配电系统绝缘故障定位信号发生器的设计与应用

（2）IT系统交流频率自适应法。因为工作环境的多样性，工作电压不一定就是50Hz，实际中的电压频率可能更高或更低，因此要通过监测模块实时监测IT系统的交流频率。监测模块将比较L1、L2线间的电压，UL1＞UL2和UL1＜UL2的时间分别记为t1和t2。因为电压比较时存在一定的阈值电压，所以会存在t1＞t2或t2＞t1的现象。如果t1+t2=20ms（即系统交流频率为50Hz），出现系统对地绝缘故障时，就可在与之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲，在与之间截取一段宽度为0.4ms的脉冲。

如图4所示，在系统电压的每个周期，信号发生器截取2次脉冲，分别在L1-L2的正半波波峰处（图4中第二行），以及L1-L2的负半波波峰处（图4中第三行）。若故障点在L1线上，则在L1-L2的负半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正，能被绝缘故障定位仪监测到；若故障点在L2线上，则在L1-L2的正半波波峰处截取的脉冲波形可以在故障支路上表现为正，能被绝缘故障定位仪监测到。

图4 L1、L2间电压及截取的脉冲电压

如果t1+t2=10ms，考虑到脉冲有效值小于50V的需求，那么可以不用每个周期截取2次脉冲（L1-L2正半波，L1-L2负半波），而选择每两个周期截取两次脉冲（L1-L2正半波，L1-L2负半波）。其它频率依次类推即可。

定位信号发生器实物如图5所示，它采用DC 24V供电，面板上有“运行”、“通讯”以及“测试”LED指示灯显示工作状态。

图5 某医院重症监护室IT系统应用图

当IT配电系统无故障运行时，信号发生器自动监测系统频率。当IT配电系统发生单点接地故障时，信号发生器产生测试脉冲信号，配合绝缘监测仪、绝缘故障定位仪定位故障支路。

信号发生器已通过型式试验检验，各项指标均达到国家标准的要求，目前已成功应用于某医院重症监护室，如图6所示。通过通信线路，绝缘监测仪、绝缘故障定位仪和信号发生器构成一个局域网络。信号发生器上电后自动进入监测模式，监测IT系统的频率。当绝缘监测仪监测到IT系统发生对地绝缘故障时，通过通信线路，启动信号发生器和绝缘故障定位仪，进入信号发生模式和故障定位模式。

图6 信号发生器产生的波形

在实际工程应用中，信号发生器产生的脉冲波形如图7所示。

图7 绝缘故障定位仪监测到的波形

由图7可知，该波形存在大量的杂波干扰，峰值也较理论的偏小（图中正弦波形为系统电压，作为比照），但还是满足绝缘故障定位要求。在绝缘故障定位仪端监视到的波形，经过滤波等预处理操作后。监测到的脉冲波形比干扰波形要高，形成一个明显的落差。通过设定适当的阈值，配合脉冲宽度等条件，可准确判断出此支路是否有测试信号通过，即此支路是否有绝缘故障。

监测到故障支路后，绝缘故障定位仪显示故障支路数，同时通过通信线路，将故障支路信息返回给绝缘监测仪。绝缘监测仪收到信息后立即报警，通过界面显示故障支路数，同时命令信号发生器和绝缘故障定位仪停止发出信号和故障定位，信号发生器再次进入监测模式。

在现场对系统进行调试，模拟绝缘故障100次，绝缘故障定位率为100%，这充分证明了该信号发生器的可行性。

4 结束语

本文设计的信号发生器具有自适应IT系统频率，注入高峰值、低有效值脉冲波形，多系统组网等功能，并可通过面板指示灯显示当前工作状态。该信号发生器符合国家相关标准，配合绝缘监测仪、绝缘故障定位仪，能为IT系统提供安全、可靠的供电解决方案。

参考文献
[1] GB-50054-2011 低压配电系统设计规范[S]
[2] JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].
[3] IEC 61557-9 Electrical safety in low voltage distribution systems up to 1 000 V a.c. and 1 500 V d.c.— Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures —
Part 9: Equipment for insulation fault location in IT systems(end)