文編自2022年第4期《電氣技術(shù)》，論文第一作者為劉建輝，1994年生，碩士研究生，研究方向為絕緣故障檢測。本課題得到了“省部級重點項目”、“國家自然科學基金項目”的支持。

引用本文

劉建輝, 曾鐵軍, 王新林. 一種變頻變壓的雙頻注入絕緣監(jiān)測方法[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(4): 18-24. LIU Jianhui, ZENG Tiejun, WANG Xinlin. A dual-frequency injection insulation monitoring method based on frequency conversion and voltage conversion Electrical Engineering, 2022, 23(4): 18-24.