本发明专利技术涉船舶检测技术领域，具体地说，是一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括MCU、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块，本系统使用的是UCOS‑III嵌入式操作系统，可以增强系统可靠性，并使得调试程序变得简单。
An embedded device for insulation monitoring and fault location of ships
【技术实现步骤摘要】
一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置
本专利技术涉船舶检测
，具体地说，是一种船舶绝缘监测与故障定位嵌入式装置。
技术介绍
船舶交流电力系统普遍采取电源变压器二次侧中性点不接地并且用电设备外壳接地的运行方式以提高船舶供电安全性。该系统即IT系统。由于IT系统故障接地残流小，故障选线非常困难。在现有技术中，绝缘故障主要采用人工结合简单的设备进行定位，定位需要多个工具进行多次的检测，然后进行计算才能够定位出故障的位置，多次定位和计算导致效率较低，且由于人工的操作和设备的配合使用，容易导致定位的精度不准确，严重影响到船舶供电的连续性。对绝缘故障的快速、准确定位关系到整个航程的安全，所以绝缘监测和故障定位对船舶电网的安全运行就有重要意义。对电力系统绝缘状态进行连续在线监测，在发生接地故障时实时显示故障支路即故障定位判断。绝缘监测及故障定位系统的主要任务就是通过相关数据采集、计算，经过逻辑判断，快速、准确确定电网的绝缘状态，若发生故障，定位故障支路；为保养设备和抢修设备提供最及时、准确的判断信息；做到尽快排除故障，恢复供电，对船舶电力系统供电的安全性和连续性具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实时在线监测整个电网系统对地绝缘值与泄漏电容值，实时在线检测、准确识别故障支路，同时通讯上传数据至上层管理平台，并且提供丰富的参数设置、报警记录查询、人机界面等智能化应用功能，使用单频注入法的一种基于UCOS-III操作系统的船舶绝缘监测与故障定位的方法及嵌入式装置。本专利技术是应用单频注入法的一种基于UCOS-III操作系统的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置。本嵌入式装置又分为两大组成部分：在线绝缘监测装置和故障定位装置。其中包括：微控制器、通讯模块、信号注入模块、采集模块、电源模块、显示模块、声光报警模块等。其特征在于，微处理器用于运行UCOS-III操作系统、通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。在绝缘监测装置中，信号注入模块向被监测电网与地之间注入低频交流电压信号，与电网故障等效接地点形成回路。绝缘检测装置的采集模块利用高精度电压互感器，经电压跟随电路、运算放大电路、信号叠加处理电路进行信号的采集和转换，并送入单片机进行傅里叶变换提取低频信号。以故障定位装置连接多个漏电流互感器采集各支路漏电流信号，各支路漏电流信号传送至单片机以提取低频信号。在线绝缘监测装置通过通信模块接收多个故障定位装置采集并提取而来的各支路漏电流低频响应以及对应各支路功率因数(可采用ADE9000芯片进行相功率因数的测量)，最终在绝缘监测装置中计算出被监测电网系统各支路对地绝缘状态，并通过绝缘监测装置自带的LED显示模块实时显示绝缘电阻值和泄漏电容值。故障定位装置通过接受绝缘监测装置的报警阈值和报警指令进行预警/报警；通过指示灯和继电器将报警信号输出，报警后能够实时在线根据漏电流互感器采集信号的低频提取结果准确定位故障支路并显示在LCD模块。考虑到工频的影响，即在电压互感器与漏电流互感器采集到的电压与电流中还包含工频成分，为此可采用数字滤波的方式将其剔除，或者说提取低频信号。此方法解决了现有的故障定位装置存在定位效率和准确率较低的技术问题，实现了装置设计合理，定位效率和准确率较高的技术效果。为了求得注入低频信号源单独作用时的电流响应，将电流传感器检测到的电流信号送入采用离散傅里叶算法的软件构成的数字滤波器，由离散傅里叶运算处理后，可得到注入低频信号的幅值。在以下的分析中，为便于说明问题，直接举例进行说明：假设电网发生单相(A相)接地故障时，故障线路上流过的工频电流为Ifg，fg为工频频率。当单独加上低频信号源，不考虑电网电源时，故障线路上流过的工频电流为If，f为注入低频频率。当电网工频电源和注入低频信号源同时作用时，则故障线路上流过的电流为工频电流和低频电流两者的叠加I。推导证明漏电流I为周期函数，且满足狄利克雷(Dirichlet)条件，则对注入频率分量的提取可以采用傅里叶级数对基波和高次谐波幅值的计算方法实现。当工频为注入频率的整数倍时，即f＝fg/n，n为整数(n＝2,3,4···)，f为漏电流i(t)的基波频率。由傅里叶级数可求出电流i(t)的基波幅值。由于在实际检测系统中对电流i(t)的采集是时域离散的，因而对注入频率信号的提取应采用离散形式的傅里叶算法。对于低频电压量的提取，采用相同的方法。由于船舶交流电网在线绝缘监测与故障定位的软件程序功能较多，且信号采集量大，传统MCU的顺序执行机制难以满足实时监测系统的所有软件功能，因此软件上采用了在STM32F407ZGT6上移植UCOS-III嵌入式实时操作系统的方案。本装置使用UCOS-III嵌入式操作系统，可以增强绝缘监测与故障定位系统整体可靠性，使维护便捷，运行可靠。在线绝缘检测装置：包括单片机控制器、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块。所有模块均由单片机控制器进行连接与控制。其中信号注入模块在被监测船舶电网系统与地之间注入低频交流信号，与电网故障等效接地点形成回路，由采集模块通过电压互感器进行电压信号采集与变换并将信号送入单片机通过AD转换及滤波算法处理分析，并通过通讯单元(CAN总线)接收从故障定位装置采集并发送来的漏电流数值，从而计算出被监测电网系统对地绝缘状态并由液晶显示模块显示实时绝缘电阻值、泄露电容值，且可以通过指示灯与继电器输出报警信号并在LCD上显示故障支路序号。通过按键可以在LCD模块中对报警值、通讯参数、液晶参数、时间参数、事件记录等进行设定与修改。船舶电网在线绝缘监测装置，对船舶电网的电力电缆以及负荷设备的绝缘状态进行实时监测显示并有对故障定位装置报警指示功能。故障定位装置：包括单片机控制器、采集模块、通讯模块，报警模块，电源模块。各模块由MCU模块进行控制。在故障定位装置中，采集模块输入端连接在电网支路的漏电流互感器上，输出端连接单片机。当在线绝缘监测装置注入低频信号后，由故障定位装置的采集模块利用高精度漏电流互感器与采集电路进行信号采集与变换并送入单片机进行AD转换及滤波算法处理分析，从而将被监测电网系统各支路对地漏电流发送给绝缘监测装置计算绝缘电阻、泄露电容，在接收到来自绝缘监测装置的报警指令后，可以通过指示灯与继电器输出各支路的报警信号。绝缘监测装置两路并行的信号注入模块，分别连接在被监测船舶电网系统三相相线的任意两相相线上。绝缘监测装置信号注入模块分别通过PE(ProtectiveEarth，保护接地)线、FE(FunctionalEarth，功能接地)线同时独立接地。信号注入模块电压为由单片机控制器控制光耦AQW216EH、三极管SS8550实现的2.5Hz低频交流电压信号。采集模块使用用运算放大器LMV422，输入端连接在船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器上，输出端连接至单片机；采集模块包括有采集电路，采集电路输入端设置有连接在船舶电网系统支路的高精度漏电流互感器接线端口本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括单片机、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块；该装置基于UCOS-III操作系统，使用微处理器运行通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。/n
【技术特征摘要】
1.一种船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，包括在线绝缘监测装置和故障定位装置；所述在线绝缘检测装置包括单片机、LCD显示模块、采集模块、信号注入模块、通讯模块、电源模块；所述故障定位装置包括单片机、采集模块、通讯模块，电源模块，报警模块；该装置基于UCOS-III操作系统，使用微处理器运行通过消息列队和信号量来协调与同步的任务包括：键盘管理任务、绝缘数据采集任务、绝缘数据处理任务、LCD显示任务、通讯任务。
2.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，所述在线绝缘监测装置所有模块均由单片机进行连接与控制，所述信号注入模块在被监测船舶电网系统与地之间注入2.5HZ低频交流信号，与电网故障等效接地点形成回路，由采集模块通过电压互感器进行电压信号采集与变换并将信号送入单片机通过AD转换及傅里叶变换提取低频信号，并通过通讯模块接收从故障定位装置采集并发送来的漏电流数值，从而计算出被监测电网对地绝缘状态并由显示模块实时显示绝缘电阻值、泄露电容值，且可以通过指示灯与继电器输出报警信号并在LCD上显示故障支路序号，通过按键在LCD显示模块中对报警值、通讯参数、液晶参数、时间参数、事件记录等进行设定与修改；所述故障定位装置所有模块均由单片机进行连接与控制，采集模块连接多个开合式漏电流互感器，当在线绝缘监测装置注入低频信号后，由故障定位装置的采集模块利用高精度漏电流互感器对各支路进行信号采集与变换并送入单片机进行AD转换及傅里叶变换提取低频信号，进而将被监测电网各支路对地漏电流发送给绝缘监测装置，在接收到来自绝缘监测装置的报警指令后，通过指示灯与继电器输出各支路的报警信号。
3.根据权利要求1所述的船舶绝缘监测与故障定位的嵌入式装置，其特征在于，采用离散傅里叶算法运算提取低频信号，实现了装置设计合理，定位效率和准确率较高的技术效果；由一个在线绝缘监测装置和多个故障定位装置组成一组装置，即一套绝缘监测与故障定位系统；当一组装置投入运行后，通过检测各支路的低频电压、低频电流及两者之间的相位差，可采用ADE9000芯片直接进行相功率因数的测量，对绝缘参数进行计算，判断是否存在故障线路，...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱志宇，姜帅全，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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