电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统和方法技术方案

电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统和方法，所述系统包括：信号转换模块将剩余电流转换为差分电压信号；滤波模块对差分电压信号进行滤波处理；电流测量模块对滤波处理后的差分电压信号进行测量，得到剩余电流值；故障信号测量模块和检测信号注入模块依次串接在信号转换模块与剩余电流互感器的连接点与查询电压VCC之间；状态判断模块分别对电流测量模块、故障信号测量模块所测信号进行采样、对检测信号注入模块进行VCC注入控制，以及基于采样值进行剩余电流互感器接线状态判断。本发明专利技术可提高剩余电流测量精度，并且能对剩余电流互感器的断路和短路进行有效检测，注入的检测信号也不会对测量结果产生影响。注入的检测信号也不会对测量结果产生影响。注入的检测信号也不会对测量结果产生影响。

【技术实现步骤摘要】
电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统和方法


[0001]本专利技术属于电气火灾监控
，涉及电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统和方法。

技术介绍

[0002]随着工业发展和生活水平不断提高，用电设备的种类和数量与日俱增，电气火灾时有发生，给人们的生产和生活带来了巨大损失。作为电气火灾的有效预防手段，电气火灾监控探测器的应用越来越广泛。
[0003]电气火灾监控探测器使用剩余电流互感器监测用电线路的对地泄漏电流来提前发现线路绝缘问题并及时报警，以避免电气火灾的发生。如果剩余电流互感器与电气火灾监控探测器的接线发生断路或者短路故障，就会影响电气火灾监控探测器正常监测功能，导致线路出现绝缘问题也不能及时报警而埋下电气火灾隐患。因此，为提高电气火灾监控探测器的可靠性，其必须具备对剩余电流互感器的接线进行断路和短路检测功能。
[0004]现有基于单片机的片上单端ADC实现电气火灾监控探测器的剩余电流互感器电流测量和断路、短路检测电路，虽然满足断路和短路检测功能，但因为ADC的分辨率较低往往测量精度不高，会产生误报或漏保的情况，影响电气火灾监控探测器对剩余电流监测的准确性。而且在进行断路和短路检测时，注入的检测信号叠加在有效信号上，也会造成测量结果不准确。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统和方法，使用高分辨率的电力计量芯片提高剩余电流测量精度，并且能对剩余电流互感器的断路和短路进行有效检测，注入的检测信号也不会对测量结果产生影响。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，所述系统包括信号转换模块、滤波模块、电流测量模块、故障信号测量模块、检测信号注入模块以及状态判断模块；
[0008]信号转换模块与电气火灾监控探测器剩余电流互感器连接，用于将剩余电流转换为差分电压信号；
[0009]滤波模块与信号转换模块连接，用于对差分电压信号进行滤波处理；
[0010]电流测量模块与信号转换模块连接，用于对滤波处理后的差分电压信号进行测量，得到剩余电流值；
[0011]故障信号测量模块和检测信号注入模块依次串接在信号转换模块与剩余电流互感器的连接点与查询电压VCC之间；
[0012]状态判断模块分别与电流测量模块、故障信号测量模块和检测信号注入模块连
接，用于对电流测量模块、故障信号测量模块所测信号进行采样、对检测信号注入模块进行VCC注入控制，以及基于采样值进行剩余电流互感器接线状态判断。
[0013]优选地，所述信号转换模块包括采样电阻R1和R2；
[0014]剩余电流互感器的两根引线分别接到采样电阻R1、R2的一端，R1和R2的另一端都接地，实现将剩余电流转换为差分电压信号。
[0015]优选地，所述滤波模块包括电阻R3和电容C1、电阻R4和电容C2，所述电流测量模块包括电力计量芯片U1；
[0016]信号转换模块得到的差分电压信号经电阻R3和电容C1、电阻R4和电容C2进行滤波处理后接到电力计量芯片U1的用于零序电流测量的差分引脚INP和INN。
[0017]优选地，剩余电流互感器的两根引线间还并联两个方向相反的二极管D1和D2，以对差分电压进行钳位。
[0018]优选地，所述故障信号测量模块包括电阻R6和R5，检测信号注入模块包括PMOS管Q1，状态判断模块包括MCU芯片U2；
[0019]电阻R1或R2与剩余电流互感器引线相连的一端顺序串接电阻R6和R5，R5再接PMOS管Q1的源极，PMOS管Q1的漏极接查询电压VCC，PMOS管Q1的栅极接MCU芯片U2的1根GPIO脚；
[0020]电阻R6、R5的连接点接MCU芯片U2的ADC引脚；
[0021]MCU芯片U2通过SPI口接电力计量芯片U1，用于从电力计量芯片U1读取剩余电流值；
[0022]MCU芯片U2通过GPIO控制PMOS管Q1的通断来对电路注入和关闭检测信号；
[0023]MCU芯片U2通过片上ADC引脚读取故障信号检测值，来对剩余电流互感器的接线状态进行判断。
[0024]优选地，所述电力计量芯片的差分输入引脚INP和INN间允许输入电压范围为[
‑
V1,V1]，MCU芯片的ADC引脚最低耐受电压为V2；
[0025]二级管D1、D2的钳位电压范围为[
‑
V3,V3]，其范围在[
‑
V1,V1]之内，且二级管的钳位电压值需要满足V3/2<V2。
[0026]优选地，根据电气火灾监控探测器剩余电流互感器的剩余电流的最大量程选择采样电阻R1和R2的阻值，且R1和R2阻值相同，使剩余电流互感器输出的剩余电流在R1和R2上形成的电压值在[
‑
V3,V3]范围内。
[0027]优选地，电阻R5、R6的取值依据为：
[0028]假设剩余电流互感器的内阻为R，对电路施加电压VCC时：
[0029]当剩余电流互感器接线断路时，MCU芯片的ADC输入电压为V4，
[0030]V4＝VCC*(R1+R6)/(R1+R6+R5)；
[0031]当剩余电流互感器接线短路时，MCU芯片的ADC输入电压为V5，
[0032]V5＝VCC*(R1/2+R6)/(R1/2+R6+R5)；
[0033]当剩余电流互感器接线正常，但是无电流信号输出时，MCU芯片的ADC输入电压为V6，
[0034]V6＝VCC*((R2+R)//R1+R6)/((R2+R)//R1+R6+R5)，其中，//表示电阻并联；
[0035]则以V4>V6>V5，且V4与V6的电压的差值和V6与V5的电压的差值都在50mV以上进行R5、R6的取值。
[0036]电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测方法，包括以下步骤：
[0037]步骤1、将电气火灾监控探测器剩余电流互感器的剩余电流转换为差分电压信号并进行滤波处理，对滤波处理后的差分电压信号进行测量，得到剩余电流值，MCU周期性读取剩余电流值；
[0038]步骤2、定时中断触发检测开始，MCU周期性的连续读取15个表示剩余电流值的ADC采样值，并求得14个相邻ADC采样值间的差值；
[0039]步骤3、对表示剩余电流值的ADC采样值的差值进行判断：
[0040]如果所述14个相邻ADC采样值间的差值有连续的5个差值大于1000，则判定剩余电流互感器接线正常，上报剩余电流采样值，并等待下次中断，否则向系统电路注入查询电压VCC；
[0041]步骤4、注入查询电压VCC后，读取表示故障信号电压值的ADC采样值；
[0042]步骤5、读取表示故障信号电压值的ADC采样值后，停止检测信号注入；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，所述系统包括信号转换模块、滤波模块、电流测量模块、故障信号测量模块、检测信号注入模块以及状态判断模块，其特征在于：信号转换模块与电气火灾监控探测器剩余电流互感器连接，用于将剩余电流转换为差分电压信号；滤波模块与信号转换模块连接，用于对差分电压信号进行滤波处理；电流测量模块与信号转换模块连接，用于对滤波处理后的差分电压信号进行测量，得到剩余电流值；故障信号测量模块和检测信号注入模块依次串接在信号转换模块与剩余电流互感器的连接点与查询电压VCC之间；状态判断模块分别与电流测量模块、故障信号测量模块和检测信号注入模块连接，用于对电流测量模块、故障信号测量模块所测信号进行采样、对检测信号注入模块进行VCC注入控制，以及基于采样值进行剩余电流互感器接线状态判断。2.根据权利要求1所述的电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，其特征在于：所述信号转换模块包括采样电阻R1和R2；剩余电流互感器的两根引线分别接到采样电阻R1、R2的一端，R1和R2的另一端都接地，实现将剩余电流转换为差分电压信号。3.根据权利要求2所述的电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，其特征在于：所述滤波模块包括电阻R3和电容C1、电阻R4和电容C2，所述电流测量模块包括电力计量芯片U1；信号转换模块得到的差分电压信号经电阻R3和电容C1、电阻R4和电容C2进行滤波处理后接到电力计量芯片U1的用于零序电流测量的差分引脚INP和INN。4.根据权利要求3所述的电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，其特征在于：剩余电流互感器的两根引线间还并联两个方向相反的二极管D1和D2，以对差分电压进行钳位。5.根据权利要求4所述的电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，其特征在于：所述故障信号测量模块包括电阻R6和R5，检测信号注入模块包括PMOS管Q1，状态判断模块包括MCU芯片U2；电阻R1或R2与剩余电流互感器引线相连的一端顺序串接电阻R6和R5，R5再接PMOS管Q1的源极，PMOS管Q1的漏极接查询电压VCC，PMOS管Q1的栅极接MCU芯片U2的1根GPIO脚；电阻R6、R5的连接点接MCU芯片U2的ADC引脚；MCU芯片U2通过SPI口接电力计量芯片U1，用于从电力计量芯片U1读取剩余电流值；MCU芯片U2通过GPIO控制PMOS管Q1的通断来对电路注入和关闭检测信号；MCU芯片U2通过片上ADC引脚读取故障信号检测值，来对剩余电流互感器的接线状态进行判断。
6.根据权利要求5所述的电气火灾监控探测器剩余电流互感器接线状态监测系统，其特征在于：所述电力计量芯片的差分输入引脚INP和INN间允许输入电压范围为[
‑
V1,V1]，MCU芯片的ADC引脚最低耐受电压为V2；二级管D1、D2的钳位电压范围为[
‑
V3,V3]，其范围在[
‑
V1,V1]之内，且二级管的钳位电压值需要满足V3/2&a...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，刘松，钱进文，郑刚，黄磊，安奇，宋佳民，王闯，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：