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(diǎn)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(yùn)行，精準(zhǔn)檢測是實(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)有效持續(xù)供電的前提。

實(shí)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，絕緣電阻偏大、分布電容過大會(huì)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(dǎo)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(shí)，由于注入源電路電流偏小而導(dǎo)致絕緣電阻測量誤差偏大的問題，以及分布電容過大時(shí)，注入源回路中電流的電阻分量很小導(dǎo)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(zhǔn)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(diǎn)

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(hào)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(hào)和眾多其他噪聲中的雙頻信號(hào)，而且其同時(shí)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(hào)和被測信號(hào)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(hào)Ur和轉(zhuǎn)化后的電壓信號(hào)URS分別經(jīng)過雙相鎖相電路后的輸出信號(hào)接至核心處理器。

圖4 電壓電流檢測原理

將雙頻信號(hào)分別作為參考信號(hào)，其雙相鎖相電路原理如圖5所示。參考信號(hào)和參考信號(hào)移相90°后的信號(hào)分別與待測信號(hào)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(yàn)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?fù)洹?/p>

圖6 IT系統(tǒng)等效仿真拓?fù)?/p>

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(shí)導(dǎo)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(shí)，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(jìn)行變頻變壓，提高檢測精度。同時(shí)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(hào)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(shí)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?yàn)榻^緣故障檢測。本課題得到了“省部級重點(diǎn)項(xiàng)目”、“國家自然科學(xué)基金項(xiàng)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.