:针对船舶供电系统电缆的绝缘状态问题，设计了一款电缆绝缘在线监测装置。装置采用低频交流注入法，在IT系统的中心点注入低频的交流信号，通过取样电路和A/D量化检测注入信号在电路中的响应，采用FIR滤波器及DFT算法提取注入信号，计算出系统的绝缘电阻和分布电容。基于MCGS嵌入版组态软件开发出人机交互界面，使测量装置操作更加便捷，更方便地监控IT系统的绝缘状态。实验验证该方法切实可行，装置测量精度高，数据稳定性好，能更好地评估系统的绝缘状态。
由于船舶的工作环境十分恶劣，因此船舶电力网络系统很容易发生绝缘故障。船舶供电系统一般采用IT系统。IT系统是指中性点不接地或经高电阻接地的低压配电网络。根据IEC等相关标准规定，当IT系统发生第一次单相接地故障或绝缘电阻低于规定的整定值时，可继续运行，但应有绝缘监测器发出报警信号。
目前，用于IT系统绝缘检测的方法主要有直流叠加法、单频法、双频法、“S”注入法和零序电流法。几种检测方法中，直流法监测的是整个电网的绝缘情况，无法判断具体的某一线路，需在各支路加装互感器后能够进行选线，但是无法测量系统的分布电容大小。双频法需要给电网输入两种不同频率的检测信号，使得整个检测网络变得复杂，极大地降低了检测设备工作的可靠性；“S”注入法通常用于判断电网电力网络的单相接地故障，无法判断整个电力网络的绝缘问题。单频法原理简单，能同时测量出系统绝缘电阻和分布电容，克服了双频法变频控制装置复杂等弊端。
低频交流注入法是在IT供电系统的绝缘变压器的负荷中性点注入一个低频交流信号，通过实时监测IT系统的等效绝缘电阻和分布电容，实现对供电系统整体绝缘状态的监测。
绝缘监测装置的系统总体设计结构如图2所示。绝缘监测硬件电路主要包含低频信号源产生电路，A/D转换，MCU控制单元。主控芯片采用STM32F4系列MCU，该系列芯片是集成了单周期DSP指令和FPU，可以进行复杂的计算和控制。
软件设计采用模块化的设计思路，包含信号源需要的PWM信号产生程序，A/D转换程序，FIR滤波设计，DFT算法程序，RS485通讯程序等。系统上电首先进行硬件配置，RS485初始化，A/D模块初始化，然后产生两路PWM信号输出到信号源产生电路，启动数据采集程序，将A/D转换得到的数据进行滤波，滤波后的信号进行DFT计算，从而计算出系统的绝缘电阻和分布电容，将计算的数据传给上位机。主程序流程图如图3所示。
考虑到软件计算时间和硬件存储空间，滤波阶数不宜过多，所以将通带适当放宽，阻带信号衰减设为60dB，采样率为24K，通带截止频率为5Hz，阻带截止频率为50Hz，计算出达到设定的滤波效果需要1053阶[16]。图4为该滤波器的幅频响应。由图4中可以看到，在50Hz及之后的频率段信号衰减到60dB以下，有效的抑制了采样信号中工频信号和高次谐波的干扰。
表1针对电阻和电容并联的情况进行测试。表1记录了当电阻为10K和100K的情况下，并联不同大小的电容时，电阻，电容以及两者并联的阻抗的相位角。表中的数据表明，当电阻的值较小时，电容的大小对电阻的测量值影响很小，电阻的测量误差在1%左右，电容的测量值几乎没有误差；当电阻的值较大时，并联的电容越大，对电阻的测量值影响也越大，电阻的测量误差在10%左右。5.2在线状态下测试结果离线状态下对装置的测试，验证了本文提出的测量方法的正确性和可行性，但是还需要测量装置在在线状态的精确度和稳定性。
在线状态下测量等效绝缘电阻和分布电容时，因为低频交流信号是加在隔离变压器的中性点上的，变压器中的电感会对电容的测量精度产生一定的影响。因为电容内部存在漏电阻，即等效在电容两端并联一个兆欧级别的电阻，实验时将三个电容并联构成10μF的电容，则在电容两端等效并联的电阻大大减小，所以随着测量电阻值的增大，误差也越明显。
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