三相四线IT系统绝缘性能监测方法

摘要

一种三相四线IT系统绝缘性能监测方法，由包括控制器单元、绝缘信号取样单元、电源信号取样单元的装置实现。电源信号取样单元、绝缘信号取样单元分别用于获取监测窄脉冲电压信号、对地窄脉冲电压信号并送至控制器单元；绝缘信号取样单元有含第一电子开关的第一信号取样支路，含第二电子开关的第二信号取样支路以及含第三电子开关的第三信号取样支路，以及取样电阻；对地窄脉冲电压信号由控制器单元控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。所述方法无需注入外加独立信号，即可实现对三相四线IT系统的绝缘性能在线监测，判断并定位单根相线或中性线的对地短路故障，判断并定位单根相线的对地绝缘不良并计算其对地绝缘电阻值。

权利要求

1.一种三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：

将监测窄脉冲电压加载在相线与中性线之间通过保护地形成的回路上，形成相应的相线对地窄脉冲电压，并依据相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压进行绝缘性能在线检测；所述监测窄脉冲电压通过控制三相四线IT系统相电压以脉冲的方式加载形成；所述相电压以脉冲的方式加载通过电子开关脉冲式开通实现；所述电子开关脉冲式开通的时刻为三相四线IT系统相电压的过零点；

所述绝缘性能监测方法由包括控制器单元、绝缘信号取样单元和电源信号取样单元的绝缘性能在线检测装置实现；

所述绝缘信号取样单元包括第一信号取样支路、第二信号取样支路、第三信号取样支路以及取样电阻；第一信号取样支路包括串联连接的第一电子开关和第一限流电阻，第二信号取样支路包括串联连接的第二电子开关和第二限流电阻，第三信号取样支路包括串联连接的第三电子开关和第三限流电阻；第一信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线A，第二信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线B，第三信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线C；第一信号取样支路的另外一端、第二信号取样支路的另外一端和第三信号取样支路的另外一端与取样电阻的一端连接，取样电阻的另外一端连接至保护地；

所述相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压共6组，包括相线A第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压。

2.根据权利要求1所述的三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：所述相线A第一对地窄脉冲电压及相线A第二对地窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相线B第二对地窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相线C第二对地窄脉冲电压由控制器单元分别控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。

3.根据权利要求2所述的三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：具体步骤包括：

步骤1、在所述6组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中，至少进行其中4组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的采样；

步骤2、联立4组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的关系表达式并组成方程组；

步骤3、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值和中性线N对地绝缘电阻值；

步骤4、结果处理，回到步骤1。

4.根据权利要求2所述的三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：具体步骤包括：

步骤一、对所述6组相线对地窄脉冲电压和监测窄脉冲电压进行采样；

步骤二、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果相线A、相线B、相线C和中性线N的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

步骤三、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果中性线N对地短路，转到步骤六；

步骤四、根据相线对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C中的1根相线对地短路或者对地绝缘不良，则计算该相线的对地绝缘电阻值，转到步骤六；

步骤五、取6组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中的4组组成4个关系表达式；将4个关系表达式联立组成方程组；解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值和中性线N对地绝缘电阻值；

步骤六、结果处理，回到步骤一。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：所述第一信号取样支路还包括串联的第一二极管，所述第二信号取样支路还包括串联的第二二极管，所述第三信号取样支路还包括串联的第三二极管；

所述第一二极管使第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地；或者是，第一二极管使第一电子开关上的电流只能从保护地流向相线A，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从保护地流向相线B，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从保护地流向相线C。

6.根据权利要求5所述的三相四线IT系统绝缘性能监测方法，其特征在于：所述第一信号取样支路还包括第四二极管，第二信号取样支路还包括第五二极管，第三信号取样支路还包括第六二极管；所述第四二极管反向并联在第一电子开关上，第五二极管反向并联在第二电子开关上，第六二极管反向并联在第三电子开关上。

说明书

三相四线IT系统绝缘性能监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电路系统绝缘性能监测方法，尤其是一种三相四线IT系统绝缘性能监测方法。

背景技术

[0002] 矿井、野外医疗车、船舶等负荷供电时，要求供电的可靠性高，安全性好，采用IT系统供电是一种很好的选择。IT系统出现第一次故障时故障电流小，电气设备金属外壳不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，使电气设备继续运行，但需要对其电能质量及绝缘性能进行在线监测并通过报警装置告知，及时检查消除故障。

[0003] 目前的IT系统绝缘在线监测中，广泛采用基于注入信号的检测方法，通过采集注入信号时采样电阻的电压或者IT系统相线上的电流，当IT系统对地短路或者绝缘劣化时，其对地绝缘电阻下降，注入信号时采样电阻上的电压或者IT系统相线上的电流中故障特征量剧增，可据此进行判断。采用注入信号法监测IT系统绝缘时，不管注入的是直流信号、单频交流信号，还是双频交流信号，都需要相应的独立信号源，系统复杂；且独立信号源的电压有效值不允许超过50V，给故障特征量的判断及故障选线定位带来困难。

发明内容

[0004] 为了解决IT系统绝缘在线监测中存在的问题，本发明提供了一种三相四线IT系统绝缘性能监测方法，将监测窄脉冲电压加载在相线与中性线之间通过保护地形成的回路上，形成相应的相线对地窄脉冲电压，并依据相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压进行绝缘性能在线检测。

[0005] 所述监测窄脉冲电压通过控制三相四线IT系统相电压以脉冲的方式加载形成；所述相电压以脉冲的方式加载通过电子开关脉冲式开通实现。所述电子开关脉冲式开通的时刻为某一三相四线IT系统相电压的过零点，所述监测窄脉冲电压为非过零相的相电压。

[0006] 所述绝缘性能监测方法由包括控制器单元、绝缘信号取样单元和电源信号取样单元的绝缘性能在线检测装置实现。

[0007] 所述绝缘信号取样单元包括第一信号取样支路、第二信号取样支路、第三信号取样支路以及取样电阻；第一信号取样支路包括串联连接的第一电子开关和第一限流电阻，第二信号取样支路包括串联连接的第二电子开关和第二限流电阻，第三信号取样支路包括串联连接的第三电子开关和第三限流电阻；第一信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线A，第二信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线B，第三信号取样支路的一端连接至三相四线IT系统的相线C；第一信号取样支路的另外一端、第二信号取样支路的另外一端和第三信号取样支路的另外一端与取样电阻的一端连接，取样电阻的另外一端连接至保护地。

[0008] 所述相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压共6组，包括相线A第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压。所述相线A第一对地窄脉冲电压及相线A第二对地窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相线B第二对地窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相线C第二对地窄脉冲电压由控制器单元分别控制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通获取。

[0009] 所述绝缘性能监测方法的具体步骤包括：

[0010] 步骤1、在所述6组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中，至少进行其中4组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的采样；

[0011] 步骤2、联立4组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的关系表达式并组成方程组；

[0012] 步骤3、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值和中性线N对地绝缘电阻值；

[0013] 步骤4、结果处理，回到步骤1。

[0014] 所述绝缘性能监测方法的具体步骤或者是包括：

[0015] 步骤一、对所述6组相线对地窄脉冲电压和监测窄脉冲电压进行采样；

[0016] 步骤二、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果相线A、相线B、相线C和中性线N的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

[0017] 步骤三、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果中性线N对地短路，转到步骤六；

[0018] 步骤四、根据相线对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C中的1根相线对地短路或者对地绝缘不良，则计算该相线的对地绝缘电阻值，转到步骤六；

[0019] 步骤五、取6组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中的4组组成4个关系表达式；将4个关系表达式联立组成方程组；解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值和中性线N对地绝缘电阻值；

[0020] 步骤六、结果处理，回到步骤一。

[0021] 所述第一信号取样支路还包括串联的第一二极管，所述第二信号取样支路还包括串联的第二二极管，所述第三信号取样支路还包括串联的第三二极管；所述第一二极管使第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地；或者是，第一二极管使第一电子开关上的电流只能从保护地流向相线A，第二二极管使第二电子开关上的电流只能从保护地流向相线B，第三二极管使第三电子开关上的电流只能从保护地流向相线C。

[0022] 所述第一信号取样支路还包括第四二极管，第二信号取样支路还包括第五二极管，第三信号取样支路还包括第六二极管；所述第四二极管反向并联在第一电子开关上，第五二极管反向并联在第二电子开关上，第六二极管反向并联在第三电子开关上。二极管反向并联在电子开关上，指的是二极管的阴极连接至电子开关的电流流入端，阳极连接至电子开关的电流流出端。

[0023] 所述绝缘性能在线检测装置还可以包括报警单元、人机交互单元、校验单元中的一个单元或者多个单元。

[0024] 本发明的有益效果是：(1)无需注入外加独立信号，即可实现对三相四线IT系统的绝缘性能在线监测；(2)监测信号是直流窄脉冲电压，可以消除相线对地电容对绝缘电阻监测的影响；(3)能够准确判断并定位单根相线或者中性线的对地短路故障；(4)能够准确判断并定位单根相线的对地绝缘不良并计算对地绝缘电阻值；(5)能够计算出三相四线IT系统3根相线和中性线各自的对地绝缘电阻值，除能够监测短路故障外，还能够判断相线绝缘劣化的程度。

附图说明

[0025] 图1为绝缘性能在线检测装置实施例组成框图；

[0026] 图2为绝缘信号取样单元实施例电路原理图；

[0027] 图3为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关开通时的等效电路图；

[0028] 图4为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关开通时的等效电路图；

[0029] 图5为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关开通时的等效电路图；

[0030] 图6为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关在UC＝0开通时的等效电路图；

[0031] 图7为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关在UB＝0开通时的等效电路图；

[0032] 图8为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关在UA＝0开通时的等效电路图；

[0033] 图9为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关在UC＝0开通时的等效电路图；

[0034] 图10为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关在UB＝0开通时的等效电路图；

[0035] 图11为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关在UA＝0开通时的等效电路图；

[0036] 图12为三相交流相电压波形及相线对地窄脉冲电压信号示意图。

具体实施方式

[0037] 以下结合附图对本发明作进一步说明。

[0038] 如图1所示为绝缘性能在线检测装置实施例组成框图。图1实施例包括控制器单元100、绝缘信号取样单元200、电源信号取样单元300、校验单元400、报警单元500、人机交互单元600。A、B、C分别为三相交流IT系统的相线A、相线B、相线C，N为三相交流IT系统的中性线；PE为IT系统的保护导体或者保护地。

[0039] 如图2所示为绝缘信号取样单元实施例电路原理图，包括第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3、第一限流电阻RE1、第二限流电阻RE2、第三限流电阻RE3、取样电阻RS、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6；第一电子开关M1、第一限流电阻RE1、第一二极管D1、第四二极管D4组成第一信号取样支路，第二电子开关M2、第二限流电阻RE2、第二二极管D2、第五二极管D5组成第二信号取样支路，第三电子开关M3、第三限流电阻RE3、第三二极管D3、第六二极管D6组成第三信号取样支路。图2中，K1、K2、K3分别为第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的控制信号，K1、K2、K3来自控制器单元；R0、R1、R2、R3分别为中性线N、相线A、相线B、相线C的对地绝缘电阻。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关为全控型电子开关，图2实施例中，M1、M2、M3采用三极管型光电耦合器。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关也可以用直流固态继电器或者其他全控型电子开关来替换。

[0040] 图2实施例中，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6分别保护第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3，使其免遭过高的反向电压；当第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关能够承受所在电路的反向电压时，第四二极管、第五二极管、第六二极管并不必要。

[0041] 所述装置将监测窄脉冲电压加载在相线与中性线之间及相线之间通过保护地形成的回路上，形成相应的相线对地窄脉冲电压；依据监测窄脉冲电压及相应的相线对地窄脉冲电压进行绝缘性能在线检测；监测窄脉冲电压通过控制三相四线IT系统相电压以脉冲的方式加载形成。第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关均为短时间的、脉冲式的开通，且每次只控制其中的一个开通与导通。第一电子开关可以控制在相线A电位高于等于保护地PE电位时开通，此时第一电子开关上的电流只能从相线A流向保护地PE，或者是控制在相线A电位低于保护地PE电位时开通，此时第一电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线A；同样地，第二电子开关可以控制在相线B电位高于保护地PE电位时开通，此时第二电子开关上的电流只能从相线B流向保护地PE，或者是控制在相线B电位低于保护地PE电位时开通，此时第二电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线B；第三电子开关可以控制在相线C电位高于保护地PE电位时开通，此时第三电子开关上的电流只能从相线C流向保护地PE，或者是控制在相线C电位低于保护地PE电位时开通，此时第三电子开关上的电流只能从保护地PE流向相线C。由于保护地PE电位与A、B、C三相电位及其对地绝缘相关，因此，当某相相电压高于或者等于另外两相相电压时，该相线电位肯定高于等于保护地PE电位；或者是当某相相电压低于或者等于另外两相相电压时，该相线电位肯定低于等于保护地PE电位。

[0042] 图2实施例中，第一二极管D1使第一电子开关M1的电流只能从相线A流向保护地PE，第二二极管D2使第二电子开关M2电流只能从相线B流向保护地PE，第三二极管D3使第三电子开关M3电流只能从相线C流向保护地PE；当第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关具有单向导通性能且没有并联第四二极管、第五二极管、第六二极管时，第一二极管、第二二极管、第三二极管并不必要。

[0043] 将图2实施例中的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6中的部分反向连接，第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的电流方向中的部分反向连接，则M1、M2、M3的电流只能部分从保护地PE流向相线，其余部分的从相线流向保护地PE。当将图2实施例中的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6全部反向连接，第一电子开关M1、第二电子开关M2、第三电子开关M3的电流方向全部反向连接，则第一二极管D1使第一电子开关M1的电流只能从保护地PE流向相线A，第二二极管D2使第二电子开关M2电流只能从保护地PE流向相线B，第三二极管D3使第三电子开关M3电流只能从保护地PE流向相线C。

[0044] 如图3所示为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关开通时的等效电路图，相线A对地窄脉冲电压U1由控制器单元控制M1开通获取。图3中开通M1时，相线A电位应高于保护地PE电位。令RE1＝RE，有R4＝RE1+RS＝RE+RS。此时有

[0045]

[0046] 如图4所示为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关开通时的等效电路图，相线B对地窄脉冲电压U2由控制器单元控制M2开通获取。图4中开通M2时，相线B电位应高于保护地PE电位。令RE2＝RE，有R4＝RE2+RS＝RE+RS。此时有

[0047]

[0048] 如图5所示为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关开通时的等效电路图，相线C对地窄脉冲电压U3由控制器单元控制M3开通获取。图5中开通M3时，相线C电位应高于保护地PE电位。令RE3＝RE，有R4＝RE3+RS＝RE+RS。此时有

[0049]

[0050] 式(1)、式(2)、式(3)中，共只有R0、R1、R2、R3等4个未知量，要通过解方程求出R0、R1、R2、R3，监测窄脉冲电压及相应的相线对地窄脉冲电压至少有4组，即式(1)、式(2)、式(3)中，至少有一个应该在不同的监测窄脉冲电压条件下测量2次，最终得到至少4个表达式。分析式(1)、式(2)、式(3)可知，分别在UA＝0，或者是UB＝0，或者是UC＝0进行测量，不但可以得到不同的监测窄脉冲电压条件，还能够简化表达式。

[0051] 如图6所示为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关在UC＝0开通时的等效电路图，相线A对地窄脉冲电压为相线A第一对地窄脉冲电压U11，相应的监测窄脉冲电压为UA1、UB1。此时有

[0052]

[0053] 如图7所示为绝缘信号取样单元实施例第一电子开关在UB＝0开通时的等效电路图，相线A对地窄脉冲电压为相线A第二对地窄脉冲电压U12，相应的监测窄脉冲电压为UA2、UC2。此时有

[0054]

[0055] 如图8所示为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关在UA＝0开通时的等效电路图，相线B对地窄脉冲电压为相线B第一对地窄脉冲电压U21，相应的监测窄脉冲电压为UB3、UC3。此时有

[0056]

[0057] 如图9所示为绝缘信号取样单元实施例第二电子开关在UC＝0开通时的等效电路图，相线B对地窄脉冲电压为相线B第二对地窄脉冲电压U22，相应的监测窄脉冲电压为UB4、UA4。此时有

[0058]

[0059] 如图10所示为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关在UR＝0开通时的等效电路图，相线C对地窄脉冲电压为相线C第一对地窄脉冲电压U31，相应的监测窄脉冲电压为UC5、UA5。此时有

[0060]

[0061] 如图11所示为绝缘信号取样单元实施例第三电子开关在UB＝0开通时的等效电路图，相线C对地窄脉冲电压为相线C第二对地窄脉冲电压U32，相应的监测窄脉冲电压为UC6、UB6。此时有

[0062]

[0063] 图12所示为三相交流相电压波形及相线对地窄脉冲电压信号示意图。图12中，UA、UB、UC为相线A、相线B、相线C的相电压，脉冲1、脉冲2、脉冲3、脉冲4、脉冲5、脉冲6所示时刻分别为相线A第一对地窄脉冲电压U11、相线A第二对地窄脉冲电压U12、相线B第一对地窄脉冲电压U21、相线B第二对地窄脉冲电压U22、相线C第一对地窄脉冲电压U31、相线C第二对地窄脉冲电压U32的测量时刻。

[0064] 式(4)至式(9)分别为根据6组监测窄脉冲电压及相应的对地窄脉冲电压组成的关系表达式。联立式(4)至式(9)中的任意4个表达式，即可计算出R0、R1、R2、R3，计算的具体步骤包括：

[0065] 步骤1、在相线A第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中，至少进行其中4组对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的采样；

[0066] 步骤2、联立4组相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压的关系表达式并组成方程组；

[0067] 步骤3、解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值、中性线N对地绝缘电阻值；

[0068] 步骤4、结果显示及报警处理，回到步骤1。

[0069] 步骤3中解方程组时，可以采用各种数值方法来得到R0、R1、R2、R3。

[0070] 在系统的部分状态，M1、M2、M3分别开通时测量得到的相线A第一对地窄脉冲电压U11、相线A第二对地窄脉冲电压U12、相线B第一对地窄脉冲电压U21、相线B第二对地窄脉冲电压U22、相线C第一对地窄脉冲电压U31、相线C第二对地窄脉冲电压U32见表1。

[0071] 表1

[0072]

[0073] 从表1数据可以看出，当A、B、C、N对地绝缘正常时，R0、R1、R2、R3的数值很大，因此，U11、U12、U21、U22、U31、U32全部接近为0值。

[0074] 当A对地短路或者是仅A对地绝缘不良时，U11、U12接近为0值，而U21、U22、U31、U32全部为非0值。此时，只需要在U21、U22、U31、U32及他们相应的监测窄脉冲电压UB3、UBA4、UCA5、UC6中选择1组测量值即可计算R1的阻值。例如，采用相线B第一对地窄脉冲电压U21及相应的监测窄脉冲电压UB3计算R1，有

[0075]

[0076] 当计算得到的R1特别小时，相线A对地短路，否则R1为相线A对地绝缘不良的电阻值。

[0077] 当B对地短路或者是仅B对地绝缘不良时，U21、U22接近为0值，而U11、U12、U31、U32全部为非0值。此时，只需要在U11、U12、U31、U32及他们相应的监测窄脉冲电压UAB1、UA2、UC5、UCB6中选择1组测量值即可计算R2的阻值。例如，采用相线C第一对地窄脉冲电压U31及相应的监测窄脉冲电压UC5计算R2，有

[0078]

[0079] 当计算得到的R2特别小时，相线B对地短路，否则R2为相线B对地绝缘不良的电阻值。

[0080] 当C对地短路或者是仅C对地绝缘不良时，U31、U32接近为0值，而U11、U12、U21、U22全部为非0值。此时，只需要在U21、U22、U31、U32及他们相应的监测窄脉冲电压UA1、UAC2、UBC3、UB4中选择1组测量值即可计算R3的阻值。例如，采用相线A第一对地窄脉冲电压U11及相应的监测窄脉冲电压UA1计算R3，有

[0081]

[0082] 当计算得到的R3特别小时，相线C对地短路，否则R3为相线C对地绝缘不良的电阻值。

[0083] 当中性线N对地短路时，U11、U12接近A相的相电压，U21、U22接近B相的相电压，U31、U32接近C相的相电压。

[0084] 当中性线N对地绝缘不良，或者是相线A、相线B、相线C、中性线N中有2根或者是2根以上的线对地绝缘不良时，U11、U12、U21、U22、U31、U32全部为非0值，此时根据对地窄脉冲电压U11、U12、U21、U22、U31、U32及他们相应的监测窄脉冲电压无法区分相线A、相线B、相线C、中性线N中的哪些绝缘良好，哪些对地绝缘不良，或者是全部对地绝缘不良。此时，可以使用前述联立式(4)至式(9)中的任意4个表达式计算R0、R1、R2、R3的方法，对R0、R1、R2、R3进行求取。

[0085] 当对监测窄脉冲电压、相线对地窄脉冲电压进行多次测量得到多个测量值；联立多组表达式计算得到同一相线绝缘电阻值的多个计算结果；或者是对同一个分压比、多个分压比进行多次测量与计算，得到同一相线的绝缘电阻值有多个计算结果时，应该对多个测量值、多个计算结果进行包括求算术平均值、中位值、滑动平均值、中位值平均值，或者是其他方式的数据处理后得到相应的测量值或者最终计算结果。

[0086] 相线A第一对地窄脉冲电压U11、相线A第二对地窄脉冲电压U12通过采集第一电子开关M1分别在UC＝0、UB＝0开通时取样电阻RS上的电压得到，如图6、图7所示，有[0087]

[0088] 或者

[0089]

[0090] 相线B第一对地窄脉冲电压U21、相线B第二对地窄脉冲电压U22通过采集第二电子开关M2分别在UA＝0、UC＝0开通时取样电阻RS上的电压得到，如图8、图9所示，有[0091]

[0092] 或者

[0093]

[0094] 相线C第一对地窄脉冲电压U31、相线C第二对地窄脉冲电压U32通过采集第三电子开关M3分别在UB＝0、UA＝0开通时取样电阻RS上的电压得到，如图10、图11所示，有[0095]

[0096] 或者

[0097]

[0098] 为限制第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关开通时相线A、B、C的对地电流，第一限流电阻RE1、第二限流电阻RE2、第三限流电阻RE3的电阻值根据需要确定，优选其电阻值大于500kΩ,特别是优选其电阻值大于2MΩ。

[0099] 第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关的开通时间均很短，此时加载在相线之间、通过PE形成的回路上的监测窄脉冲电压相当于是直流窄脉冲电压，由于相线的对地电容小，对取样电阻RS上的电压进行采样时，直流窄脉冲电压已完成对对地电容的充放电，可以避免相线对地电容对绝缘监测造成影响。

[0100] 通常情况下，相线A、相线B、相线C、中性线N出现对地绝缘故障时，更多的是其中之一出现对地短路或者绝缘不良的状况，因此，所述装置实现绝缘性能在线检测的具体步骤包括：

[0101] 步骤一、采样获取相线对地窄脉冲电压及其相应的监测窄脉冲电压，包括相线A第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线A第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线B第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第一对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压、相线C第二对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压；

[0102] 步骤二、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果相线A、相线B、相线C、中性线N的对地绝缘均正常，则回到步骤一；

[0103] 步骤三、根据相线对地窄脉冲电压进行判断，如果中性线N对地短路，转到步骤六；

[0104] 步骤四、根据相线对地窄脉冲电压信号进行判断，如果相线A、相线B、相线C中的1根相线对地短路或者对地绝缘不良，则计算该相线的对地绝缘电阻值，转到步骤六；

[0105] 步骤五、联立相线对地窄脉冲电压及相应的监测窄脉冲电压中的4组关系表达式并组成方程组；解方程组，求取相线A对地绝缘电阻值、相线B对地绝缘电阻值、相线C对地绝缘电阻值、中性线N对地绝缘电阻值；

[0106] 步骤六、结果处理，回到步骤一。

[0107] 电源信号取样单元用于获取相线交流电压信号并送至控制器单元。相线交流电压信号包括相电压UA、UB、UC等的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号。相电压的过零点可以采用过零检测电路输出过零脉冲进行检测以及已知的过零点进行推算得到，与过零点对应的监测窄脉冲电压信号可以在监测窄脉冲电压信号的相应时刻对相电压分压电路的输出进行采样获取。相线交流电压信号包括相电压的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号也可以由控制器单元对电源信号取样单元输入的相电压连续采样数据分析得到，此时，控制器单元需要控制电源信号取样单元对相电压UA、UB、UC进行连续采样。如何设计电源信号取样单元并通过控制器单元实现对三相相电压信号进行连续采样，以及对连续采样数据进行分析得到相电压UA、UB、UC的过零点以及与过零点对应的监测窄脉冲电压信号，是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。

[0108] 当三相四线IT系统的对地绝缘劣化或者有对地短路故障，相线对地绝缘电阻小于设定的阈值电阻时，控制器单元通过报警单元报警。人机交互单元用于实现阈值电阻的设定、各相线对地绝缘电阻值显示等功能。进行报警单元和人机交互单元的设计并实现所需功能是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。

[0109] 校验单元用于对所述绝缘性能的监测进行功能校验。图1所示实施例中，校验单元400由人机交互单元通过控制器单元进行控制。校验单元也可以直接由人机交互单元控制，即直接由开关、按钮进行控制。进行功能校验时，校验单元在相线A与保护地之间，或者是在相线B与保护地之间，或者是在相线C与保护地之间，或者是在中性线N与保护地之间，或者是同时在多根相线、中性线与保护地之间接入校验电阻，观察装置是否能够正常工作。直接由开关、按钮控制，或者是由人机交互单元通过控制器单元进行控制，相线A与保护地之间，或者是在相线B与保护地之间，或者是在相线C与保护地之间，或者是在中性线N与保护地之间，或者是同时在多根相线、中性线与保护地之间接入校验电阻，是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。

[0110] 控制器单元包括MCU以及A/D转换器、信号调理电路等功能模块和电路。电源信号取样单元输出的相线交流电压信号、绝缘信号取样单元输出的相线对地窄脉冲电压信号经信号调理电路处理后送至A/D转换器，A/D转换器输出数据交由MCU处理；相线交流电压信号中如果包括有过零脉冲，则过零脉冲直接送至MCU。MCU与绝缘信号取样单元、校验单元、报警单元、人机交互单元等有电连接关系，以进行相关的信息传递。控制核心MCU可以选择DSP、ARM、单片机、CPLD、PLC等微控制器或者控制设备。如何选择和使用A/D转换器，以及如何设计信号调理电路使电源信号取样单元、绝缘信号取样单元输出的信号满足A/D转换器对信号输入的要求，是本领域专业技术人员所掌握的常规技术。

[0111] 所述装置还包括有直流电源单元。直流电源单元可采用外置电源，也可以由三相交流电压降压、整流、滤波、稳压后获得。