船用电缆在线绝缘监测装置及监测方法与流程

本发明涉及一种电缆绝缘监测装置及监测方法，尤其是涉及一种船用电缆在线绝缘监测装置及监测方法。

背景技术：

在船舶电力装置中，电缆承担着电能的传输和分配功能，是船舶不可缺少的电器设备。电缆绝缘的优劣，直接影响船舶供电的连续性、可靠性以及安全性，准确地对船舶电缆绝缘状态进行监测，具有重要的应用价值。

由于船舶的内部空间有限，电缆的铺设相对比较密集，而且船舶的电缆铺设基本上都采用三相绝缘线制，这样给绝缘监测带来很大的困难。传统的船舶电缆绝缘监测都是在断电状况下，通过绝缘仪器进行检测，这样不但检测时间长，而且由于需要断电检测，影响船舶的正常工作。近年来，有通过低频注入法进行电缆在线绝缘监测的，但低频情况下，电缆对地的分布电容会呈现低阻状态，影响绝缘电阻监测的精度，同时低频电源变压器的制作也非常不便。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服背景技术中存在的问题和不足，提供了一种船用电缆在线绝缘监测装置及监测方法，从而克服低频注入后分布电容影响绝缘电阻监测精度的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种船用电缆在线绝缘监测装置，包括：混频信号发生模块、三相电抗器、电流信号采集器以及信号处理器；所述混频信号发生模块，用于产生混频交流信号，所述混频交流信号包括第一交流信号以及第二交流信号，所述第一交流信号与所述第二交流信号的频率不同；所述三相电抗器一端与所述混频信号发生模块连接，另一端接入电网中，所述三相电抗器用于对所述混频交流信号进行均流，所述混频交流信号通过所述三相电抗器接入电网中；所述电流信号采集器，用于获取电网中的总绝缘电流信号；所述信号处理器与所述电流信号采集器连接，所述信号处理器从所述总绝缘电流信号中分离出所述混频交流信号的绝缘电流信号，并基于所述绝缘电流信号获取电网中的绝缘参数。

进一步地，所述混频信号发生模块包括：信号发生器、信号乘法器、升压隔离变压器；所述信号发生器，用于产生两种不同频率的初始交流信号；所述信号乘法器与所述信号发生器连接，所述信号乘法器用于将两个所述初始交流信号相乘产生混频交流信号；所述升压隔离变压器与所述信号乘法器连接，所述升压隔离变压器用于将所述混频交流信号进行升压；所述三相电抗器的一端与所述升压隔离变压器连接。

进一步地，所述信号发生器包括可编程波形发生器ad9833以及与可编程波形发生器ad9833配合的外围电路；所述信号乘法器包括模拟乘法器ad633以及与模拟乘法器ad633配合的外围电路；所述信号处理器包括dps芯片、与dps芯片配合的外围电路、高精度a/d转换模块以及与高精度a/d转换模块配合的外围电路。

进一步地，所述初始交流信号的频率范围为49hz至51hz，两个初始交流信号的频率差值范围为1hz至2hz；所述第一交流信号的频率范围为1hz至2hz，所述第二交流信号的频率范围为80hz至150hz。

进一步地，所述信号发生器产生的初始交流信号是交流正弦信号。

一种船用电缆在线绝缘监测方法，具体步骤如下：

步骤1：混频信号发生模块产生包括第一交流信号以及第二交流信号的混频交流信号，第一交流信号以及第二交流信号的频率不同；

步骤2：将混频交流信号通过三相电抗器接入电网中；

步骤3：电流信号采集器采集电网中的总绝缘电流信号；

步骤4：信号处理器从总绝缘电流信号中分离出混频交流信号的绝缘电流信号；

步骤5：信号处理器基于绝缘电流信号获取电缆的绝缘参数。

进一步地，所述步骤1中混频信号发生模块产生包括第一交流信号以及第二交流信号的混频交流信号的具体步骤如下：

步骤11：信号发生器产生两种不同频率的初始交流信号；

步骤12：信号乘法器将两个初始交流信号进行相乘，产生包括第一交流信号以及第二交流信号的混频交流信号；

步骤13：升压隔离变压器将混频交流信号进行升压。

进一步地，信号发生器产生两个频率范围在49hz至51hz内的初始交流信号，两个初始交流信号的频率差值范围为1hz至2hz，信号乘法器将两个初始交流信号相乘，产生频率范围为1hz至2hz内的第一交流信号以及频率范围为80hz至150hz内的第二交流信号。

进一步地，所述步骤4中信号处理器从总绝缘电流信号中分离混频交流信号的绝缘电流信号的方法，具体为通过fft算法将混频交流信号中第一交流信号以及第二交流信号的整次倍谐波和其他高次谐波从总绝缘电流信号中滤除，来获得混频交流信号中第一交流信号以及第二交流信号的绝缘电流信号。

进一步地，所述步骤5中信号处理器基于绝缘电流信号获取电缆对地的分布电容以及电缆对地的绝缘电阻，具体为信号处理器通过电网中第二交流信号中的绝缘电流信号获取电缆对地的分布电容，信号处理器通过电网中第一交流信号中的绝缘电流信号获取电缆对地的绝缘电阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过混频信号发生模块产生包含多个不同频率交流信号的混频交流信号，以混频交流信号代替现有的单一频率的低频信号送入电网，再通过高精度的电流信号采集器采集电网中各支路的总电流信息，最后通过信号处理器从总电流信息中分离出混频信号中交流信号的绝缘电流信号，再通过不同交流信号的绝缘电流信号获取不同的绝缘参数，可以有效避免单一的低频信号在电缆中产生对地分布电容而影响绝缘参数的获取准确性。

本发明通过信号发生器产生两种接近工频的初始交流正弦信号，通过信号乘法器将两个初始交流正弦信号相乘产生包括一个二倍工频信号以及另一个低频信号的低压混频交流信号，再通过升压隔离变压器将低压混频交流信号升压产生代替现有单一频率低频信号的混频交流信号，采用信号发生器、信号乘法器以及升压隔离变压器代替低频变压器，降低装置的制造难度，提高注入信号的精度，以此提高绝缘参数的获取精度。

附图说明

图1是本发明的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明的船用电缆在线绝缘监测装置，包括：混频信号发生模块、三相电抗器4、电流信号采集器5以及信号处理器6；混频信号发生模块，用于同时产生混频交流信号，混频交流信号包括第一交流信号以及第二交流信号，混频信号发生模块包括：信号发生器1、信号乘法器2、升压隔离变压器3；信号发生器1，用于产生两种不同频率的初始交流信号，信号发生器1优选包括可编程波形发生器ad9833以及与可编程波形发生器ad9833配合的外围电路；信号乘法器2与信号发生器1连接，信号乘法器2用于将两个初始交流信号相乘产生混频交流信号，信号乘法器2优选包括模拟乘法器ad633以及与模拟乘法器ad633配合的外围电路；升压隔离变压器3与信号乘法器2连接，升压隔离变压器3用于将混频交流信号进行升压，升压隔离变压器3同时还起到信号和电网的隔离作用；三相电抗器4的一端与升压隔离变压器3连接，另一端接入电网中，三相电抗器4用于对混频交流信号进行均流，还可以在出现短路故障时限制短路电流，混频交流信号通过三相电抗器4接入电网中；电流信号采集器5，用于获取电网中的总绝缘电流信号；信号处理器6与电流信号采集器5连接，信号处理器6从总绝缘电流信号中分离出混频交流信号的绝缘电流信号，并基于绝缘电流信号获取电网中的绝缘参数，信号处理器6优选包括dps芯片、与dps芯片配合的外围电路、高精度a/d转换模块以及与高精度a/d转换模块配合的外围电路，图1上的电压表用于显示电网电压u，电网每一条支路上的电容c以及电阻r用于示意该条支路上的对地分布电容以及绝缘电阻。

本发明船用电缆在线绝缘监测装置的原理说明：混频注入法是在三相交流电网中同时叠加两个不同频率的交流信号，交流信号通过升压隔离变压器3以及三相电抗器4接入电网，利用高精度电流信号采集器5获取电网中的绝缘电流信号，再根据电网中的总绝缘电流信号获取混频交流信号的绝缘电流信号，既可通过混频交流信号中两个交流信号的绝缘电流信号分别获取绝缘参数中的一个参数，避免用单一频率交流信号获取全部绝缘参数时绝缘参数获取不准确的情况。

步骤1：混频信号发生模块产生包括第一交流信号以及第二交流信号的混频交流信号，第一交流信号以及第二交流信号的频率不同；

步骤2：将混频交流信号通过三相电抗器4接入电网中；

步骤3：电流信号采集器5采集电网中的总绝缘电流信号；

步骤4：信号处理器6从总绝缘电流信号中分离出混频交流信号的绝缘电流信号；

步骤5：信号处理器6基于绝缘电流信号获取电缆的绝缘参数。

具体的信号发生器1产生两个频率接近于工频的初始交流信号，频率范围在49hz至51hz之间，两个初始交流信号的频率差值范围为1hz至2hz，信号乘法器2将两个初始交流信号相乘，产生频率范围为1hz至2hz内的第一交流信号以及频率范围为80hz至150hz内的第二交流信号，由于信号乘法器2输出的混频交流信号电压较低，一般为5v，需要通过升压隔离变压器3升压才能接入电网，升压隔离变压器3将混频交流信号的电压升压到50v至150v之间，混频交流信号通过三相电抗器4接入电网，电流信号采集器5实时获取电网中的总绝缘电流信号，信号处理器6通过fft算法将混频交流信号中第一交流信号以及第二交流信号的整次倍谐波和其他高次谐波从总绝缘电流信号中滤除，来获得第一交流信号的绝缘电流信号iω2、第二交流信号的绝缘电流信号iω1，通过绝缘电流信号iω2来计算电缆对地的绝缘电阻r，绝缘电阻通过绝缘电流信号iω1来计算电缆对地的分布电容c，对地的分布电容

使用时，通过信号发生器1产生一个5v的49hz的初始交流信号以及一个5v的51hz的初始交流信号，两个初始交流信号是正弦信号，信号乘法器2将49hz初始交流正弦信号以及51hz初始交流信号相乘，产生一个二倍工频的100hz交流信号以及另一个2hz交流信号，此时100hz交流信号以及2hz交流信号形成了混频交流信号，升压隔离变压器3将100hz交流信号以及2hz交流信号升压至100v，混频交流信号通过三相电抗器4接入电网，电流信号采集器5实时获取电网中的总绝缘电流信号，信号处理器6通过fft算法将混频交流信号中100hz交流信号以及2hz交流信号的整次倍谐波和其他高次谐波从总绝缘电流信号中滤除，来获得2hz交流信号的绝缘电流信号iω2、100hz交流信号的绝缘电流信号iω1，计算绝缘电阻的频率越低越好，所以选择频率为2hz的交流信号的绝缘电流iω2进行计算，计算对地分布电容的频率越高越好，所以选择频率为100hz的交流信号的绝缘电流iω1进行计算，使用两种不同频率的交流信号就可以实现上述方法，更加准确的获取绝缘参数。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。