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；本发明专利技术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。
Monitoring device for insulation condition of high voltage motor used in mine main ventilator
A mine main fan for high-voltage motor insulation monitoring device, the purpose is to the stator temperature, insulation resistance and insulation parameters on-line monitoring of partial discharge, in order to improve the mine main ventilator stability and reliability; the invention includes partial discharge PD sensor unit, a signal amplifying unit, a filtering unit, a three-phase partial discharge signal the voltage transformer, a trigger signal generating unit, data acquisition card, three-phase reactor unit, the sampling resistor network unit, insulation resistance, insulation resistance signal conditioning unit A/D signal conversion unit, the temperature signal of the temperature sensor unit, processing unit, processing unit, communication unit and CPU RS-485 industrial control computer; partial discharge sensor unit is composed of three partial discharge sensor, primary three-phase voltage transformer is connected with the three-phase high voltage power grid, three The secondary side access trigger signal generating unit; an industrial control computer whose main frequency is 3GHz; the memory is 4G; the hard disk 500G is used.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井主通风机在线监测和故障诊断领域，特别涉及一种矿用主通风机 用高压电动机绝缘状态监测装置。
技术介绍
矿井主通风机是矿井生产的关键设备之一，它肩负着冲淡瓦斯浓度、带走有害粉 尘、向井下人员提供新鲜空气的重任，如若发生故障将危及矿井的生产安全和工人的生命 安全，会给煤矿带来不可估量的损失，造成恶劣的社会影响。矿井主通风机用电动机是矿井 主通风机最复杂的部件，电动机绝缘问题若不能及时发现，将是煤矿生产的重大安全隐患。 因此，对矿井主通风机用高压电动机绝缘状态进行在线监测，对潜在的绝缘故障进行预警， 有助于防止突发性事故发生、消除故障隐患对矿井安全的威胁，对煤矿安全生产具有十分 重要的现实意义。要想解决上述问题，迫切需要一种测量准确、性能可靠、功能完善的矿井 主通风机用高压电动机绝缘在线监测装置；由于主通风通道内含有瓦斯气体，必须要求电 动机壳体密封、防爆。因此在监测装置的安装上，要求不能改变电动机本体结构。
技术实现思路
本专利技术目的是克服上述已有技术的不足，提供一种对定子温度、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的矿用主通风机用高压 电动机绝缘状态监测装置。本专利技术装置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。局部放电的监测使用耦合电容器法，使用耦合电容器接入高压引线端，拾取局部 放电信号，经信号调理后，进入数据采集卡；此外，为得到准确的放电脉冲相位，设计触发信 号发生电路，在电源信号上升沿触发数据采集卡开始采集。局部放电传感器单元由三个局 部放电传感器(U1/U2/U3)组成，局部放电传感器由耦合电容器和电阻构成，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、两组高 速运算放大器AD844、三组光电耦合器TLP127和四组高速光电耦合器6N137。多路选通开 关74VHC4051 (U4)、数字电位器X9110 (U5)、高速运算放大器AD844(U6)和高速运算放大器 AD844(U7)级联后与局部放电信号滤波单元相连接，多路选通开关74VHC4051(U4)地址端 经光电耦合器TLP137与协处理CPU单元相连接，数字电位器X9110(TO)通过SPI总线接口 经高速光电耦合器6附37与协处理CPU单元相连接。局部放电信号滤波单元包括两组高速运算放大器AD844和低通滤波器 LT6600IS8-20。高速运算放大器AD844 (U8)、高速运算放大器AD844 (U9)和低通滤波器LT6600IS8-20 (UlO)级联后接入数据采集卡(U18)的数据接收端。三相电压互感器(Ull)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LM3M和光电耦合器TLP137。三组微型互感器SPT204A(U12/ U13/U14)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 (Ul5)，多路选通开关74VHC4051 (Ul5)、运算放大器LM358 (U16)、运算放大器 LM324(U17)级联后接入数据采集卡(U18)的触发端，多路选通开关74VHC4051 (U15)的地 址端经光电耦合器TLP127与协处理CPU单元相连接。数据采集卡(U18)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(U4!3)相连接。绝缘电阻的监测使用附加直流监测法，利用三相电抗器将+48V的直流电压加在 电机主绝缘和取样电阻串联电路上，根据取样电阻上的分压值计算绝缘电阻阻值。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(U19)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TLP137和运算放大器0P07。四组取样电阻串联后经微调电阻接入大地，串联 取样电阻的两端接入运算放大器0P07(U23)的输入端，0P07(U23)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10ΜΩ、1ΜΩ、1001 Ω和IOkΩ，阻值为IOMΩ、 IM Ω、100kQ的取样电阻分别与三组微型继电器G5V-1(U20/U21/U22)并联，微型继电器 G5V-1 (U20/U21/U22)的控制接点经光电耦合器TLP127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、两组运算放大器0P07、高速光电 耦合器6N137。数字电位器X9110(U24)、运算放大器0P07(U2O和运算放大器0P07 (似6) 级联后接入绝缘电阻信号A/D转换单元，数字电位器X9110(U24)通过SPI总线接口经高速 光电耦合器6W37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、三组运算放大器0P07和A/D转换ADS1110。运算放大器0P07 (U27)、光电耦合器 HCNR200 (U28)、运算放大器 0P07 (U29)、运算放大器 0P07 (U30)和 A/D 转换器 ADSl 110 (U31) 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(U32/U33/U34)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、稳压管和两个运算放大器0P07，+15V直流电源经 稳压管接入运算放大器0P07(U35)的同相输入端，运算放大器0P07(U35)的反相输入端和 输出端与PT100热电阻(U32)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0P07(U36)输入端，运算放大器0P07(U36)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0P07(U37)的同相输入端，运算放大器0P07(U37)的反相输入端和输出 端与PT100热电阻(U33)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0P07(U38)输入端，运算放大器0P07(U38)的输出端经电阻与协5处理CPU单元相连接。第三路温度信本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一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，局部放电传感器由耦合电容器和电阻构成，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、两组高速运算放大器ＡＤ８４４、三组光电耦合器ＴＬＰ１２７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ＡＤ８４４和高速运算放大器ＡＤ８４４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ＴＬＰ１３７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两组高速运算放大器ＡＤ８４４和低通滤波器ＬＴ６６００ＩＳ８－２０；高速运算放大器ＡＤ８４４、高速运算放大器ＡＤ８４４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ＴＬＰ１３７；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ＴＬＰ１２７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ＴＬＰ１３７和运算放大器ＯＰ０７；四组取样电阻串联后经微调电阻接入大地，串联取样电阻的两端接入运算放大器ＯＰ０７的输入端，ＯＰ０７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ＴＬＰ１２７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、两组运算放大器ＯＰ０７、高速光电耦合器６Ｎ１３７；数字电位器Ｘ９１１０、运算放大器ＯＰ０７和运算放大器ＯＰ０７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、三组运算放大器ＯＰ０７和Ａ／Ｄ转换ＡＤＳ１１１０；运算放大器ＯＰ０７、光电耦合器ＨＣＮＲ２００、运算放大器ＯＰ０７、运算放大器ＯＰ０７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、稳压管和两个运算放大器ＯＰ０７，＋１５Ｖ直流电源经稳压管接入运算放大器ＯＰ０７的同相输入端，运算放大器ＯＰ０７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ＯＰ０７输入端，运算放大器ＯＰ０７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ＯＰ０７的同相输入端，运算放大器ＯＰ０７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ＯＰ０７输入端，运算放大器ＯＰ０７的输出端经电阻与协处...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋建成，田慕琴，穆靖宇，耿蒲龙，许春雨，刘杰，毕小玉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14
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