武汉铁工科技有限公司发布：
摘 要：近几年来,由于电力生产自动化水平的不断提高,特别是闸门的PLC和上位机控制在乌江渡发电厂的广泛应用,原闸门电动机在启动前必须要到现场手动测试绝缘电阻,合格后才能启动电动机,有的不经常启动的电机也需要在启动前了解其绝缘状况,这种检测方式严重的阻碍了大型机械设备自动化水平的提高,特别是大型闸门无法实现真正的上位机远方控制。鉴于此,我们开发一种能自动检测电动机的装置,以便准确地监控本厂所有防汛电机定子、转子的真实绝缘情况。
关键词：WJD2型; 自动检测电动机绝缘装置; 实时测量; 实时显示; 实时报警; 实时控制
1 概述
近几年来，由于电力生产自动化水平的不断提高，特别是闸门的PLC和上位机控制在乌江渡发电厂的广泛应用,原闸门电动机在启动前必须要到现场手动测试绝缘电阻，合格后才能启动电动机,部分不经常启动的电机也需要在启动前了解其绝缘状况,这种检测方式严重的阻碍了大型机械设备自动化水平的提高，特别是大型闸门无法实现真正的上位机远方控制。另外由于我国南方空气的湿度较大，本厂防汛人员在检查测试设备时,多次发现左、右泄、1#～ 6#孔泄洪闸门电机（容量60KW）定子、转子绝缘测量范围变化很大（0MΩ～40MΩ）,这严重影响了大坝防汛安全。鉴于此，我们能否开发一种装置,以便准确地监控本厂所有防汛电机定子、转子的真实绝缘情况？2000年7月初，我们经过多方考察，最终决定与贵阳新光电气公司合作开发这一项目。该装置主要应用于对电机定子、转子对地绝缘的实时测量、显示、报警及控制。该装置具有直观、准确、能远方监控、可与计算机可编程控制组网通讯、测量精度高等特点。
- 设计要求达到主要性能指标
2.1 能用普通的220V交流电源对电动机至少4个测点进行自动检测。
2.2 检测范围在0～50MΩ。精度：≤2MΩ时，±0.1MΩ；≥2MΩ时，±10%。
2.3 绝缘检测时间为20～180S且可以通过键盘整定。
2.4 有3个开关量输出接口：绝缘正常信号、绝缘降低信号、绝缘过低信号，以便能在计算机或PLC上控制。
2.5 应有带隔离的RS—485通讯接口，它将电机的绝缘状态、装置的运行状态等参数送往上位机。
2.6 能记忆最近一次检测的绝缘值。
2.7 抗干扰能力强，能长期安全、可靠的运行。
3 与国内外同类技术比较
由于该装置能实行现地、远方、PLC监测电动机的绝缘情况，且具有直观、准确、能远方监控、可与计算机或可编程控制组网通讯、测量精度高安装调试方便等特点。因此与国内同类技术相比，具有较多的优越性。该技术的创造性、先进性主要体现在：
3.1 该装置集测量、显示、报警、控制等多功能于一体，便于现场安装、维护及管理（国类同类装置：500V摇表只能人工现地检测）。
3.2 能随时准确地测定电机的定子、转子绝缘情况。
3.3 具有RS-485通信接口，能适应计算机监控系统发展的需要。
3.4 特别适应用于环境潮湿且必须经常检测绝缘的电动机设备，它可减少操作人员的工作量，大大的提高了工作效益。
- 研制技术方案
WJD2型电机绝缘检测装置采用500V直流信号发生器，用来在Intel 8098微处器的控制下，对两台电机转子、定子分别自动进行绝缘检测（见方框硬件图1），通过检测结果判断是否能启动所控设备。该装置的基本原理：
220V交流电源经环型变压器和整流后，变为500V直流；在Intel 8098微处器的控制下，对两台电机转子、定子的泄漏电流、耐压值进行检测，采用模数转换器（A/D）分别将各个检测点的泄漏电流、耐压值转换为数字量并送往微电脑控制器，计算绝缘值。通过检测结果发出绝缘正常信号或绝缘降低信号或绝缘过低信号，实现在计算机或PLC上的控制。
4.1 方框硬件图
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220V
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图1 方框硬件图
4.2 500V直流电源发生器图（见图2）
其中:
T为环形变压器,除隔离作用外,采用环形变压器的优点还有就是对外产生的干扰小,空载损耗小,体积小。
Jc接点由微电脑控制是否投入500V直流电压发生器, C3 、R7的作用是消除Jc接点产生的干扰,D1、D2、C1、C2组成直流倍压电路。R2限制启动电流,同时又与WD1作稳压的作用。R3为测量电压回路,R4为测量电流回路，WD2～WD5为保护电路，R5为限制电动机短路时的短路电流。
J! 1#定子
R5 J2 1#转子
120V J3 2#定子
JC D1 C1 R2 J4 2#转子
220V交流 R7 WD1 WD2 J5
C3 R3 R6
D2 C2 WD3
T R4
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WD4 WD5
图2 500V直流电源发生器图
防止烧坏500V直流发生器。
RS—485通讯采用具有过电压保护的184芯片（见图3）通过光电隔离、电源隔离将外部通讯线与微电脑隔离，使本机与其它上位机没有电的直接联系,避免上、下位机的互相影响。
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图3
4.2 软件流程（见图4，软件采用汇编语言编写,以提高运行的速度）
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图4 软件流程
4.3 面板图（见图5）
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正 常 降 低 过 低 正在检测 闭 锁
○ ○ ○ ○ ○
交流电动机自动检测装置
图5 面板图
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1#定子A相 |
1#转子A相 |
空 |
正常信号 |
过低信号 |
空 |
+15V |
RS--485 |
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A |
B |
C |
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○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
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○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
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2#定子A相 |
2#转子A相 |
接大地 |
降低信号 |
COM |
启动检测 |
退出检测 |
空 |
220V |
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4.4 背板端子接线图(见图6)
图6 背板端子接线图
4.4.1 开关量输出线（均为无源接点输出，内部也连接）
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绝缘正常信号
绝缘过底信号
绝缘降低信号
COM
接点容量可直接驱动220V及以下电压型中间继电器。
4.4.2 开入量输出线
15V
启动检测
退出检测
备注：两点都为无源接点，不允许与其它电源联接。+15V由装置内部提供。
4.5 电机接线
1#电机定子
1#电机转子
2#电机定子
2#电机转子
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备注: 装置尺寸为:160mm（高）×160mm（宽）×250mm（深），开孔尺寸:150 mm（高）×150mm（宽）。
5 测试情况
在WJD2型自动绝缘检测装置安装前，我们把该装置送到有关检测部门检测，其检测值与实际值见表1：
表1 WJD2型自动绝缘检测装置测量值与实际值
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实际值 |
0.1MΩ |
0.2MΩ |
0.3MΩ |
0.4MΩ |
0.5MΩ |
0.6MΩ |
0.8MΩ |
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测量值 |
0.1MΩ |
0.2MΩ |
0.3MΩ |
0.4MΩ |
0.5MΩ |
0.6MΩ |
0.8MΩ |
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实际值 |
1.0MΩ |
1.3MΩ |
1.5MΩ |
1.8MΩ |
2.0MΩ |
4.0MΩ |
6.0MΩ |
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测量值 |
1.0MΩ |
1.3MΩ |
1.49MΩ |
1.78MΩ |
1.98MΩ |
3.97MΩ |
5.96MΩ |
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实际值 |
8.0MΩ |
10MΩ |
15MΩ |
18MΩ |
20MΩ |
30MΩ |
50MΩ |
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测量值 |
7.95MΩ |
9.95MΩ |
14.94MΩ |
17.93MΩ |
19.91MΩ |
29.9MΩ |
49.5MΩ |
从上表格测量值与实际值来比较，可以看出该装置检测准确，完全能达到设计的要求。
表2 2000年～2003年WJD2型电机绝缘检测装置所测量的值与500V摇表所测量的值
WJD2值 |
4．7MΩ |
3．0MΩ |
1．2MΩ |
18MΩ |
6．0MΩ |
2．5MΩ |
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500V值 |
4．71MΩ |
3．0MΩ |
1．2MΩ |
18．2MΩ |
6．01MΩ |
2．5MΩ |
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WJD2值 |
40MΩ |
0．87MΩ |
2MΩ |
0．4MΩ |
8MΩ |
10MΩ |
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500V值 |
40．5MΩ |
0．87MΩ |
2 MΩ |
0．4MΩ |
8．02MΩ |
10．3MΩ |
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WJD2值 |
0．5MΩ |
1．MΩ |
35MΩ |
7MΩ |
27MΩ |
50MΩ |
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500V值 |
0．5MΩ |
1．0MΩ |
34．8MΩ |
7．02MΩ |
27．3MΩ |
51MΩ |
从2000年～2003年的测量值分析(见表2)，WJD2型自动绝缘检测装置所测绝缘值与实际值非常的接近，而且稳定性能特别好，该装置在2年多的试运行中没有发现任何的隐患，说明它的稳定性能特别好，完全可以适应任何电动机的绝缘监控。
6 试验运行情况
WJD2型绝缘监测装置从2000年11月第一次安装在左泄洪洞大型深孔闸门及4#、5#、6#大型弧形闸门，2002年5月又在右泄洪洞大型深孔闸门及1#、2#、3#大型弧形闸门安装了该装置。在安装前我们对该装置进行了严格的检测和试验，其测试结果完全能满足任何大型电动机在任何恶劣情况下的运行检测要求。在这4年多的时间里，我们时刻对WJD2型绝缘监测装置进行了跟踪观察和试验比较，所得出的结果是：
6.1 WJD2型绝缘监测装置性能稳定，运行可靠。
6.2 能随时在现地、PLC、或任何一台上位机上监控WJD2型绝缘装置，并及时有效地查看有关电动机的绝缘值。若发现问题，其报警系统会提醒检修人员具体位置及绝缘状况，以便能及时处理电动机绝缘故障。
6.3 WJD2型绝缘监测装置检测电动机绝缘值送入PLC，绝缘值过低时能闭锁其回路。上位机和PLC都不能操作其电机，必须要在绝缘值过低信号消除后才能操作其回路（绝缘值≥0.5MΩ时）。
6.4 绝缘值降低时（绝缘值≤1MΩ时）发绝缘降低的信号。如2002年8月右泄洪洞启闭机由于潮气过大，绝缘值从2MΩ突降到0.4MΩ，我们从WJD2型绝缘监测装置得到这一信息后及时处理，使其绝缘正常，右泄洪洞启闭机方能正常的工作。
6.5 原来在启动任何一台闸门启闭机前必须到现场检测其两台电动机的定子、转子绝缘，现在在上位机上就可以监控所有电动机的绝缘电阻，为实现真正的远方操作打下了基础。
6.6 原WJD2型绝缘监测装置的外型尺寸为：75mm（高）×150mm（宽），外观精致美观，但美中不足的是内部器件散热效果较差，不利用于长时间投运的需要，为此我们对该装置进行了进一步的改进，改为150mm（高）×150mm（宽），现工作性能稳定、运行可靠正常。
6.7 为了预防检测与设备运转同时进行的误操作，我们建议对WJD2型绝缘监测装置的接线做了如下的的改动：
原来的方式+15V 启动WJD2型绝缘监测装置。
现在的方式+15V 启动WJD2型绝缘监测装置。
1JC 2JC
备注：1JC为上升接触器；2JC为下降接触器。
这样就可以有效的防止500V直流与电动机交流动力电源发生短路的事故。
7 操作使用说明
参照技术资料1（图5和图6）
接入220V交流电源，装置瞬间显示“P”后，接着显示自检绝缘电阻值，第一位“0”表示0号点（自检点），第2～4位显示被测绝缘电阻值，约6秒钟后显示20MΩ左右。“MΩ”灯亮，其余灯灭。
- 定绝缘降低、过低、检测时间整定值设 （设定）
顺序按“△” “▽” “写入” “设定”键，约6秒后进入设定功能，闭锁灯亮，输出状态被闭锁。
7.1.1 设定灯、降低灯、MΩ灯亮，表示设定绝缘降低值，范围是0.4MΩ～10MΩ。
7.1.2 设定灯、过低灯、MΩ灯亮，表示设定绝缘过低值，范围是0.4MΩ～10MΩ。过低整定值不能大于降低整定值，否则无效。
7.1.3 按“设定”键依次进入降低、过低、时间循环设定状态。
7.1.4 按“△”或“▽”键增、减整定值。
7.1.5 按“写入”键存入整定值，约6秒钟后回到自检状态。
- 手动检测电机绝缘
按“检测”键，“正在检测”灯亮，依次自动检测1号电机定子绝缘、1号电机转子绝缘、2号电机定子绝缘、2号电机定子绝缘。分别显示被检测点号、绝缘值和绝缘状态。4点检测结束后，循环显示4点的绝缘情况，同时输出开关量动作发信号（正常或降低或过低），约半分钟后返回，自动回到自检状态，同时RS--485通讯接口连续向外发送检测参数。中途退出检测应按“设定”键即可。在“检测”前，0号自检通道至少有6S的测试时间（下同）。
- 远方控制检测
“退出检测”开关接点断开，“启动检测”开关接点由断开到闭合并保持，则自动进入检测状态。远方控制设备应等待接受输出开关信号状态（绝缘正常、绝缘降低、绝缘过低）该信号状态保持约半分钟，然后再接收RS485的数据。整个检测过程完毕后，“启动检测”开关接点应断开。在电机运行时，“退出检测” 开关接点应闭合，使装置面板“检测”键无效，在电机停运时，应将“退出检测” 开关接点断开，以方便面板按键检测。
在检测过程中，“启动检测”接点断开或“退出检测” 开关闭合，都将中断检测，装置回到自检状态。
7.4 记忆操作 （查寻）
按“记忆”键，显示前一次检测的绝缘电阻值和绝缘状态，约半分钟后，自动回到自检状态，或按“设定”键退出记忆状态。如果给电源后，没有检测，按“记忆”键无效。
8 该装置设计完成后所达到的主要性能指标
8.1 装置内部采用500V直流信号发生器，在微电脑的控制下，可以对电机转子、定子自动进行绝缘检测。
8.2 绝缘检测时间为20～180S可以通过键盘整定，当绝缘值≤0.3MΩ时自动退出该点的检测。
8.3 实现用多路切换器对4个测点分别进行绝缘检测。
8.4 检测范围：0～50MΩ。精度：≤2MΩ时，±0.1MΩ；≥2MΩ时，±10%。
8.5 采用模数转换器（A/D）分别将各个监控点的泄漏电流、耐压值转换为数字量并送往微电脑控制器，再计算绝缘值。
8.6 具有2个开关量输入接口，其中一个作为外部控制启始命令，开始对电动机绝缘进行监控，另一个作为退出信号，监控结束后，本装置可自动解除监控状态。
8.7 具有3个开关量输出接口：绝缘正常信号、绝缘正常信号、绝缘正常信号。
8.8 具有带隔离的RS—485通讯接口，它将电机的绝缘状态、装置的运行状态等参数送往上位机。
8.9 装置用数码管方式显示各监控点的绝缘值，用LED显示绝缘状态。其分辨率为：0.01MΩ。
8.10 具有键盘操作功能，能整定绝缘降低值、 绝缘过底（整定范围：0.4～10 MΩ）以及耐压时间（20～180S），也可以通过按键对电机进行绝缘检测值。
8.11 能记忆最近一次检测的绝缘值。
8.12 装置使用交流220V供电。
8.13 装置抗干扰能力强，能长期安全、可靠的运行。
9 小结
该装置能实时准确地将电机的定子、转子绝缘情况通过计算机监控系统及时送到生产指挥中心，为操作人员提供了判断处理的依据，同时还可避免电机绝缘过低时启动而引起的误操作，对大坝的安全渡汛提供了可靠的保障，对稳定电力系统电能供给起到了积极的作用，经过4年多的现场试运行均未出现任何问题，说明它已具备在各种环境下，对不同类型、不同容量的电机绝缘的监测和控制。