專利名稱：數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器及測試漏電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器及測試漏電流的方法。
背景技術(shù)：
絕緣監(jiān)測裝置用于變電站、發(fā)電廠直流系統(tǒng)母線和饋線屏的接地漏電流檢測，是實現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障檢測和故障定位的重要核心部件。針對直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測傳感器，目前市場上有磁調(diào)制式、電壓輸出型、電流輸出型和PWM輸出型漏電流互感器。其中，電壓輸出型漏電流互感器需要正負(fù)雙電源供電，抗干擾能力差。電流輸出型漏電流互感器的抗干擾能力雖然稍強，但也需要正負(fù)雙電源供電，且功耗相對較大，成本相 對較高。另外，上述兩種漏電流互感器中的部分產(chǎn)品由于采用了運放而導(dǎo)致零點漂移，及零點的長期穩(wěn)定性較差。脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)輸出型漏電流傳感器，使用運放組成自激振蕩器，也需要雙電源供電，且傳感器零點漂移難于控制，信號輸出容易受走線布線的分布電容影響，一致性較差，很難實現(xiàn)滿量程優(yōu)良的線性度。綜上，現(xiàn)有的上述若干種漏電流傳感器需要采用正負(fù)雙電源供電，成本較高，且抗干擾性能不夠強，監(jiān)測結(jié)果的零點穩(wěn)定性差，線性度不夠好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器及測試漏電流的方法，以解決現(xiàn)有的漏電流傳感器成本較高，抗干擾性能不夠強，監(jiān)測結(jié)果的零點穩(wěn)定性差和線性度不夠好的技術(shù)問題。一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，包括激勵單元和測控單元；
所述激勵單元，用于根據(jù)測控單元發(fā)出的充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電；
所述測控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小；
其中，所述第一電壓上升時間是指激勵電壓源正向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；所述第二電壓上升時間是指激勵電壓源反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間。一種采用上述數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器測試漏電流的方法，包括
測控單元按照設(shè)定的切換頻率生成并發(fā)出充電指示；
激勵單元獲取并根據(jù)所述充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電；
測控單元獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，其中，所述第一電壓上升時間是指激勵電壓源正向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；所述第二電壓上升時間是指激勵電壓源反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；
測控單元根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小。本發(fā)明實施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，僅采用一個電壓源，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；通過采用依次進(jìn)行正向或反向激勵的技術(shù)手段，使測試結(jié)果的零點穩(wěn)定性和線性度較更好，抗干擾性能更強。


圖I是本發(fā)明實施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例中的一個仿真示意 圖3是本發(fā)明實施例中的一個工作波型的示意 圖4是本發(fā)明實施例的電流環(huán)通訊電路的原理 圖5是本發(fā)明實施例提供的測試漏電流的方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，可以解決現(xiàn)有的漏電流傳感器成本高，抗干擾性能不夠強，監(jiān)測結(jié)果的零點穩(wěn)定性和線性度不夠好的技術(shù)問題。本發(fā)明實施例還提供相應(yīng)的測試漏電流的方法。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例一、
請參考圖1，本發(fā)明實施例提供一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，包括激勵單元和測控單元。所述激勵單元，用于根據(jù)測控單元發(fā)出的充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電。所述測控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向激勵單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小。所述第一電壓上升時間是指激勵電壓源正向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；所述第二電壓上升時間是指激勵電壓源反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間?？蛇x的，所述激勵單元包括串聯(lián)的激勵電壓源6和電容8以及通過激勵切換開關(guān)2、3、4、5串接在所述激勵電壓源6和電容8之間的電感線圈I。所述激勵切換開關(guān)2、3、4、5與所述測控單元連接，用于根據(jù)測控單元的充電指示，周期性的改變所述電感線圈I的接入方向?？蛇x的，所述激勵切換開關(guān)包括兩個正向激勵切換開關(guān)2、3和兩個反向激勵切換開關(guān)4、5，其中，所述的兩個正向激勵切換開關(guān)2、3用于將所述電感線圈I正向串接在所述激勵電壓源6和電容8之間，所述的兩個反向激勵切換開關(guān)4、5用于將所述電感線圈I反向串接在所述激勵電壓源6和電容8之間。可選的，所述測控單元包括模擬比較器9，基準(zhǔn)源7，微處理器10，電流環(huán)通信電路11和接線端子17 ;所述模擬比較器9的正向輸入端與所述電容8的正極相連，反向輸入端與所述基準(zhǔn)源7相連，輸出端與所述微處理器的定時器外部捕捉輸入端18相連，所述模擬比較器9用于獲取并比較所述電容8的電壓和所述基準(zhǔn)源7的電壓，并根據(jù)比較結(jié)果輸出觸發(fā)信號給所述微處理器10 ;所述微處理器10與所述激勵切換開關(guān)，電流環(huán)通信電路11以及接線端子17連接，用于根據(jù)所述觸發(fā)信號，生成并發(fā)送充電指示給所述激勵切換開關(guān)，以及獲取所述電容8的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小，通過所述電流環(huán)通信電路11和接線端子17與外部連接的檢測設(shè)備通信。進(jìn)一步的，所述激勵切換開關(guān)可以采用電子開關(guān)或多路復(fù)用器。進(jìn)一步的，所述激勵單元中的電感線圈，電容以及激勵切換開關(guān)組成的二階電路工作在過阻尼狀態(tài)。進(jìn)一步的，所述激勵電壓源正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時的激勵頻率相等，相位差固定?？蛇x的，所述微處理器還可用于采用檢測電壓方式檢測饋線開關(guān)的狀態(tài)。
·
綜上，本發(fā)明實施例提供了一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，通過僅采用一個電壓源，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點；通過采用依次進(jìn)行正向或反向激勵的技術(shù)手段，使得測試結(jié)果的零點穩(wěn)定性和線性度較傳統(tǒng)的同類傳感器有更加優(yōu)良，且抗干擾性能更強。實施例二、
本實施例中，所述激勵單元中的電感線圈采用坡莫合金鐵心線圈，所述測控單元中的微處理器采用嵌入式微處理器。于是，本實施例提供的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，包括坡莫合金鐵心線圈I、正向激勵切換開關(guān)2、3，反向激勵切換開關(guān)4、5、激勵電壓源6、充電電容8、基準(zhǔn)源7、模擬比較器9、嵌入式微處理器10、電流環(huán)通訊電路11、以及接線端子17。連接關(guān)系如圖I所示
激勵單元中莫合金鐵心線圈I的正極分別與正向激勵切換開關(guān)2和反向激勵切換開關(guān)5的一端相連，莫合金鐵心線圈I的負(fù)極分別與正向激勵切換開關(guān)3和反向激勵切換開關(guān)4的一端相連，正向激勵切換開關(guān)2和反向激勵切換開關(guān)4的另一端與激勵電壓源6的正極相連，正向激勵切換開關(guān)3和反向激勵切換開關(guān)5的另一端與電容6的正極相連，激勵電壓源6的負(fù)極與電容6的負(fù)極接地；可選的，還可以再電容的正極與負(fù)極之間并聯(lián)一個電阻。莫合金鐵心線圈1，正向激勵切換開關(guān)2、3或反向激勵切換開關(guān)4、5及電容6組成二階RLC串聯(lián)電路。測控單元中模擬比較器9的正向輸入端與電容8的正極相連，模擬比較器9的反向輸入端與基準(zhǔn)源7的正極相連，基準(zhǔn)源7的負(fù)極接地，模擬比較器9的輸出端與嵌入式微處理器10的定時器外部捕捉輸入端18相連；嵌入式微處理器10還與激勵切換開關(guān)2、3、4、5，電流環(huán)通訊電路11、以及接線端子17的引腳12相連，接線端子17的引腳15、16與外部電源相連，為數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器供電；接線端子17的引腳14、15 —邊與電流環(huán)通訊電路11連接，一邊與外部設(shè)備連接，通過價格低廉的電流環(huán)通訊方式，實現(xiàn)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。正常工作時，微處理器(MCU)周期性的投切正向激勵切換開關(guān)2、3以及反向激勵切換開關(guān)4、5，從而使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈I對電容8進(jìn)行充電；SP，MCU在一個充電周期內(nèi)將正向激勵切換開關(guān)2、3閉合，將反向激勵切換開關(guān)4、5斷開，激勵電壓源6正向通過電感線圈I對電容8進(jìn)行充電，這時激勵電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向與漏電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向一致，稱之為正向激勵；在下一個相鄰的充電周期內(nèi)，MCU將正向激勵切換開關(guān)2、3斷開，將反向激勵切換開關(guān)4、5閉合，激勵電壓源6反向通過電感線圈I對電容8進(jìn)行充電，這時激勵電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向與漏電流在鐵心中感應(yīng)的磁通方向相反，稱之為反向激勵。通過在MCU中設(shè)定適當(dāng)?shù)那袚Q頻率，周期性控制正反向激勵切換開關(guān)，可以使每個激勵周期內(nèi)對電容8的電壓Uc是一個二階電路的零狀態(tài)響應(yīng)；其簡化的微分方程為
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于，包括激勵單元和測控單元； 所述激勵單元，用于根據(jù)測控單元發(fā)出的充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電； 所述測控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵單元發(fā)出充電指示，獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大??； 其中，所述第一電壓上升時間是指激勵電壓源正向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；所述第二電壓上升時間是指激勵電壓源反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述激勵單元包括串聯(lián)的激勵電壓源和電容以及通過激勵切換開關(guān)串接在所述激勵電壓源和電容之間的電感線圈； 所述激勵切換開關(guān)與所述測控單元連接，用于根據(jù)測控單元的充電指示，周期性的改變所述電感線圈的接入方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述激勵切換開關(guān)包括兩個正向激勵切換開關(guān)和兩個反向激勵切換開關(guān)，其中，所述的兩個正向激勵切換開關(guān)用于將所述電感線圈正向串接在所述激勵電壓源和電容之間，所述的兩個反向激勵切換開關(guān)用于將所述電感線圈反向串接在所述激勵電壓源和電容之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于，所述測控單元包括模擬比較器，基準(zhǔn)源，微處理器，電流環(huán)通信電路和接線端子； 所述模擬比較器的正向輸入端與所述電容的正極相連，反向輸入端與所述基準(zhǔn)源相連，輸出端與所述微處理器的定時器外部捕捉輸入端相連，所述模擬比較器用于獲取并比較所述電容的電壓和所述基準(zhǔn)源的電壓，并根據(jù)比較結(jié)果輸出觸發(fā)信號給所述微處理器； 所述微處理器與所述激勵切換開關(guān)，電流環(huán)通信電路以及接線端子連接，用于根據(jù)所述觸發(fā)信號，生成并發(fā)送充電指示給所述激勵切換開關(guān)，以及獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小，通過所述電流環(huán)通信電路和接線端子與外部連接的檢測設(shè)備通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述激勵切換開關(guān)采用電子開關(guān)或多路復(fù)用器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述激勵單元中的電感線圈，電容以及激勵切換開關(guān)組成的二階電路工作在過阻尼狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述激勵電壓源正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時的激勵頻率相等，相位差固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，其特征在于 所述微處理器還用于采用檢測電壓方式檢測饋線開關(guān)的狀態(tài)。
9.一種采用如權(quán)利要求I所述數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器測試漏電流的方法，其特征在于，所述方法包括測控單元按照設(shè)定的切換頻率生成并發(fā)出充電指示； 激勵單元獲取并根據(jù)所述充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行 充電； 測控單元獲取所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，其中，所述第一電壓上升時間是指激勵電壓源正向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間；所述第二電壓上升時間是指激勵電壓源反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的電壓上升時間； 測控單元根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字絕緣監(jiān)測傳感器，包括激勵單元和測控單元；所述激勵單元，用于根據(jù)測控單元發(fā)出的充電指示，使激勵電壓源周期性地正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電；所述測控單元，用于按照設(shè)定的切換頻率向所述激勵單元發(fā)出充電指示，分別獲取激勵電壓源正向或反向通過電感線圈對電容進(jìn)行充電時，所述電容的第一電壓上升時間和第二電壓上升時間，根據(jù)所述第一電壓上升時間和第二電壓上升時間的差值計算漏電流的大小。本發(fā)明還提供相應(yīng)的測試漏電流的方法。本發(fā)明技術(shù)方案僅采用一個電壓源，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本；通過采用依次進(jìn)行正向或反向激勵的技術(shù)手段，使測試結(jié)果的零點穩(wěn)定性和線性度較更好，抗干擾性能更強。
文檔編號G01R19/00GK102788930SQ20121033379
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者曹紅喜, 李仲卿, 翦志強 申請人:深圳市金宏威技術(shù)股份有限公司