一种剩余电流互感器检测电路及检测方法与流程

1.本发明属于互感器检测技术领域，具体涉及一种剩余电流互感器检测电路及检测方法。


背景技术：

2.目前，电气火灾监控技术的发展带动了电气火灾监控探测器的大量应用。其中剩余电流式电气火灾监控探测器是电气火灾监控探测领域中用量最大的一种。剩余电流互感器(以下简称互感器)是其中的关键元器件，其特性是否正常，直接决定了探测器工作的可靠性及准确性。在所有探测器应用中都要求有对互感器的特性是否正常进行检测判断的功能。传统的检测方法是在回路上增加一种附加电路，对传感器电阻值进行测量，其电阻值是否在正常范围来判断互感器是否存在内部短路、开路的现象。但这种方法存在一定的局限性，即判断的结果不可靠。原因是，不同的互感器内部电阻大小不同，即使是同一规格型号的互感器，也存在内部电阻不同的个体差异，这就给判断电阻的大小来确定互感器的特性是否正常带来了不确定性。为兼容这种电阻值差别，其判断的电阻值范围只能放宽，这样，当互感器内部有轻微匝间短路现象时，其性能已经受到了影响，但其内部电阻值的变化是非常小的，通过电阻测量的方法就不能准确判断出互感器性能是否正常，这种检测方法的弊端就暴露无遗。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种剩余电流互感器检测电路及检测方法，可检测出互感器内部是否存在匝间短路和开路等特性异常。
4.本发明解决其技术问题的技术方案为：一种剩余电流互感器检测电路，包括 n沟道型mos管、cpu，所述mos管的漏极接正电压，所述mos管的栅极经过电阻r1与cpu的控制管脚连接，所述互感器的一端与mos管的源极连接且通过电阻r2与cpu的第一ad采样管脚连接，所述互感器的另一端通过电阻r3与cpu 的第二ad采样管脚连接，所述cpu的控制管脚用于向mos管的栅极发送电平，所述cpu的第一ad采样管脚、第一ad采样管脚用于测量互感器两端的电压信号。
5.一种剩余电流互感器检测电路的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.s1：当外部没有交流电压信号传入互感器时，互感器上不产生电压信号，cpu 采集不到电压信号，cpu在该时刻通过控制管脚施加一高电平，mos管的控制栅极受高电平影响，mos的漏极与源极导通，mos管漏极上的正电压通过源极施加到互感器的一端上，互感器一端和另一端上产生电压降；
7.s2：获取cpu的第一ad采样管脚与cpu的第二ad采样管脚间的电压信号数据并处理；
8.s3：当电压信号数据没有由低到高的变化或与在外部有交流电压信号传入互感器时第一ad采样管脚与第二ad采样管脚采集到的正常数据相比变化波动更小时，判定互感器
内部发生短路；
9.当电压信号数据没有改变且相较于外部有交流电压信号传入互感器时第一 ad采样管脚与第二ad采样管脚采集到的正常数据相比电压信号值更低时，判定互感器断路。
10.所述步骤s1中cpu通过控制管脚施加一高电平发送脉冲的宽度在8毫秒到 10毫秒之间。
11.所述步骤s2中采集电压信号数据需在cpu的控制管脚施加一高电平开始时刻起延时0.5毫秒后，cpu的第二ad采样管脚开始采集电压信号，采集电压信号的采样间隔为0.2毫秒。
12.采集电压信号的采样点数为33个点，即d1,d2,d3,d4,d5,...d31,d32,d33；采样总时长为6.4毫秒。
13.所述步骤s2中对数据的处理过程具体为：舍去最初的2个数值，从第3个数值开始使用，即：d3,d4,d5,...d25,d26,d27，然后按交错平均法的规则进行计算：
14.先求出前连续4个数值的平均值，(d3 d4 d5 d6)
÷
4＝d1；
15.再从第6个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d6 d7 d8 d9)
÷
4＝d2；
16.再从第9个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d9 d10 d11 d12)
÷
4＝d3；
17.…
18.再从第24个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d24 d25 d26 d27)
÷
4＝d8；
19.分段计算出4个斜率：k1、k2、k3、k4；
20.tanα(d5
‑
d1)＝k1,tanα(d6
‑
d2)＝k2,tanα(d7
‑
d3)＝k3, tanα(d8
‑
d4)＝k4。
21.所述步骤s3中对处理后的数据的判断过程具体为：如果 s2<k1<s1,s2<k2<s1,s2<k3<s1,s2<k4<s1,即k1、k2、k3、k4这4个斜率值都在规定的范围内，则此次判断为互感器参数正常；如果k1、k2、k3、k4这4个斜率值都不在规定的范围内，则此次判断为互感器参数异常；其中s1为允许正误差范围值，s2为允许负误差范围值。
22.当判断为互感器异常时，再进行进一步的判断；如果d1、d2、d3、d4这四个值都约等于0，即cpu的第二ad采样管脚采集到的电压信号值约等于为0，则判断为互感器断路；另一种情况，(d5
‑
d1)＝l1,(d6
‑
d2)＝l2,(d7
‑
d3)＝l3,(d8
‑
d4)＝l4，如果l1≈0，l2≈0，l3≈0，l4≈0，即cpu的第二ad采样管脚采集到的电压信号值不等于0，且采集到的电压信号值波动相较于正常情况下更小，判断为互感器短路。
23.本发明的有益效果为：根据互感器内部由磁环和绕在磁环上的线圈组成，当有流过线圈上的电流发生变化时，互感器会显现出电感特性这一特性，采用脉冲方法向互感器施加脉冲，再对脉冲数据进行交错平均法转换得到一组数据，再根据这组数据的斜率来判断互感器的短路和断路故障，其判断准确度更高且成本较低。
附图说明
24.图1是本发明的电路原理图。
25.图2是本发明cpu通过控制管脚施加高电平时所测得的波形图。
26.图3是本发明电压信号数据没有由低到高的变化时所测得的波形图。
27.图4是本发明当电压信号数据没有改变且电压信号值低时所测得的波形图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.如图1所示，一种剩余电流互感器检测电路，包括n沟道型mos管、cpu，所述mos管的漏极接正电压，所述mos管的栅极经过电阻r1与cpu的控制管脚连接，所述互感器的一端与mos管的源极连接且通过电阻r2与cpu的第一ad采样管脚连接，所述互感器的另一端通过电阻r3与cpu的第二ad采样管脚连接，所述cpu的控制管脚用于向mos管的栅极发送电平，所述cpu的第一ad采样管脚、第一ad采样管脚用于测量互感器两端的电压信号。
30.一种剩余电流互感器检测电路的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
31.s1：当外部没有交流电压信号传入互感器时，互感器上不产生电压信号，cpu 采集不到电压信号，cpu在该时刻通过控制管脚施加一高电平，mos管的控制栅极受高电平影响，mos的漏极与源极导通，mos管漏极上的正电压通过源极施加到互感器的一端上，互感器一端和另一端上产生电压降；此时，由于互感器的线圈具有电感的特性，即当加在线圈两端的电压发生突变时，线圈会阻碍这一电压发生变化，互感器另一端上的电压会发生较缓慢变化，所测得的互感器另一端上会产生如图2所示的波形，cpu的第二ad采样管脚上采集到一组电压信号数据，这种数据的特征在于电压值由低到高变化，由软件就能判断出互感器的电感特性，判断为互感器性能是正常的。
32.s2：获取cpu的第一ad采样管脚与cpu的第二ad采样管脚间的电压信号数据并处理；
33.s3：如图3所示，当电压信号数据没有由低到高的变化或明显变小(与在外部有交流电压信号传入互感器时第一ad采样管脚与第二ad采样管脚采集到的正常数据相比变化波动更小)时，判定互感器内部发生短路，这是由于当互感器内部发生短路时，互感器线圈的电感量会明显下降；
34.如图4所示，当电压信号数据没有改变且电压信号值低(相较于外部有交流电压信号传入互感器时第一ad采样管脚与第二ad采样管脚采集到的正常数据相比电压信号值更低)时，判定互感器断路，这是由于当互感器内部发生断路时，互感线圈的电感量就不存在。
35.所述步骤s1中cpu通过控制管脚施加一高电平发送脉冲的宽度在8毫秒到 10毫秒之间，时间过长后，波形的变化即不存在，采集到的数据就没有使用价值。
36.所述步骤s2中采集电压信号数据需在cpu的控制管脚施加一高电平开始时刻起延时0.5毫秒后，cpu的第二ad采样管脚开始采集电压信号，采集电压信号的采样间隔为0.2毫秒。
37.采集电压信号的采样点数为33个点，即d1,d2,d3,d4,d5,...d31,d32,d33；采样总时长为6.4毫秒。
38.所述步骤s2中对数据的处理过程具体为：舍去最初的2个数值，从第3个数值开始使用，即：d3,d4,d5,...d25,d26,d27，然后按交错平均法的规则进行计算：
39.先求出前连续4个数值的平均值，(d3 d4 d5 d6)
÷
4＝d1；
40.再从第6个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d6 d7 d8 d9)
÷
4＝d2；
41.再从第9个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d9 d10 d11 d12)
÷
4＝d3；
42.…
43.再从第24个数值开始，算出连续4个数值的平均值，(d24 d25 d26 d27)
÷
4＝d8；
44.分段计算出4个斜率：k1、k2、k3、k4；
45.tanα(d5
‑
d1)＝k1,tanα(d6
‑
d2)＝k2,tanα(d7
‑
d3)＝k3, tanα(d8
‑
d4)＝k4。
46.所述步骤s3中对处理后的数据的判断过程具体为：如果 s2<k1<s1,s2<k2<s1,s2<k3<s1,s2<k4<s1,即k1、k2、k3、k4这4个斜率值都在规定的范围内，则此次判断为互感器参数正常；如果k1、k2、k3、k4这4个斜率值都不在规定的范围内，则此次判断为互感器参数异常；其中s1为允许正误差范围值，s2为允许负误差范围值。
47.当判断为互感器异常时，再进行进一步的判断；如果d1、d2、d3、d4这四个值都约等于0，即cpu的第二ad采样管脚采集到的电压信号值约等于为0，则判断为互感器断路；另一种情况，(d5
‑
d1)＝l1,(d6
‑
d2)＝l2,(d7
‑
d3)＝l3,(d8
‑
d4)＝l4，如果l1≈0，l2≈0，l3≈0，l4≈0，即cpu的第二ad采样管脚采集到的电压信号值不等于0，而且几乎相等(采集到的电压信号值波动相较于正常情况下更小)，判断为互感器短路。
48.本发明根据互感器内部由磁环和绕在磁环上的线圈组成，当有流过线圈上的电流发生变化时，互感器会显现出电感特性这一特性，采用脉冲方法向互感器施加脉冲，再对脉冲数据进行交错平均法转换得到一组数据，再根据这组数据的斜率来判断互感器的短路和断路故障，其判断准确度更高且成本较低。