本实用新型实施例涉及接地故障查找定位技术，尤其涉及一种交直流接地故障分析仪和接地故障查找定位系统。
背景技术：
接地故障定位仪广泛存在于电力、电信、冶金、石化、纺织等各个领域中，并发挥着重要作用。系统接地故障如果得不到及时解决，会对产生带来巨大的安全隐患。
目前市场上的接地查找仪普遍为直流系统接地故障查找定位仪，主要针对直流系统中发生的接地故障进行查找。然而，交流系统也存在着接地故障隐患，但现在还没有针对交流系统接地故障查找的仪器，不能满足当前用户的需求，市面上对于交直流通用的接地故障查找仪更是一个空白。
技术实现要素：
本实用新型提供一种交直流接地故障分析仪和接地故障查找定位系统，以实现交直流系统接地故障的检测、分析和定位。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种交直流接地故障分析仪，包括：
电流检测电路，用于控制电流的变化以检测当前被测系统对地电压的变化；
电压采样电路，连接至电流检测电路，用于识别当前被测系统的电压类型，采集所述当前被测系统对地电压，并对所述当前被测系统对地电压进行数据处理；
接地电阻计算模块，连接至所述电压采样电路，用于根据所述当前被测系统不同的电压类型和电压等级调用相应的检测算法计算所述当前被测系统的接地电阻；
电压偏差幅值采集电路，连接至电流检测电路，用于采集所述交直流接地故障分析仪自身的电压幅值和所述当前被测系统对地电压偏差幅值；
单片机，连接至所述电流检测电路、所述电压采样电路、所述接地电阻计算模块和所述电压偏差幅值采集电路，用于对所述电流检测电路、所述电压采样电路、所述接地电阻计算模块和所述电压偏差幅值采集电路进行控制，并对所述当前被测系统的接地故障进行分析计算。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种接地故障查找定位系统，包括探测仪和前文所述的交直流接地故障分析仪。
本实用新型通过提供一种交直流接地故障分析仪和接地故障查找定位系统，能够兼容直流系统和交流系统的接地故障检测，填补当前交流系统接地故障查找仪器的空白，更全面地满足用户对接地故障检测的需要。
附图说明
图1是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪的结构示意图；
图2是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电流检测电路的电路示意图；
图3是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电压采样电路的电路示意图；
图4是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电压偏差幅值采集电路的电路示意图；
图5是本实用新型实施例二提供的一种接地故障查找定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪的结构示意图，如图1所示，该交直流接地故障分析仪包括：
电流检测电路110，用于控制电流的变化以检测当前被测系统对地电压的变化；
电压采样电路120，连接至电流检测电路110，用于识别当前被测系统的电压类型，采集当前被测系统对地电压，并对当前被测系统对地电压进行数据处理；
接地电阻计算模块130，连接至电压采样电路120，用于根据当前被测系统不同的电压类型和电压等级调用相应的检测算法计算当前被测系统的接地电阻；
电压偏差幅值采集电路140，连接至电流检测电路110，用于采集交直流接地故障分析仪自身的电压幅值和当前被测系统对地电压偏差的幅值；
单片机150，连接至电流检测电路110、电压采样电路120、接地电阻计算模块130和电压偏差幅值采集电路140，用于对电流检测电路110、电压采样电路120、接地电阻计算模块130和电压偏差幅值采集电路140进行控制，并对当前被测系统的接地故障进行分析计算。
图2是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电流检测电路的电路示意图，如图2所示，该电流检测电路包括：型号为OPA454的运算放大器IC7、型号为2N3439的三极管T1、电阻R19、电阻R23、电阻R25、电阻 R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R36、电阻R37、电阻R39、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、型号为AQV259 的光耦继电器U1、U2和U3。
其中，所述运算放大器IC7的引脚3连接至单片机，所述运算放大器IC7 的引脚1接地，所述运算放大器IC7的引脚6连接至所述三极管T1的基极，所述三极管T1的发射极连接至所述电阻R30的第一端、所述电阻R23的第一端、所述电阻R25的第一端、所述电阻R26的第一端、所述电阻R28的第一端和所述电阻R29的第一端，所述电阻R30的第二端连接至所述运算放大器IC7的引脚2、所述电阻R36的第一端、所述电容C35的第一端和所述电容C36的第一端，所述电阻R36的第二端连接至所述电阻R39的第一端，所述电阻R39的第二端、所述电容C35的第二端和所述电容C36的第二端接地，所述电阻R23的第二端、所述电阻R25的第二端、所述电阻R26的第二端、所述电阻R28的第二端和所述电阻R29的第二端连接至所述电阻R31的第一端、所述光耦继电器 U1、U2和U3的引脚4，所述光耦继电器U1、U2和U3的引脚1分别连接至所述电阻R19的第一端、所述电阻R27的第一端和所述电阻R32的第一端，所述电阻R19的第二端、所述电阻R27的第二端和所述电阻R32的第二端分别连接至单片机，所述光耦继电器U1、U2和U3的引脚2接地，所述光耦继电器U1、U2 和U3的引脚6分别连接至APHASE、BPHASE和CPHASE端，此APHASE、BPHASE 和CPHASE端分别对应该交直流接地故障分析仪的三个电压检测接入口，所述电阻R31的第二端分别连接至所述电阻R37的第一端、所述电容C37的第一端和所述电容C38的第一端，所述电阻R37的第二端、所述电容C37的第二端和所述电容C38的第二端接地。
单片机的引脚PA4输出的电压Uout传输至型号为OPA454运算放大器IC7 的引脚3，，其中，该电压Uout为0～2.5V。在该运算放大器IC7的输出引脚6 上连接一个型号为2N3439的三极管，在该三极管的发射极连接电阻R30的第一端，电阻R30的第二端连接到该运算放大器IC7的引脚2上，由此组成反馈网络，形成一个由运算放大器IC7的引脚3控制的一个放大电路。
该电路图的工作原理为：单片机的引脚PA4控制输出0～2.5V的可调电压到运算放大器IC7的引脚3，经过运算放大器IC7组成的反馈网络后，由运算放大器IC7的引脚6输出至三极管T1的基极，用于控制三极管T1的放大倍数，使得三极管T1的发射极输出0～50V的电压值，该电压值输出后经过由电阻R23、电阻R25、电阻R26、电阻R28和电阻R29并联组成的电阻后得到的电流值输出到光耦继电器U1、U2和U3，此处的光耦继电器U1、U2和U3充当开关的作用。型号为AQY259的光耦继电器U1、U2和U3的控制引脚均为引脚1和引脚2，以光耦继电器U1为例，该光耦继电器U1的引脚2接地，当引脚1为高电平时，光耦继电器U1的引脚4和引脚6导通，当引脚1为低电平时，光耦继电器U1 的引脚4和引脚6断开，光耦继电器U2和U3的工作原理均和光耦继电器U1的相同，光耦继电器U1、U2和U3的引脚6所分别对应的APHASE、BPHASE和CPHASE 分别连接至交直流接地故障分析仪上的三个电压检测接入口。需要说明的是，光耦继电器U1、U2和U3的控制引脚1分别连接至单片机的引脚PA5、PA6和 PA7，单片机通过控制光耦继电器U1、U2和U3的控制引脚1的高低电平来控制光耦继电器的引脚4分别接入到光耦继电器U1、U2和U3的引脚6所分别对应的APHASE、BPHASE和CPHASE所连接至交直流接地故障分析仪上的三个检测接入口上，当光耦继电器的引脚4接入到交直流接地故障分析仪上的三个电压检测接入口时，当前被测系统对地电压值会发生变化。
图3是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电压采样电路的电路示意图，如图3所示，该电压采样电路包括：电阻R6、电阻R7、电阻 R8、电阻R9、电阻R11、电阻R70、电阻R71、电容C18、电容C19、电容C20、电阻C23、二极管D5、二极管D6、二极管D7和型号为OP-07的运算放大器IC2。
其中，所述电阻R8的第一端连接至所述运算放大器IC2的引脚3和电容 C23的第一端，所述电阻R8的第二端连接至所述电阻R7的第一端和所述电容 C18的第一端，所述电容C18的第二端连接至所述运算放大器IC2的引脚2、引脚6以及电阻R9的第一端，所述电阻R9的第二端连接至所述二极管D5的正极、二极管D6的负极和单片机，所述二极管D5的负极连接至+3.3V电源，所述二极管D6的正极接地，所述电容C23的第二端接地，所述运算放大器IC2的引脚 7连接至+5V电源，所述运算放大器IC2的引脚4连接至-5V电源，所述电阻R7 的第二端连接至所述电阻R11的第一端、所述电容C19的第一端、所述电容C20 的第一端和所述电阻R6的第一端，所述电阻R11的第二端、所述电容C19的第二端、所述电容C20的第二端和所述电容C23的第二端接地，所述电阻R6的第二端连接至所述二极管D7的负极，所述二极管D7的正极连接至所述电阻R70 第一端和所述电阻R71的第一端，所述电阻R70第二端和所述电阻R71的第二端接地。
其中，PC5为单片机的采集引脚，BPHASE端连接至该交直流接地故障分析仪的其中一个电压检测接入口。需要说明的是，连接至交直流接地故障分析仪的其余两个电压检测接入口的电压采样电路均与此相同，在此不再阐述。
电压采样电路识别当前被测系统的电压类型和电压等级，对当前被测系统对地电压进行采集，其中电压类型为直流电压或者交流电压，电压等级为220V、 380V、450V、750V和1000V。电压检测接入口采集到的电压通过整流二极管进行整流，将交流电压转换为直流电压，解决交流电压和直流电压在采集上的差别，不需要分别采用两个不同的电路来采集交流电压和直流电压。如图3所示， BPHASE端接入的电压通过二极管D7整流后得到直流电压，然后经过电阻R6和电阻R11进行分压，该电压经过型号为OP-07的运算放大器IC2、电阻R7、电阻R8、电容C18和电容C23组成的二阶低通滤波电路，再经过电阻R9到达电压采集口后，再经过单片机中的模拟数字转换器对采集得到的电压从模拟信号转换为数字信号。其中，二极管D5和二极管D6起钳位保护作用，防止电压采样过程中的电压过大烧坏单片机的采集引脚。
接地电阻计算模块，连接至电压采样电路，用于根据所述当前被测系统不同的电压类型和电压等级调用相应的检测算法计算所述当前被测系统的接地电阻。其中，接地电阻计算模块是在单片机中执行接地电阻的计算。单片机通过控制光耦继电器U1、U2和U3的控制引脚1的高低电平来控制光耦继电器的引脚4分别接入到光耦继电器U1、U2和U3的引脚6所分别对应的APHASE、BPHASE 和CPHASE所连接至交直流接地故障分析仪上的三个电压检测接入口上。这三个光耦继电器U1、U2和U3是逐一打开，当光耦继电器的引脚4接入到交直流接地故障分析仪上的三个检测接入口时，其对地的电压值会发生变化，单片机通过采集发生变化前的电压值和发生变化后的电压值，通过对应的算法就能够计算出这三个检测接入口对地的电阻值大小，根据该电阻值的大小判定当前检测系统是否存在故障。
需要说明的是，为了实现交流系统和直流系统接地故障检测具有良好的兼容性，交流系统和直接系统接地故障采用相同原理的检测方法。本实施例提供的检测方法为平衡电桥法与非平衡电桥法相结合。在交直流接地故障分析仪识别出接入的电压类型后对其进行采样，然后针对识别出的不同类型的电压系统采用不同的检测算法，其中，电压类型分为直流电压和交流电压。通过该检测算法，按照设定的参数进行非平衡电桥的设定和启动，检测当前被测系统对地电压的变化，然后根据不同类型的当前被测系统对应的相应算法对其进行接地电阻的计算。
图4是本实用新型实施例一提供的一种交直流接地故障分析仪中的电压偏差幅值采集电路的电路示意图，如图4所示，该电压偏差幅值采集电路包括：电阻 R20、电阻R21、电阻R22、电阻R24、电容C32、电容C33、二极管D12、二极管D13和型号为OP-07的运算放大器IC6。
其中，所述运算放大器IC6的引脚3连接所述电阻R21第一端和所述电容 C33的第一端，所述电容C33的第二端接地，所述电阻R21的第二端连接至所述电阻R20的第一端和所述电容C32的第一端，所述运算放大器IC6的引脚2 连接所述电容C32的第二端、所述电阻R22的第一端和所述运算放大器IC6的引脚6，所述电阻R22的第二端连接至所述二极管D12的正极、所述二极管D13 的负极和所述电阻R24的第一端，所述二极管D12的负极接+3.3V电源，所述二极管D13的正极接地，所述运算放大器IC6的引脚7接+5V电源，所述运算放大器IC6的引脚4接-5V电源。
其中，电压偏差幅值采集电路包括：交直流接地故障分析仪自身的电压幅值采集电路和当前被测系统对地电压偏差幅值采集电路，这两个采集电路的电路结构是相同的，均如图4所示。结合图2和图4的电路示意图，在检测过程中，交直流接地故障分析仪自身的电压经过电阻R36和R39进行分压，分压后的电压输进交直流接地故障分析仪自身的电压幅值采集电路，该电压经过型号为OP-07的运算放大器IC6、电阻R20、电阻R21、电容C32和电容C33组成的二阶低通滤波器后，再经过电阻R22和电阻R24与基准电压进行分压，得到最终的电压值，该电压值直接回传到单片机自带的模拟数字转换器，把模拟信号转换数字信号后，经过数值算法处理后在交直流接地故障分析仪的显示屏上进行显示。同样的，在检测过程中，当前被测系统对地电压偏差幅值的采集也采用上述相同的原理，经过电阻R31和电阻R37进行分压，分压后的电压输进当前被测系统对地电压偏差幅值采集电路，经过上述相同的处理后，将得到的当前被测系统的电压偏差幅值显示在交直流接地故障分析仪的显示屏上。
在现有的接地故障查找装置中，没有装置提供检测装置自身在检测故障过程中因为切桥产生的电压波动幅值和启动检测过程中装置自身检测需要电压的大小，因此很多用户无法评估该接地故障查找装置在检测当前被测系统故障过程中是否对被测系统存在潜在威胁。因此，本实施例通过对交直流接地故障分析仪检测需要的电压大小和在检测过程中当前被测系统对地电压偏差幅值进行实时显示，用户通过该显示的电压偏差幅值评估交直流接地故障分析仪是否对当前被测系统存在潜在威胁；另外，还可以通过查看检测过程中当前被测系统对地电压偏差幅值的大小，结合当前被测系统的故障性质进行相应的调整，从而适用所有的被测系统的故障类型，在检测故障过程中提高工作效率，更好地保证系统的安全运行。
本实施例通过提供一种交直流接地故障分析仪，该交直流接地故障分析仪通过电流检测电路控制电流的变化以检测当前被测系统对地电压的变化；电压采样电路，连接至电流检测电路，识别当前被测系统的电压类型和电压等级，采集当前被测系统对地电压，并对当前被测系统对地电压进行数据处理；接地电阻计算模块，连接至电压采样电路，根据所述当前被测系统不同的电压类型和电压等级调用相应的检测算法计算所述当前被测系统的接地电阻；电压偏差幅值采集电路连接至该电流检测电路，采集所述交直流接地故障分析仪的电压幅值和所述被测系统对地电压偏差的幅值；单片机，连接至电压采样电路、电流检测电路、接地电阻计算模块和电压偏差幅值采集电路，用于对接地故障进行分析计算，实现了对交流系统和直流系统接地故障的检测，提高了交直流接地故障检测的兼容性和准确性，更全面地满足用户的需求。
实施例二
图5是本实用新型实施例二提供的一种接地故障查找定位系统的结构示意图，如图5所示，在上述实施例的基础上，该接地故障查找定位系统包括探测仪和上述交直流接地故障分析仪。
该接地故障查找定位系统还包括指示灯(图中未示出)、显示屏和语音播报模块(图中未示出)，其中，指示灯用于对当前被测系统的故障状况进行指示；显示屏用于显示当前被测系统的故障信息；语音播报模块用于语音播报当前被测系统的故障信息。
继续参照图5，如图5所示，左边的图为交直流接地故障分析仪，右边的图为探测器，其中，1是交直流接地故障分析仪上的显示屏，2是电源接口，3、 4、5和6接口用于采集当前被测系统的电压，7是开关按钮，8是电流采集接口，9是探测仪上的显示屏，10、11和12是功能按键，分别对应不同的测试功能，其中，6接口是交直流接地故障分析仪的接地线，如果当前被测系统是直流系统，则此处接入的是直流系统的地线；如果当前被测系统是交流系统，则此处接入的是交流系统的零线。
当检测到当前被测系统出现故障时，使用探测仪对当前被测系统的待测回路的故障电流进行检测。电流采集接口8连接电流采集器，该电流采集器用于对待测回路中的故障电流进行检测，如果待测回路中存在故障电流，那么电流采集器就能够检测当前待测回路中的电流值的大小，其中，电流采集器可以为正弦波电流采集器和方波电流采集器。根据相应的电流采集器采集到的电流信号的类型，经过相应的滤波放大处理、模数转换后，所得的数字信号传输至单片机进行数据处理，该数字信号经过快速傅里叶变换处理后以波形的形式传输至探测仪，该探测仪根据接收到的数据按照相应的算法进行处理，得出相应的故障信息，在显示屏9上显示出来，并通过语音播报模块对故障信息进行播报。
在本实施例中，接地故障查找定位系统包括：交直流接地故障分析仪和探测仪，其中，交直流接地故障分析仪主要对当前被测系统的绝缘状况和当前的电压等信息进行分析和判断，探测仪用于对故障点的查找与定位。该探测仪与交直流接地故障分析仪通过无线方式连接。交直流接地故障分析仪把所采集、检测和计算得到的信息发送至探测仪，该探测仪根据获取所述分析仪发送的故障信息结合电流采集器检测到的电流大小，对故障点进行定位。
本实施例提供了一种接地故障定位系统，该接地故障查找定位系统包括探测仪和交直流接地故障分析仪，能够实现交直流系统接地故障的检测、查找与定位，提高交直流接地故障定位系统的兼容性和准确性，更全面地满足用户的需求。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。