矿用主通风机用高压电动机绝缘状态监测装置

摘要

一种矿用主通风机用高压电动机绝缘状态监测装置，目的是对定子温度、绝缘电阻和局部放电等绝缘参数在线监测、以提高矿井主通风机的稳定性和可靠性；本发明包括局部放电传感器单元、局部放电信号放大单元、局部放电信号滤波单元、三相电压互感器、触发信号发生单元、数据采集卡、三相电抗器单元、取样电阻网络单元、绝缘电阻信号调理单元、绝缘电阻信号A/D转换单元、温度传感器单元、温度信号调理单元、协处理CPU单元、RS-485通信单元和工控计算机；局部放电传感器单元由三个局部放电传感器组成，三相电压互感器的原边与三相高压电网相连，三相副边接入触发信号发生单元；工控计算机其主频为3GHz，内存为4G，硬盘500G。

主权项

一种矿用主通风机用高压电动机绝缘状态监测装置，其特征是包括局部放电传感器单元、局部放电信号放大单元、局部放电信号滤波单元、三相电压互感器、触发信号发生单元、数据采集卡、三相电抗器单元、取样电阻网络单元、绝缘电阻信号调理单元、绝缘电阻信号A/D转换单元、温度传感器单元、温度信号调理单元、协处理CPU单元、RS‑485通信单元和工控计算机；局部放电传感器单元由三个局部放电传感器组成，局部放电传感器由电容器和电阻构成，电容器一端与高压电网相连，一端经电阻接地，电容器与电阻连接处接入局部放电信号放大单元；局部放电信号放大单元包括多路选通开关74VHC4051、数字电位器X9110、高速运算放大器AD844U6、高速运算放大器AD844U7、三组光电耦合器TPL127 和四组高速光电耦合器6N137；多路选通开关74VHC4051、数字电位器X9110、高速运算放大器AD844U6和高速运算放大器AD844U7 级联后与局部放电信号滤波单元相连接，多路选通开关74VHC4051 地址端经光电耦合器 TPL127 与协处理CPU 单元相连接，数字电位器X9110 通过SPI 总线接口经高速光电耦合器6N137 与协处理CPU 单元相连接；局部放电信号滤波单元包括高速运算放大器AD844U8、高速运算放大器AD844U9和低通滤波器LT6600IS8‑20；高速运算放大器AD844U8、高速运算放大器AD844U9和低通滤波器 LT6600IS8‑20级联后接入数据采集卡的数据接收端；      三相电压互感器的原边与三相高压电网相连，三相副边接入触发信号发生单元；触发信号发生单元包括三组微型互感器SPT204A、多路选通开关74VHC4051、运算放大器LM358、运算放大器LM324 和光电耦合器TPL127；三组微型互感器SPT204A的输入端分别与三相电压互感器的三相副边相连，输出端接入多路选通开关74VHC4051，多路选通开关74VHC4051、运算放大器LM358、运算放大器LM324级联后接入数据采集卡的触发端，多路选通开关74VHC4051的地址端经光电耦合器TPL127 与协处理CPU 单元相连接 ；数据采集卡 有两路通道，每路通道最高实时采样率为65MS/s，A/D分辨率为14位，扩展有512MB板载SODIMM SDRAM存储器，数据采集卡通过PCI接口与工控计算机相连接；      三相电抗器单元包括三相电抗器、直流48V电源、双T带阻滤波电路和串联L型低通滤波电路；三相电抗器的原边接入三相交流高压电网，副边短接后形成一中性点，中性点经一系列电阻接入直流48V电源的负极，直流48V 电源的正极与取样电阻网络单元相连接；中性点接入由电阻、电容组成的双T带阻滤波电路和串联L 型低通滤波电路，串联L型低通滤波电路与大地相连；取样电阻网络单元包括微调电阻、四组取样电阻、三组微型继电器G5V‑1、三组光电耦合器TPL127和运算放大器OP07U23；四组取样电阻串联后经微调电阻接入大地，四组取样电阻串联后的两端接入运算放大器OP07U23的输入端，运算放大器OP07U23的输出端接入绝缘电阻信号调理单元；四组取样电阻的阻值分别为10MΩ、1MΩ、100kΩ和10kΩ，阻值为10MΩ、1MΩ、100kΩ的取样电阻分别与三组微型继电器G5V‑1并联，微型继电器G5V‑1的控制接点经光电耦合器TPL127与协处理CPU单元相连接；      绝缘电阻信号调理单元包括数字电位器X9110、运算放大器OP07U25、运算放大器OP07U26、高速光电耦合器6N137 ；数字电位器X9110、运算放大器OP07U25和运算放大器OP07U26级联后接入绝缘电阻信号A/D转换单元，数字电位器X9110通过SPI总线接口经高速光电耦合器6N137与协处 理CPU单元相连接；绝缘电阻信号A/D转换单元包括光电耦合器HCNR200、运算放大器OP07U27、运算放大器OP07U29、运算放大器OP07U30和A/D 转换ADS1110 ；运算放大器OP07U27、光电耦合器HCNR200、运算放大器OP07U29、运算放大器OP07U30和A/D 转换器ADS1110级联后接入协处理CPU单元；      温度传感器单元由3个PT100热电阻构成，安装在定子绕组内，输出接入温度信号调理单元；温度信号调理单元有三路温度信号调理电路，第一路温度信号调理电路包括测量电 桥、+15V 直流电源、稳压管、运算放大器OP07U35和运算放大器OP07U36，+15V 直流电源经稳压管接入运算放大器OP07U35的同相输入端，运算放大器OP07U35的反相输入端和输出端与PT100热电阻的两端相连接，PT100热电阻作为一个桥臂接入测量电桥，测量电桥的输出接入运算放大器OP07U36输入端，运算放大器OP07U36的输出端经电阻与协处理CPU单元相连接；第二路温度信号调理电路与第一路相同，+15V 直流电源经稳压管接入运算放大器OP07U37的同相输入端，运算放大器OP07U37的反相输入端和输出端与PT100 热电阻的两端相连接，PT100热电阻作为一个桥臂接入测量电桥，测量电桥的输出接入运算放大器OP07U38输入端，运算放大器OP07U38的输出端经电阻与协处理CPU 单元相连接；第三路温度信号调理电路与第一路相同，+15V直流电源经稳压管接入运算放大器OP07U39的同相输入端，运算放大器OP07U39的反相输入端和输出端与PT100热电阻的两端相连接，PT100热电阻作为一个桥臂接入测量电桥，测量电桥的输出接入运算放大器OP07U40输入端，运算放大器OP07U40的输出端经电阻与协处理CPU单元相连接；      协处理CPU单元包括C8051F020单片机、晶振、复位按钮、调试接口；晶振与C8051F020单片机的晶振引脚I/O口相连接，复位按钮与C8051F020单片机的复位引脚I/O口相连接，调试接口与C8051F020单片机的相应的I/O口相连接；局部放电信号放大单元的多路选通开关74VHC4051地址端经光电耦合器TPL127分别与C8051F020单片机的P2.2、P2.3、 P2.4I/O 口相连接，局部放电信号放大单元的数字电位器X9110通过SPI总线接口经高速光电耦合器6N137分别与C8051F020单片机的P0.2、P0.3、P0.4、P3.2I/O口相连接，触发信号发生单元的多路选通开关74VHC4051地址端经光电耦合器TPL127分别与C8051F020单片机的P3.7、P2.0、P2.1I/O口相连接，取样电阻网络单元的三组微型继电器G5V‑1的控制接点经光电耦合器TPL127分别与C8051F020单片机的P3.3、P3.4、P3.5I/O口相连接，绝缘电阻信号调理单元的数字电位器X9110通过SPI总线接口经高速光电耦合器6N137与C8051F020单片机的P0.2、P0.3、P0.4、P3.1I/O口相连接，绝缘电阻信号A/D转换单元的A/D转换器ADS1110的SCL、SDA端分别与C8051F020单片机的P0.6、P0.7I/O口相连接，温度信号调理单元的运算放大器OP07U36、运算放大器OP07U38、运算放大器OP07U40的输出端经电阻分别与C8051F020 单片机的AIN0.1、AIN0.2、 AIN0.3I/O 口相连接；RS485 通信单元包括低功耗收发器MAX485、RS‑232/RS‑485 转换器U38、第一组高速光电耦合器6N137、第二组高速光电耦合器6N137、第三组高速光电耦合器6N137；低功耗收发器MAX485的RE、DE端连接后经第一组高速光电耦合器6N137与C8051F020 单片机的P3.0I/O 口相连接，RO端经第二组高速光电耦合器6N137与C8051F020单片机的P0.0I/O口相连接、DI 端经过第三组高速光电耦合器6N137与C8051F020单片机的P0.1I/O 口相连接，A、B 端经RS‑232/RS‑485转换器U38与工控计算机相连接；工控计算机其主频为3GHz，内存为4G，硬盘500G。