本發(fā)明屬于交流電機(jī)定子絕緣故障診斷與在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，更具體地，涉及電機(jī)絕緣漏電流分段變?cè)鲆娣糯箅娐芳皽y(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、定子絕緣故障是交流電機(jī)常見(jiàn)故障類(lèi)型之一。雖然離線(xiàn)檢測(cè)方法是已得到廣泛應(yīng)用的電機(jī)絕緣性能評(píng)估方法，但存在停機(jī)檢測(cè)和檢測(cè)周期長(zhǎng)等局限。隨著技術(shù)的進(jìn)步，已出現(xiàn)多種基于離線(xiàn)試驗(yàn)原理的交流電機(jī)定子絕緣故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，其克服了離線(xiàn)檢測(cè)的局限，可對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)定子絕緣狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線(xiàn)評(píng)估，已成為提高電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2、在交流電機(jī)定子絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)中，基于漏電流和阻抗頻譜的監(jiān)測(cè)方法可有效反映絕緣老化的優(yōu)點(diǎn)，是交流電機(jī)定子絕緣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。

3、交流電機(jī)定子絕緣老化過(guò)程中，對(duì)地絕緣電阻逐漸減小，絕緣電容逐漸增大，其漏電流的時(shí)頻域特性亦隨之變化。正因?yàn)槁╇娏髋c絕緣阻抗強(qiáng)相關(guān)，高精度的交流漏電流檢測(cè)電路是數(shù)字式高性能交流電機(jī)絕緣在線(xiàn)檢測(cè)成套設(shè)備的必要環(huán)節(jié)。

4、然而，交流電機(jī)定子絕緣退化一般為長(zhǎng)期發(fā)展的過(guò)程。在定子絕緣緩慢、持續(xù)的退化過(guò)程中，交流電機(jī)定子對(duì)地絕緣阻抗緩慢、持續(xù)變化，其絕緣漏電流亦隨之緩慢、持續(xù)變化。可見(jiàn)，在對(duì)交流電機(jī)定子絕緣長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中，因其定子絕緣漏電流變化范圍寬，若采用固定增益的放大器對(duì)絕緣漏電流進(jìn)行放大調(diào)理，存在如下問(wèn)題：一方面，在其定子絕緣整體退化嚴(yán)重時(shí)，對(duì)于較大的漏電流信號(hào)，不僅放大器的輸出易飽和，而且輸入到數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)模塊的模擬信號(hào)易超出允許的范圍；另一方面，在其定子絕緣退化的初期，對(duì)于微小的漏電流信號(hào)，噪聲干擾將影響漏電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換精度。

5、現(xiàn)有的常規(guī)可變?cè)鲆娣糯笃鞔嬖诮Y(jié)構(gòu)及控制方式復(fù)雜、增益變化范圍及動(dòng)態(tài)性能受限、難以準(zhǔn)確還原原始輸入信號(hào)的局限。

6、因此，針對(duì)交流電機(jī)定子絕緣長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的需要，開(kāi)發(fā)寬范圍漏電流測(cè)量信號(hào)的變?cè)鲆娣糯笱b置，根據(jù)被測(cè)交流漏電流信號(hào)的大小在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整放大器的增益，保證較大漏電流信號(hào)和微小漏電流信號(hào)均能高精度地合理放大至dsp?adc模塊的模擬信號(hào)允許范圍，同時(shí)在dsp程序中要實(shí)現(xiàn)對(duì)原始寬范圍交流漏電流信號(hào)的準(zhǔn)確還原，這對(duì)于高性能數(shù)字式交流電機(jī)絕緣在線(xiàn)檢測(cè)成套設(shè)備開(kāi)發(fā)具有較大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種寬范圍交流漏電流測(cè)量信號(hào)在線(xiàn)分段變?cè)鲆娣糯箅娐芳皽y(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)定子絕緣長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所需寬范圍交流漏電流的高精度測(cè)量。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、本發(fā)明的第一方面提供了一種電機(jī)絕緣漏電流分段變?cè)鲆娣糯箅娐钒ǎ盒盘?hào)采集與變換模塊、串聯(lián)分壓模塊、集成電壓比較模塊、直流繼電器控制模塊、集成運(yùn)放模塊和電平轉(zhuǎn)換電路；

4、信號(hào)采集與變換模塊包括：零磁通漏電流傳感器、交流小信號(hào)放大器和全波整流正弦有效值電路，信號(hào)采集與變換模塊用于采集并變換交流電機(jī)漏電流為與漏電流有效值對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)；

5、串聯(lián)分壓模塊包括n個(gè)串聯(lián)的電阻，串聯(lián)分壓模塊用于以各個(gè)電阻的分壓作為漏電流n個(gè)區(qū)間邊界的參考電壓值；

6、集成電壓比較模塊包括n個(gè)集成電壓比較器，集成電壓比較模塊用于根據(jù)直流電壓信號(hào)與n個(gè)區(qū)間邊界的參考電壓值的比較結(jié)果對(duì)直流電壓信號(hào)分段，得到漏電流的區(qū)間標(biāo)記信號(hào)；

7、直流繼電器控制模塊包括n個(gè)直流繼電器和對(duì)應(yīng)控制其工作與否的n個(gè)三極管，直流繼電器控制模塊用于根據(jù)區(qū)間標(biāo)記信號(hào)控制集成運(yùn)放模塊選擇反饋支路，獲得不同增益；

8、集成運(yùn)放模塊包括集成運(yùn)放和n條并聯(lián)的反饋支路，n條反饋支路對(duì)應(yīng)n種不同的增益，集成運(yùn)放模塊用于將直流電壓信號(hào)放大生成為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器正常工作范圍內(nèi)的漏電流采樣值并輸出；

9、電平轉(zhuǎn)換電路用于將區(qū)間標(biāo)記信號(hào)變換為通用輸入/輸出多路復(fù)用器正常工作范圍內(nèi)的輸入信號(hào)。

10、優(yōu)選地，所述串聯(lián)分壓模塊由n個(gè)電阻第一電阻、第二電阻、…、第n電阻串聯(lián)組成，串聯(lián)分壓模塊的第一電阻一端接第一直流電源的正端，另一端接第二電阻的一端，第n電阻一端接第n-1電阻的一端，另一端接地。

11、優(yōu)選地，所述集成電壓比較模塊由n個(gè)集成電壓比較器組成，第一集成電壓比較器、第二集成電壓比較器、…、第n-1集成電壓比較器的反相輸入端分別接在第一電阻和第二電阻之間、第二電阻和第三電阻之間、…、第n-1電阻和第n電阻之間，第n集成電壓比較器n的反相輸入端接地，信號(hào)采集與變換模塊輸出的直流電壓信號(hào)經(jīng)電阻輸入至n個(gè)集成電壓比較器的同相輸入端。

12、優(yōu)選地，所述直流繼電器控制模塊中，所述三極管采用npn型三極管，所述直流繼電器包括線(xiàn)圈、常開(kāi)接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)，所述直流繼電器控制模塊通過(guò)npn型三極管接收區(qū)間標(biāo)記信號(hào)并驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的直流繼電器，直流繼電器通過(guò)常開(kāi)接點(diǎn)閉合控制集成運(yùn)放模塊選擇反饋支路。

13、優(yōu)選地，每個(gè)npn型三極管的基極通過(guò)電阻與集成電壓比較器的輸出端相連；

14、每個(gè)npn型三極管的集電極連接對(duì)應(yīng)直流繼電器線(xiàn)圈的一端，前n-1個(gè)直流繼電器的常閉接點(diǎn)依次串聯(lián)，第一直流繼電器線(xiàn)圈的另一端與其常閉接點(diǎn)的另一端相連，并連接第二直流電源的正端，第二直流繼電器、…、第n-1直流繼電器線(xiàn)圈的另一端分別連接到該直流繼電器的常閉接點(diǎn)和上一個(gè)直流繼電器的常閉接點(diǎn)之間，第n直流繼電器線(xiàn)圈的另一端連接到第n-1直流繼電器的常閉接點(diǎn)的另一端；

15、每個(gè)npn型三極管的發(fā)射極通過(guò)電阻接地。

16、優(yōu)選地，每個(gè)直流繼電器線(xiàn)圈反向并聯(lián)二極管。

17、優(yōu)選地，所述集成運(yùn)放模塊中，所述反饋支路由反饋電阻和直流繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)串聯(lián)構(gòu)成；信號(hào)采集與變換模塊輸出的直流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)同相電阻輸入至集成運(yùn)放的同相輸入端，集成運(yùn)放的反相輸入端經(jīng)過(guò)反相電阻接地，集成運(yùn)放的輸出端經(jīng)反饋支路連接集成運(yùn)放的反相輸入端，同時(shí)集成運(yùn)放的輸出端連接至dsp的adc模塊。

18、優(yōu)選地，在集成運(yùn)放的輸出端增加首尾相連的二極管，其中正極與集成運(yùn)放的輸出端相連的二極管的負(fù)極接第三直流電源的正端，負(fù)極與集成運(yùn)放的輸出端相連的二極管的正極接地。

19、本發(fā)明的第二方面提供了一種電機(jī)絕緣漏電流測(cè)量方法，采用所述的電機(jī)絕緣漏電流分段變?cè)鲆娣糯箅娐穼?shí)現(xiàn)電機(jī)絕緣漏電流的測(cè)量，包括以下步驟：

20、步驟1，采集原始交流電機(jī)漏電流并變換為與漏電流有效值對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)；

21、步驟2，設(shè)置漏電流n個(gè)區(qū)間邊界的參考電壓值，根據(jù)步驟1得到的直流電壓信號(hào)所處分段區(qū)間i得到區(qū)間標(biāo)記信號(hào)a1，a2，…，ai，…，an，其中a1，…，ai-1＝0，ai，…，an＝1，并放大相應(yīng)倍數(shù)得到漏電流采樣值；

22、步驟3，根據(jù)步驟2獲得的區(qū)間標(biāo)記信號(hào)及漏電流采樣值，計(jì)算原始交流電機(jī)漏電流的有效值。

23、優(yōu)選地，步驟2中，選擇第一電阻、第二電阻、…、第n電阻的大小，采用n個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成的分壓電路得到漏電流n個(gè)區(qū)間邊界的參考電壓值，其中，分段區(qū)間i的區(qū)間邊界的參考電壓值以如下公式表示，

24、

25、vi上＝vi-1下

26、式中：

27、vi下代表分段區(qū)間i的參考電壓值下界；

28、vi上代表分段區(qū)間i的參考電壓值上界；

29、|vc1|為第一直流電源的電壓值。

30、優(yōu)選地，步驟3具體包括：

31、讀取漏電流采樣值和區(qū)間標(biāo)記信號(hào)；

32、根據(jù)區(qū)間標(biāo)記信號(hào)確定集成運(yùn)放反饋支路接入的反饋電阻，進(jìn)而獲得對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)，反饋電阻rf1、rf2、…、rfn和運(yùn)放放大倍數(shù)k1、k2、…、kn的對(duì)應(yīng)關(guān)系以如下公式表示，

33、kj＝(1+rfj/|rm|)

34、式中：

35、rfj表示第j條反饋支路的反饋電阻值；

36、|rm|表示集成運(yùn)放的反相輸入端對(duì)地所接的電阻值；

37、根據(jù)零磁通漏電流傳感器、交流小信號(hào)放大器、全波整流正弦有效值電路參數(shù)，結(jié)合的漏電流采樣值和放大倍數(shù)計(jì)算原始交流電機(jī)漏電流的有效值。

38、優(yōu)選地，根據(jù)dsp的adc模塊輸入模擬電壓和漏電流采樣值的關(guān)系，由漏電流采樣值得到集成運(yùn)放輸出信號(hào)vf，按下式計(jì)算原始交流電機(jī)漏電流的有效值，

39、

40、式中：

41、ilc表示原始交流電機(jī)漏電流的有效值；

42、vf表示集成運(yùn)放輸出信號(hào)；

43、glc表示零磁通漏電流傳感器輸入電流與輸出電壓的變換系數(shù)；

44、gac表示交流小信號(hào)放大器的放大倍數(shù)；

45、grms表示全波整流正弦有效值電路的變換系數(shù)，grms＝1。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：與常規(guī)可變?cè)鲆娣糯笃飨啾龋景l(fā)明所提出的技術(shù)方案及其具體電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、增益變化范圍大、可準(zhǔn)確還原原始寬范圍交流漏電流有效值等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了基于漏電流檢測(cè)的交流電機(jī)定子絕緣長(zhǎng)期在線(xiàn)監(jiān)測(cè)所需。