配電系統絕緣故障定位信號發生器的設計與應用
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在IT系統中，單點接地故障是一種很常見的故障。一旦出現單點接地故障，IT系統就會變為TN-S系統，雖然可以帶故障繼續運行，但已經失去了IT系統的優點，增加了安全隱患。因此需要實時監測系統的對地絕緣狀況，并在監測到對地絕緣故障時，能通過儀表自動定位故障點支路。若沒有自動定位功能，一旦出現故障，只能依靠人工對多達數十條、數百條，乃至成千上萬條負載支路逐條斷電查找，不僅費時費力，更嚴重破壞了供電連續性。這在某些需要連續供電的特殊場所（如醫院手術室等）是不允許的[1]。
基于上述情況，本文設計了一種絕緣故障定位用信號發生器，它裝設于IT系統中， 配合絕緣故障定位裝置實現絕緣故障定位功能。當IT系統發生絕緣故障時，信號發生器啟動并產生定位信號，注入到IT系統與地之間。絕緣故障定位裝置通過傳感器逐路巡檢，當檢測到定位信號流經某支路時，便可確定該支路為絕緣故障所在回路。此時，操作人員可有目的性的針對該故障支路進行斷電或其它保護操作，不必逐條支路斷電進行排查，不僅提高了工作效率，也有效的保障了系統供電的連續性。因此，對電力系統供電的安全性、連續性和可靠性具有極其重要的意義。
1 信號發生原理
信號發生器的工作原理是當IT系統發生單點接地故障時，輪流在系統某根線與大地之間注入定位信號，以便絕緣故障定位儀能在故障支路上監測到定位信號。常采用圖1所示發生原理。
圖1 信號發生器的發生原理
考慮以上兩種情況后，本文采用脈沖信號作為測試信號。脈沖信號幅度足夠大、寬度足夠窄，就可實現足夠小的有效值、足夠大的峰值兩個期望目標。從簡化設計的角度出發，沒必要在信號發生器上直接產生高壓脈沖信號，可通過截取IT系統中交流信號的波峰來實現。
對于單相交流IT系統， L1、L2線間電壓為AC 220V，其峰值為220V，滿足脈沖峰值足夠大的要求。為滿足有效值足夠小的要求，本文依照標準IEC61557-9的“定位信號電壓的有效值不允許超過50V”的規定，將電壓閾值設為50V。據此，可計算出脈沖寬度（由于脈沖寬度很小，為方便計算，可將此峰值脈沖視為幅度為220的矩形脈沖）為：
2 硬件設計
信號發生器的硬件功能模塊主要包括電源模塊、中央控制模塊、監測模塊、信號發生模塊、通信模塊、指示燈模塊。硬件設計原理框圖如圖2所示。
圖2 硬件設計原理框圖
3 軟件設計
信號發生器的控制程序由C語言編寫，在程序設計中采用了結構化程序設計方法，便于程序代碼的維護、移植和升級。系統上電后，首先完成各模塊的初始化和自檢，確保系統工作的可靠性；然后確定系統中各部分硬件電路正常后，自動進入正常工作模式。系統主程序流程如圖3所示。
圖3 軟件流程圖
（1）數字濾波算法。信號發生器采用數字濾波算法濾除信號中諧波、噪聲等干擾，只讓有用的信號參與結果運算，從而使計算的結果更加精確可靠。
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