1. 背景

低壓IT系統(tǒng)有著比較廣泛的應用，例如醫(yī)院的手術(shù)室，礦山等，IT系統(tǒng)一般需要配置絕緣監(jiān)測裝置IMD，本文對絕緣監(jiān)測的算法進行分析，給出對硬件的相關(guān)要求。

2. 典型算法分析

2.1直流疊加法

其原理是向變壓器的中性點處（中性點注入可以判斷出整個系統(tǒng)是否有接地故障，如果需要區(qū)分某一線路，則要向相線已經(jīng)中性線分別注入）注入直流信號（DC），則可以計算出三相和N線對地絕緣電阻的并聯(lián)值（R0，Ri為直流電源內(nèi)阻），變壓器的內(nèi)阻一般很?。╖a,Zb,Zc,配電變壓器一般是m?級別），可以忽略。

直流疊加法的可以監(jiān)測整個電網(wǎng)的對地絕緣情況，但是由于是直流信號，無法計算對地電容，計算對地電容也是產(chǎn)品的重要功能。

2.2 雙頻注入法

其原理是向母線（或變壓器中性點）依次注入頻率為f1和f2的低頻交流電壓，等效電路圖如圖2所示，其中R為接地電阻對地電容，Ci為對地電容，R0為低頻注入源內(nèi)阻，If是某一分支回路的注入電流,Uf為注入源的輸出端電壓， Ef是注入源電動勢。

圖2 雙頻注入法等效電路圖

根據(jù)兩次注入的電壓和電流得出下列兩個方程：

兩式合并，絕緣電阻計算如下：

將計算結(jié)果R代入公式1，則可以得到對地電容的大小。

關(guān)于注入頻率的選擇，需要遵循以下兩個原則：

（1）50Hz為注入頻率的整數(shù)倍，否則50Hz為注入頻率的間諧波，對FFT計算不

利。

(2) 兩個注入頻率的比值應該盡量大,一般選擇比值為2.

從公式1和2可以看出，接地電流包含容性電流和阻性電流兩部分，其中阻性電流只與注入源電壓有關(guān)，而容性電流還與注入頻率密切相關(guān)，下圖是當接地電阻為30k?,

頻率不同時，對應不同的對電容，阻性電流和容性電流的比值，當比值過小時，會導致阻性電流檢測精度變低（被容性電流淹沒），且通過公式3計算后的測量誤差會放大。

考慮比較極限的情況，f選擇2.5Hz，電容為10uf，則比值為0.21。

從表中可以看出，選擇較低的注入頻率可以保證此比值，但是電流互感器采集的信

號是包含50Hz和注入頻率的，如果采用FFT算法提取注入頻率的幅值，則根據(jù)奈奎斯特

定律，采樣頻率至少要100Hz，假設(shè)注入頻率選擇2.5Hz(施耐德產(chǎn)品的注入頻率)，采樣

頻率為400Hz， 則需要計算160個點的FFT，對CPU的計算要求比較高。

雙頻輸入法的優(yōu)點：通過注入電壓和測量電流可以直接計算出接地電阻和對地電容，

不涉及到相位計算，精度比較高。缺點是需要輸出兩個頻率，硬件和軟件設(shè)計相對比較復

雜，同時注入頻率的選擇對計算結(jié)果的影響比較大。

2.3 單頻注入法

其原理是向母線（或變壓器中性點）依次注入頻率為f低頻交流電壓，其等效電路圖

與雙頻注入法相同，R為對地絕緣電阻，C為對地電容，則對地阻抗計算如下：

其中實部和虛部分別為：

采樣得到的Uf和If都是向量值，利用上面公式可以得到對地電阻R和對地電容C。

其頻率選取的原則也是注入頻率要比較低，且50Hz是其整數(shù)倍。

從上面可以看出，絕緣電阻的測量值準確度與If的角度測量有很大關(guān)系（Uf為參考向量），假設(shè)測量角度誤差為?φ，則絕緣電阻的計算公式如下：

假設(shè)系統(tǒng)接地電阻R為20k?,系統(tǒng)對地電容分別為1uf , 10uf，20uf時,且角度測量誤差為5度時的測量誤差（注入頻率為2.5Hz）：

從上面可以看出，當系統(tǒng)對地電容比較大時，測量角度的誤差對絕緣電阻的精度影響很大，對地電容大于1uf時，其測量誤差是不可接受的。

單頻輸入法優(yōu)點：輸入單個頻率，硬件和軟件設(shè)計比較簡單，可以同時計算出接地電阻和對地電容；缺點：對角度測量的要求比較高，其對地電容越大對絕緣電阻的影響越大。

3. 算法總結(jié)

綜合上面3種算法的分析，直流疊加法適用于不測量系統(tǒng)對地電容的場合，其不受系統(tǒng)對地電容的影響，如果要測量系統(tǒng)對地電容則需要選擇單頻注入法或者雙頻注入法。這兩個算法的共同特點：

（1） 低頻注入頻率應盡量低(施耐德是2.5Hz)，降低系統(tǒng)對地電容的影響，但是頻率過低容易造成互感器飽和，對互感器要求比較高。

（2） 雙頻注入法只對互感器的幅值測量精度有要求，相位測量誤差對其測量精度無影響，降低了對互感器的要求。一般電流互感器的角差不容易控制，且不同幅值時角差也不同。由于注入源為兩個頻率，因此對于分支回路的測量設(shè)備對地電容，需要進行兩次FFT計算，判斷注入源頻率，計算要求高。

（3） 單頻注入法對相位測量精度有要求，且受系統(tǒng)對地電容大小的影響，測量精度控制比較困難。

文章由啟和科技編輯