一種新型絕緣檢測設備的設計

張喬斌，卞 強，豐少偉，朱愛芳

（海軍工程大學，湖北 武漢 430033）

0 引言

隨著電子技術和傳感器技術的快速發展，海水中電場信號的測量水平已有大幅度提高，高靈敏的測量技術可以很容易測量到以前無法測量到的信號。近年來，歐美、俄羅斯等國家的一些機構已經開始重視艦船的靜電場、交變磁場和超低頻電磁信號的研究，使得艦船水下電場信號已經成為水中兵器新的信號源。俄羅斯已經裝備了利用艦船水下電場信號動作的非觸發反潛錨雷，美國也決定開發裝有電場信號傳感器的智能濱海水雷。由于電場信號已經威脅到艦船的安全，對艦船的電場防護是十分必要的。而陽極塊和船體的絕緣性、大軸隔斷處的絕緣性以及各種異種金屬連接處的絕緣性對電場防護裝置能否正常工作、防護效果是否顯著有十分重要的意義，因此有必要設計一個絕緣檢測設備來對其絕緣程度進行檢測[1,2]。

根據實船上的要求，設計了一種有別于其他電氣絕緣檢測、電纜絕緣檢測等設備的新型絕緣檢測設備。

1 整體設計

本設備采用電壓測量和電阻測量相結合的方式來對被測對象進行絕緣檢測。設備整體結構框圖如圖1所示。

圖1 設備整體結構框圖

2 設備組成裝置設計

2.1 電壓測量裝置

電壓測量裝置是通過檢測被測對象的電壓來判斷其絕緣性能，其基本原理為:被測對象的信號進入檢測放大器輸入端，檢測放大器是直流放大器，建立在一個信號調制-解調電路中；檢測放大器將輸入的直流電壓變為交流電壓（利用半波調制器）；轉化后的輸入電壓通過電容器接到兩個微分發射復示器輸入端，發射復示器保證高輸入電阻，降低檢測放大器輸入電路的噪聲干擾；信號從發射復示器輸出端接到載波頻率放大器輸入端，此放大器的放大系數為K=500；放大的交流電壓再接入到汽相級解調器，在汽相級輸出端將得到兩個相互成180°的信號；此信號通過一個RC電路輸出到檢測裝置；調制-解調電路的控制通過發生器進行，發生器按自動多諧振蕩器電路制成，在此微電路中裝有放大器用于調整調制器與解調器的脈沖。此裝置的結構框圖如圖2所示。

圖2 電壓測量裝置結構框圖

為了對不同絕緣要求的對象進行檢測，電壓測量裝置把被測信號在0mV～1000mV區間內分為6個量程，分別為 0mV～3mV、0mV～10mV、0mV～30mV、0mV～100mV、0mV～300mV、0mV～1000mV。

2.2 檢測裝置

檢測裝置保證按電壓檢測被檢對象狀態，范圍在10mV～1000mV。其基本原理為:被檢對象的檢測電壓首先接到低頻濾波器，其輸出電壓通過臨界電路與一個設定電壓Uc進行比較，再通過邏輯電路輸出到疊合裝置。此裝置的結構框圖如圖3所示。

圖3 檢測裝置結構框圖

2.3 疊合裝置

疊合裝置用于把檢測對象部件狀態發送到信號臺。檢測裝置的輸出信號通過負載電阻接入到疊合裝置。其內部通過一個累加器將所有的檢測對象部件的狀態進行累加，只要其中一個部件出現故障就會向信號臺提供故障信號，進行進一步檢測。

2.4 設定裝置

設定裝置是一系列單獨工作的電阻分壓器，用以保證按每個檢測通道中任一要求設定電壓，位于10mV～1500mV范圍內。設定裝置設置了“精調”和“粗調”兩檔，能夠準確的得到需要的設定電壓。此設定電壓將輸出到檢測裝置的臨界電路中，用以與檢測信號進行比較，得到輸出并送到疊合裝置。

2.5 電阻測量裝置

電阻測量裝置是通過檢測被測對象的電阻來判斷其絕緣性能，其基本原理為:控制掃描發射器對被測對象發出頻率f=6000Hz（波動范圍±1000Hz）的交流電流，對與被測電阻成比例的電壓信號進行測量；此電壓信號先經過一預置放大器，在進入預置放大器之前先進行隔離處理，去除直流信號；再經過一輸出放大器得到測量結果，此放大器的反饋上接一整流電橋，然后通過變壓器組將輸出信號發送到顯示儀表上。此裝置的結構框圖如圖4所示。

同樣，為了對不同絕緣要求的對象進行檢測，電阻測量裝置把被測信號在0?～1000?區間內分為8 個量程，分別為 0?～0.3?、0?～1?、0?～3?、0?～10? 、 0?～30? 、 0?～100? 、 0?～300? 、0?～1000?。

圖4 電阻測量裝置結構框圖

2.6 掃描發生器

掃描發生器用于把交流電供到被檢對象的失效部件，借助掃描儀用來確定部件故障位置。其供到的被檢對象為頻率 f=5000Hz～7000Hz、幅值為100mV的交流電，通過交流穩壓器來實現。穩壓器的負載就是被檢對象的電阻。在電路中通過負載的電流的計算按公式（1）計算。

其中:Uout為向被檢對象提供的交流電的電壓值；R1為整個交流穩壓器的負反饋電阻；K為一比例系數；Roc為反饋電阻，激勵一定的電流通過負載（被檢對象）。此電阻布置在電阻測量裝置上。

2.7 掃描儀

掃描儀是自動、小型、輕便的，用于搜尋被檢故障部件連接件損壞位置的儀器。故障部件位于掃描發射脈沖電流穿過部件時產生的地磁場最大場強處。在掃描儀中采用輸入感應式測量轉換器作為場強接收裝置。

在被檢對象故障部件地磁場作用區使用測量轉換器，感應電動勢頻率與掃描發生器相同，電壓與通過故障部件的電流成正比。電壓從測量轉換器通過放大調節器接入到諧振放大器中，從頻率設定為6000Hz的諧振回路解除諧振放大器的輸出電壓，接入到微分發射轉發器。然后通過揚聲器的聲強和指示燈的光強正比顯示測量轉換器上的地磁場強度。

2.8 充電裝置

充電裝置用于實現掃描儀蓄電池的自動充電。充電裝置向掃描儀提供穩壓電±6V，通過內部自動調節器電路保證電流在充電開始時為25mA±2.5mA，在充電結束時不超過1mA。

3 結束語

在國內艦船上進行了一系列的測試，測試結果可以達到以下指標:

1）檢測裝置動作誤差為Δ=±(5%US+2.5)mV，其中US為設定裝置提供到檢測裝置的設定電壓。檢測裝置直流輸入電阻不小于2k?。

2）電壓測量裝置誤差在0mV～1000mV范圍內，Δ=±(5%UJ+0.5)mV，其中 UJ為電壓測量裝置設置的分區電壓極限值。

3）電阻測量裝置誤差在 0?～1000? 范圍內，按量程分別為 0.3?±15%、1?±15%、3?±10%、10?±10%、30?±5%、100?±5%、300?±5%、1000?±15%。

由以上數據可以看出，本設備對犧牲陽極塊和船體的絕緣以及大軸隔斷的絕緣檢測效果良好，可以廣泛使用。

[1]婁會超, 戴新生, 萬少松. 多路絕緣電阻自動檢測儀設計[J]. 計算機測量與控制, 2003, 11(8):635-637.

[2]刑昌鳳, 李亦偉. 船用電纜絕緣電阻自動檢測精度的分析與研究[J]. 海軍工程大學學報, 2002, 14(2):25-28.