一种电流互感器断线检测方法及一种测量装置与流程

本发明涉及一种电流互感器断线检测方法及具有电流互感器断线检测功能的测量装置。

背景技术：

随着现代电力电子和计算机技术的发展，人们对智能电器的功能、性能及可靠性提出了更多新要求。断路器是低压配电系统中的重要元件，其集成的功能越来越丰富，除了传统的三段保护外，还提供多种可选择的保护功能、丰富的测量及维护功能。智能控制器作为断路器的中枢部件，是实现断路器智能化的核心。其中电流测量是断路器实现各种测量及保护的基础，其准确性决定了各种测量及保护的性能指标。电流互感器是智能断路器实现电流测量、保护的基础元件，长期以来在电流测量和继电保护中具有不可替代的地位，通常有测量线圈和能量线圈两部分组成。在低压配电系统中，整个电流互感器套在断路器主回路母线上，测量线圈感应输出的电压在数值上与一次电流成正比，作为智能控制器的在线参数测量、保护信号输入；能量线圈感应出自身电势作为智能控制器工作电源之一。智能断路器中的电流互感器运行时间较长、环境较复杂，必须具有较好的可靠性，保证断路器正常工作。一旦电流互感器出现故障，轻则影响断路器电力参数的测量，严重时会导致断路器误动作。因此，保证断路器电流测量准确性及监测电流互感器的工作状态，成为提高智能断路器工作性能及可靠性的重要措施。

在现有技术中，大多数智能断路器均不具有对电流互感器断线的检测功能，而少数带有电流互感器断线检测功能的断路器，通常在电流互感器和电流信号调理电路之间叠加一个持续的直流电压分量，再通过微处理器（mcu）提取电流信号调理电路输出电压的直流电压分量，并与预设的基准值进行比较：当两者相同时，电流互感器正常；当两者不相同时，电流互感器断线。如发明专利201210461813，通过数字-模拟转换器（dac）产生一个持续的直流电压，再叠加到电流信号调理电路中，微处理器通过检测电流信号调理电路的输出电压来判别电流互感器是否断线。再如发明专利201110059748，在电流互感器与电流信号采集电路之间加入个接地电阻，微处理器通过检测电流信号调理电路的输出电压来判别电流互感器是否断线。在上述技术中，用于检测电流互感器断线的直流分量均为固定电压，且始终叠加在电流信号调理电路，在一定程度上影响了电流测量的准确性。另外，电流信号调理电路通常包括电阻、电容、运算放大器等电子元件，由于受电子元件温漂、运算放大器失调电压变化等因数的影响，电流信号调理电路输出的直流电压分量常常为一个不确定值，这使得很难在微处理器中预设一个准确的参考电压作为进行互感器断线检测判断的基准值，容易造成电流互感器断线的误判。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电流互感器断线检测方法及一种具有电流互感器断线检测功能的测量装置，不受电子元件温漂及运算放大器失调电压变化等因素的影响，可有效提高电流采样以及电流互感器断线检测的准确性，且结构更简单。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电流互感器断线检测方法，所述电流互感器的输出信号经电流信号调理电路后送入微处理器的a/d口；微处理器对电流信号调理电路的输出电压信号进行采样点间隔时间为t0的a/d采样，并根据a/d采样数据计算电流测量值以及a/d采样数据中的直流电压分量v0；在所述a/d采样的两个相邻采样点之间，微处理器通过自身的i/o口向电流互感器的输出端与电流信号调理电路输入端的连接点处注入一个脉宽为t1的直流脉冲电平，并在时间t1内，对电流信号调理电路输出电压进行a/d采样，从中提取直流电压分量v1，t1<t0；最后微处理器通过比较v0和v1来判断电流互感器是否断线：如v1大于v0，则判断为电流互感器断线；若否，则判断为电流互感器正常。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种测量装置，具有电流互感器断线检测功能，该测量装置包括电流信号调理电路和微处理器，所述电流信号调理电路包括积分电路和信号处理电路，所述电流互感器的输出信号经积分电路、信号处理电路后送入微处理器的a/d口；所述微处理器的一个i/o口与电流互感器的一个输出端和电流信号调理电路的输入端连接，电流互感器的另一个输出端、电流信号调理电路接地端和微处理器的接地端相连；微处理器对电流信号调理电路的输出电压信号进行采样点间隔时间为t0的a/d采样，并根据a/d采样数据计算电流测量值以及a/d采样数据中的直流电压分量v0；在所述a/d采样的两个相邻采样点之间，微处理器通过自身的i/o口向电流互感器的输出端和电流信号调理电路输入端连接点处注入一个脉宽为t1的直流脉冲电平，并在时间t1内，对电流信号调理电路输出电压进行a/d采样，从中提取直流电压分量v1，t1<t0；最后微处理器通过比较v0和v1来判断电流互感器是否断线：如v1大于v0，则判断为电流互感器断线；若否，则判断为电流互感器正常。

优选地，所述直流电压分量v0从注入直流脉冲电平之前的最近一个a/d采样点数据中提取。或者，所述直流电压分量v0为从多个a/d采样点数据中所提取的直流电压分量的平均值。

进一步地，该装置还包括用于保护微处理器i/o口的保护电路，所述保护电路包括电阻r1、r2和二极管d1，电流互感器输出信号的一端与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端、电阻r2的一端和二极管d1的阴极相连后接入微处理器i/o口，二极管d1的阳极和电阻r2的另一端共地相连，电阻r1、r2与电流互感器内阻ri之间关系满足：ri＜＜r2＜＜r1。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明利用微处理器的i/o口直接向电流互感器输出端和电流信号调理电路输入端连接点处注入断路器断线检测的测试信号，不需要额外的测试信号生成电路，用于判断电流互感器断线的基准电压不受电子元件温漂及运算放大器失调电压变化等因素的影响，并且测试信号直接受控于微处理器，可令测试信号的注入避开电流信号的a/d采样，从而有效提高电流采样以及电流互感器断线检测的准确性，且结构更简单。

附图说明

图1为本发明测量装置的工作原理框图；

图2为本发明测量装置一个优选实施例的原理框图；

图3为保护电路的示意图；

图4为电流互感器断线检测的检测流程图；

图5为电流互感器测量线圈输出信号采样示例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明测量装置实现电流互感器断线检测的工作原理如图1所示，其包括：用于电流互感器输出信号还原的积分电路，用于放大电流互感器输出信号的信号处理电路，用于处理电流信号调理电路（包括积分电路和信号处理电路）输出信号及控制直流电压分量叠加的微处理器；电流互感器的一个输出端经积分电路后送入信号处理电路，所述微处理器对电流信号调理电路的输出电压进行a/d转换和处理，电流互感器输出信号的另一个输出端与电流信号调理电路的接地端和微处理器的接地端相连；微处理器通过i/o端口输出直流电压分量，叠加到电流互感器输出信号中。

为了进一步保护微处理器的i/o端口，本发明的一个优选方式是如图2所示，增加一个用于保护微处理器i/o口的保护电路，电流互感器测量线圈的输出信号经积分电路进行信号电流还原后送入信号处理电路，经过处理后的信号再送入微处理器a/d端口进行采样处理。测量线圈的输出信号经保护电路后与微处理器i/o端口连接，保护电路可防止测量信号的负电压损坏微处理器i/o端口。当进行断线检测时，微处理器i/o端口向外发出一个测试脉冲电平，经保护电路后叠加到测量线圈的输出信号端，微处理器对比脉冲电平发出前后a/d端口采集的直流分量来判断电流互感器是否断线。

图3显示了保护电路的一个优选实施例。如图3所示，该保护电路包括电阻r1、r2和二极管d1，电流互感器输出信号的一端与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端、电阻r2的一端和二极管d1的阴极相连后接入微处理器i/o口，二极管d1的阳极和电阻r2的另一端共地相连，电阻r1、r2与电流互感器内阻ri之间关系满足：ri＜＜r2＜＜r1。

本发明在进行电流互感器断线检测时的具体流程如图4所示，包括：

第一步、微处理器对电流信号调理电路的输出电压进行每个周期16个点或者32个点的a/d采样，采样点间隔时间为t0，根据a/d采样数据计算电流测量值，并在k点a/d采样数据中提取其中的直流电压分量v0作为预设的参考值；所述直流电压分量v0最好从注入直流脉冲电平之前的最近一个采样点a/d采样数据中提取；或者，所述直流电压分量v0为从多个a/d采样点数据中所提取的直流电压分量的平均值。

第二步、如图5所示，在上述a/d采样的两个相邻采样点之间，微处理器控制i/o端口外向发送一个测试脉冲电平，测试电平脉宽为t1，t1<t0，也就是说微处理器控制i/o端口输出直流电压分量，叠加到电流互感器输出信号的一端；假设电流互感器测量线圈输出信号为50hz的正弦电压信号，一个周期为20ms，微处理器的a/d采样为16点，即采样间隔t0=20/16=1.25ms。为了避免断线检测时施加的测试电平影响正常的电流采样，测试电平需在两个相邻采样点之间的t0时间内发出，且脉宽t1<t0，本实施例中优选0.5ms。

第三步、在测试电平发出的时间t1内，微处理器对电流信号调理电路输出电压进行采样，并提取其中的直流电压分量v1。

第四步、微处理器比较直流电压分量v0、v1，判断v1是否大于v0，若是，则判断为电流互感器断线；若否，则判断为电流互感器正常。

综上可以看出，本发明利用微处理器的i/o口直接向电流互感器的输出端和电流信号调理电路输入端连接点处注入断路器断线检测的测试信号，不需要额外的测试信号生成电路，用于判断电流互感器断线的基准电压不受电子元件温漂及运算放大器失调电压变化等因素的影响，可有效提高电流互感器断线检测的准确性，且检测装置的结构更简单。另一方面，断线检测的测试信号直接受控于微处理器，可通过简单的软件设置令测试信号的注入避开电流信号的a/d采样，从而有效提高电流采样数据的准确性。