CN103713227A

CN103713227A - 接地故障检测方法和装置

Info

Publication number: CN103713227A
Application number: CN201210379539.3A
Authority: CN
Inventors: 宜帆
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN103713227B

Abstract

本发明提出了一种用于检测通知设备电路中接地故障的方法及装置，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线（Field Wire）回路。该方法包括交替地将至少两个候选电平（V_H，V_L）设定为正常情况下的大地参考电平（Vref）；检测在所述通知设备电路中大地点（GROUND_STUD）的实际接地电平（Vg）；判断所检测出的实际接地电平（Vg）是否落入任一一个候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集覆盖所述现场连线的电压范围；如果判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述任意一个子故障范围，则输出接地故障指示（GS=1），否则输出非接地故障指示（GS=0）。

Description

接地故障检测方法和装置

技术领域

本发明总体涉及通知设备（例如，火警装置）的现场连线（Field wire）检测，尤其涉及一种针对现场连线的接地故障检测方法和装置。

背景技术

在例如火警系统的通知系统中，现场连线可能因安装不慎或者长期使用造成的磨损而短接于大地，这种短接称之为接地故障（Ground Fault）。目前的安全标准（包括UL：Underwriters Laboratories标准）一般都要求检测接地故障，即，要求一旦检测到接地故障则立即上报。

图1示例性地示出了现有的一种接地故障检测电路100的原理图。如图1所示，接地故障检测电路100的输入端经接地电阻R10连接到现场连线，该现场连线上的电压表示为V_ON_FIELD_WIRE。电路100的输出端为一个表示是否出现接地故障的指示信号GS，其可以连接到一个微控制单元（MCU）的输入端。响应于电路100的接地故障指示，MCU可以做出相应的故障指示（如声或光告警），或者执行相关的接地保护动作，例如启用保护倒换等。

接地故障检测电路100一般需要满足以下的要求。首先，电路100需要能够分辨出在现场连线的任意一点处出现的接地故障。其次，无论现场连线本身的压降大小，无论具体故障出现在现场连线的哪个位置处（近端或远端），接地故障的检测阈值都需要基本保持在同一数量级上。此外，如果考虑到现场连线本身的压降，则现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE有可能为最高的端电压（terminal voltage，例如24V）和参考地GND（例如，0V）之间任一电位的值。由此，如果电路100的故障检测范围的盲区越少，故障检测就更为可靠。

图1所示的电路100为现有的双比较器结构的接地故障检测电路。如图1所示，电路100包括参考设定电路110，双比较器电路120以及输出电路130。在图1中，电源电压为24V。参考设定电路110用于设定正常情况下的大地（EARTH）的参考电平Vref，一般Vref需要远离现场连线上常出现的电压（在图1的例子中，例如0V或24V）。在图1的例子中，参考设定电路包括串联在24V电源V1和地GND之间的两个大体等值的电阻R1和R2。在现场连线没有短接大地时，大地点（即GROUND_STUD点）的参考电压为现场连线上的最高电压的一半，即12V。

在实际中，GROUND_STUD点的实际电压为Vg。现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE经接地电阻R10叠加在Vg上。接地电阻R10即为现场连线到GROUND_STUD点之间的等效电阻。换言之，如果现场连线正常，则R10为断路或者具有大阻抗，从而叠加有现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE的Vg几乎等于Vref。否则，如果出现现场连线出现接地故障，则电阻R10表现为低阻抗，现场连线上的电压V_ON_FIELD_WIRE会由此使得Vg偏离Vref，例如，抬高至接近24V或拉低到接近0V。基于此，电路100可利用双比较器120通过判断Vg是否落入了故障范围来确定是否出现接地故障。图1中，上限比较器U1和下限比较器U2共同限定了正常电压范围，例如6V~18V。Vg超出这一容限范围则表明落入了故障范围，进而比较器U1或U2输出有效的低电平给输出电路130。在图1所示的例子中，输出电路130包括一个上拉电阻R11。由此，U1和U2中任一为低电平时，则输出为有效低电平，即GS为有效的接地故障指示，例如GS为低电平。

采用图1所示的接地故障检测电路100，如果现场连线上的电压接近Vref，则电路100很难发现其接地故障。换言之，如果现场连线上的电压越接近设定的Vref，则电路100的接地故障检测灵敏度越低。而且，电路100的检测灵敏度依赖于双比较器电路120所设定的正常电压范围的上下限。假设，考虑现场连线自身带来的压降，则很有可能现场连线的远端的电压接近所设定的正常接地电平，即落入接地故障检测的非敏感区，或称盲区。

考虑到这一点，现有技术中还需要一种能够消除上述盲区的接地故障检测电路。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种接地故障检测方法和装置，该方法和装置能够较为有效地消除接地故障检测的盲区，优选地还可以降低阈值的容限对接地故障检测灵敏度的影响。

根据本发明一个方面，本发明提出了一种用于检测通知设备电路中接地故障的方法，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线回路，该方法包括：交替地将至少两个候选电平设定为正常情况下的大地参考电平；检测在所述通知设备电路中接大地点的实际接地电平；判断所检测出的实际接地电平是否落入当前参考电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集覆盖所述现场连线的电压范围；如果判断出所述实际接地电平落入所述子故障范围，则输出接地故障指示，否则输出非接地故障指示。

优选地，所述候选电平包括：第一候选电平（V_H）和第二候选电平（V_L），且所述第一电平（V_H）的第一子故障范围和所述第二电平（V_L）的第二子故障范围的并集基本上覆盖现场连线的电压范围。更为优选地，所述第一候选电平（V_H）为所述现场连线上电压的最高值，所述第二候选电平（V_L）为所述现场连线上电压的最低值。更为优选地，所述每个候选电平（V_H，V_L）被设定为所述大地参考电平（Vref）的持续时间（T1，T2）相同。

根据本发明的上述实施例的检测方法中，采用了两个或多个不同的候选电平交替作为参考电平，而且针对各个候选电平的子故障范围相互能够弥补彼此的盲区。由此，本发明提出的检测方法能够较为有效地减少或消除检测盲区。优选方案是，候选电平选取为最高和最低电压，这样，即使现场连线的电压为最高和最低电压之间的任意值也可以对其进行接地故障检测。

再者，由于本发明能够在一定程度上消除盲区，因而在不同情况下，导致接地故障触发的接地阻抗大体在同一量级（例如，100KΩ或250KΩ）。相反，如果采用图1所示的电路，则不同情况下，导致接地故障触发的接地阻抗相差几个量级（例如，100Ω或200KΩ）。

另外，在本发明实施例中，由于至少一个候选电平可以被选定为远离现场连线上的电压，而且故障范围加大，因而故障电压范围的上、下限的变化不会导致触发接地故障的接地阻抗的大幅变化。例如，对于例如两个候选电平分别为0V和24V的情况而言，如果其子故障电压范围设定在例如[2V，24V]和[0，22V]上，则其相应的触发接地故障的接地阻抗大体为例如250KΩ；如果其子故障电压范围设定在例如[4V，24V]和[0，20V]上，则其相应的触发接地故障的接地阻抗大体为例如100KΩ。由此可见，采用本发明的检测方法，触发接地故障的接地阻抗大小对于故障电压范围上、下限的变化并不敏感。

在本发明另一实施例中，优选地，所述判断出所述实际接地电平落入所述子故障范围的步骤还包括：如果所述实际接地电平落入所述子故障范围且未能在一个预定时间段内恢复正常，才输出所述接地故障指示，其中所述预定时间段长于所述每个候选电平被设定为大地参考电平的持续时间之和。更为优选地，所述判断出所述实际接地电平落入所述子故障范围的步骤还包括：在每次判断出所述实际接地电平未落入所述子故障范围后，复位一预定的定时器；重复执行所述检测步骤和所述判断步骤；如果在所述定时器的预定时间内，实际接地电平未能恢复到正常，则输出所述接地故障指示。采用这种方法，可以有效地避免毛刺或瞬间突变导致的误报。

根据本发明另一个方面，本发明还提出一种用于检测通知设备电路中接地故障的装置，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线回路，该装置包括：参考电平设定电路，其交替地将至少两个候选电平设定为正常情况下的大地参考电平；比较电路，其检测在所述通知设备电路中接地点的实际接地电平是否落入作为当前参考电平的候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集覆盖所述现场连线的电压范围；输出电路，如果判断出所述实际接地电平落入所述子故障范围，则输出接地故障指示，否则输出非接地故障指示。

优选地，所述参考电平设定电路还包括：第一计时器，用于定时所述每个候选电平被设定为所述大地参考电平的持续时间。更为优选地，所述装置还包括故障计时电路，用于在所述实际接地电平落入所述子故障范围且在一预定时间内未能恢复正常时，向所述输出电路输出所述实际接地电平落入所述故障范围的指示。在一个实施例中，所述故障计时电路包括：第二计时器，用于响应于所述实际接地电平未落入所述故障范围而复位；如果所述第二计时器因在一预定时间段内未被复位而超时，则输出所述接地故障指示，其中所述预定时间段长于所述每个候选电平被设定为接地参考电平的持续时间之和。

采用本发明提出的上述装置，可以用硬件来实现本发明提出的接地故障检测方法，尽量降低软件的使用量，甚至可以完全用硬件来实现，仅在发现接地故障时上报通知设备中的微控制器。这一特点对于通知设备的低功率待机模式尤为有益。而且，采用硬件来实现接地故障检测还可以避免软件故障带来的误报或受接地故障的影响而造成的误报，从而提高了可靠性。另外，由于接地检测装置的接口简单，易于集成到系统中，因而其还可以构成一个通用的附加模块。

根据本发明另一个方面，本发明还提出一种用于检测通知设备电路中接地故障的装置，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线回路，该装置包括：参考电平设定电路，其交替地将至少两个候选电平设定为正常情况下的大地参考电平；A/D转换电路，其检测在所述通知设备电路中接地点的实际接地电平；判断模块，用于判断实际接地电平是否落入当前作为参考电平的候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集覆盖所述现场连线的电压范围；输出电路，如果判断出所述实际接地电平落入所述任一子故障范围，则输出接地故障指示，否则输出非接地故障指示。

除了采用硬件来实现之外，本发明提出的方法也可以采用A/D转换电路和处理模块来实现。

根据本发明又一个方面，本发明还提出一种通知系统，其包括：至少一个现场连线回路；以及一如上所述的接地故障检测装置。

参考以下结合附图对本发明各实施例的详细描述，本发明的上述方面和优点将会更加清晰明了。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是现有接地故障检测电路的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的接地故障检测方法的流程图；

图3是根据本发明另一个实施例的接地故障检测方法在第一时间段T1内的流程图；

图4是根据图3所示的接地故障检测方法在第二时间段T2内的流程图；

图5是根据本发明一个实施例的接地故障检测电路的方框图；

图6是根据本发明另一个实施例的接地故障检测电路的方框图；

图7是根据本发明又一个实施例的接地故障检测电路的原理图；

图8示出了图7所示电路各点的电压波形时序图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

鉴于图1所示的现有接地故障检测电路的缺陷，本发明的发明人提出了将正常情况下的大地点（EARTH）的参考电平Vref交替地设定在至少两个候选电平上，例如现场连线上的最高端电压（24V左右）和最低端电压，即参考地（GND），而不是将正常情况下的大地参考电平Vref设定在一个固定的值上。为了减少或避免盲区的出现，至少两个候选电平需要能够相互弥补接地检测的盲区，即，其各自对应的故障检测范围的并集覆盖通知系统中现场连线上的整个可能的电压范围（简称现场连线的电压范围）。基于上述思想的一个实施例的流程图在图2中示出。

图2示出了根据本发明一个实施例的方法流程图。如图2所示，方法从步骤S210开始。在步骤210中，交替地将两个不同的候选电平设定为正常情况下的大地参考电平Vref。本领域技术人员可以理解的是，将三个或更多的候选电平交替地设定为大地参考电平Vref也是可以的。对于两个候选电平的情况，例如，在第一时间段内将最高的端电压24V设定为Vref，在随后的第二时间段内将参考地GND设定为接地参考电平Vref，然后如此依次交替变换Vref。在每次变换Vref之后的稳态持续时间段内，在步骤S220中，检测在GROUND_STUD上的实际电压值Vg，其代表了现场连线上的电压和参考电压Vref叠加后的结果。在步骤S230中，判断检测到的Vg是否落入了接地故障电压的范围之内。这里的故障电压范围是指任意一个候选电平的子故障电压范围。例如对于采用24V和0V作为交替变换的候选电平而言，对应于24V候选电平的子故障电压范围可以设定在例如0V~22V，对应于0V候选电平的子故障电压范围可以设定在2V~24V。如果在步骤S230中判断结果为肯定的，则表明出现了接地故障，流程行进到步骤S240-2。在步骤S240-2中，接地故障指示信号GS被设置为有效，即，GS=1。否则，流程行进到步骤S240-1，GS=0并优选地继续回到步骤S220检测Vg。在第一或第二时间段到期时，步骤S210变换参考电压Vref的值。

图2仅仅示出了一个最简单的实施例。在实际应用中可以采用多种方法来设定交替变换参考电平Vref的定时方式，以及判断接地故障的方式。图3和图4分别示例性地示出了两种具体实现方式。

图3和图4示例性地示出了根据本发明一个实施例的接地故障检测方法。在图3和图4所示的方法中，与图2类似，分别在两个相继的时间段T1和T2内将两个不同的候选电平设定为大地的参考电平Vref。具体地，如图3和图4所示，检测方法从S310的初始化步骤开始。在步骤S310中，对两个计时器T1和T2进行初始化。计时器T1和T2分别用于对两个相继的时间段进行计时。在T1的时间段内Vref设定为一个较高的电平VH，在T2的时间段内Vref设定为一个较低的电平VL。T1和T2的计时时间可以相同或不同。除了对计时器T1和T2计时之外，在步骤S310中还对两个接地指示符GS0和GS1进行初始化。GS0和GS1分别用于标识在T1和T2时间段内的接地故障状态。初始化时，GS0=GS1=0表示无故障状态。

初始化之后，在步骤S321中，复位计时器T1，以使其开始计时，同时设定Vref=VH。在图3和图4的例子中，例如VH为24V。继而，在步骤S323中检测GROUND_STUD点的电压Vg是否超出了VH的子故障范围，即Vg是否高于Vupper（Vupper例如为22V）。在步骤S323中，如果Vg大于Vupper，则表明为正常情况，流程进而行进到步骤S324-1，GS0=0。相反，在步骤S323中发现Vg小于等于Vupper，则表明落入子故障范围，流程进而行进到步骤S324-2，GS0=1。在保存下故障状态之后，在步骤S325中检查T1计时器是否超时。如果没有超时，则优选地流程回到步骤S323继续检测Vg，以便依据多次检查结果进行优化处理，否则进入图4中的步骤S331为起点的T2时段的处理。可选地，在T1时间段内也可以仅检测一次Vg。

在图4的步骤S331中，复位计时器T2，以使其重新开始计时，同时设定Vref=VL。在图4的例子中，例如VL为优选的0V。与之前T1时段的处理类似，在T2时段内，在步骤S333中检测GROUND_STUD点的电压是否超出了VL的子故障范围，即Vg是否低于Vlower（Vlower例如为2V）。在步骤S333中，如果Vg小于Vlower，则表明为正常情况，流程进而行进到步骤S334-1，GS1=0。相反，在步骤S333中发现Vg大于等于Vlower，则表明落入故障范围，流程进而行进到步骤S334-2，GS1=1。在保存下故障状态之后，在步骤S335中检查T2计时器是否超时。如果没有超时，优选地流程回到步骤S333继续检测Vg以便依据多次检查结果进行优化处理（与T1时段的处理类似，在T2时段内也可以仅检测一次Vg），否则进入步骤S340。在步骤S340中，综合GS0和GS1的状态，确定是否出现接地故障。如图4所示，在步骤S340中，如果GS0和GS1中任一为1，即出现故障，则在步骤S341-2中接地故障指示GS=1，否则在步骤S341-1中GS=0。继而，流程回到图3的步骤S321，重新开始T1时段的处理。优选地，流程可以在重复执行步骤S321-S341若干次后再输出接地故障指示GS，从而可以消除毛刺或瞬时干扰。

在图2-4中示出了根据本发明实施例的接地故障检测方法的流程图。这些检测方法可以用软件来实现，也可以用硬件来实现，还可以采用软硬件结合的方式来实现。图5-7分别示出了三种实现方式。

图5示例性地示出了根据本发明一个实施例的以软硬件结合方式实现的接地故障检测装置的框图。如图5所示，接地检测装置500包括参考设定电路510、A/D转换电路520以及处理单元CPU 530。具体地，在图5中，参考设定电路510包括：两个电平提供电路512和513，其能够提供稳定的候选电平；以及一个选择开关515，其能够响应于CPU 530的指令而选择性地将电路512和513中之一提供的电平作为Vref提供到GROUND_STUD点。其中CPU 530按照例如图2-4中任一的方式规定的定时向选择开关515发出切换参考电压Vref的指令。A/D转换电路520将GRPUND_STUD点的电压Vg转换为数字量，并送入CPU 530。CPU 530接收到Vg的数字量后可按照图2-4中任一所示的方法。具体地，处理单元530包括判断模块，用于判断Vg是否落入任意一个候选模块的子故障范围，以及输出模块，如果判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述任一子故障范围，则输出接地故障指示（GS=1），否则输出非接地故障指示（GS=0）。优选地，处理单元530中的判断模块还包括：故障计时模块，用于在所述实际接地电平Vg落入所述任一子故障范围且在一预定时间段T3内未恢复正常后，向所述输出模块输出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围的指示，其中优选地所述预定时间段T3长于所述每个候选电平被设定为接地参考电平的持续时间之和。

图6示例性地示出了根据本发明另一个实施例的以硬件方式实现的接地故障检测装置的框图。总体来说，图6所示的检测装置600以硬件方式实现了类似图4所示的方法流程。如图6所示，检测装置600包括参考设定电路610、比较电路620、单次计时电路630、输出电路640。

在图6中，参考设定电路610能够交替地将两个候选参考电平（VH，VL）设定为大地参考电平Vref。具体地，参考设定电路610包括第一电压（VH）提供电路512、第二电压（VL）提供电路513、计时器611、选择开关515。这里，电路512、513、515的功能与结构与图5所示情况相同，这里不再赘述。其中，电路512和513可以是稳定的电压源，也可以是通过分压电路获得稳定电压VH或VL。计时器611用于对Vref切换的时间间隔进行计时。在图6所示的例子中，每个Vref持续的时间是相同的。如果计时器611到时，则发出信号控制选择开关515进行切换动作，以改变Vref的值。

在图6中，比较电路620用于判断GROUND_STUD点的电压Vg是否落入故障范围。比较电路620包括两个比较器620-1和620-2。其中，比较器620-1比较Vg是否小于Vupper，Vupper为与VH对应的子故障电压范围上边界。例如VH=24V，则Vupper可以设定为例如22V。比较器620-2比较Vg是否大于Vlower，Vlower为与VL对应的子故障电压范围下边界。例如VL=0V，则Vlower可以设定为例如2V。由此，如果Vg落入任意一个子故障范围，则表明出现了接地故障。

在图6中，比较电路620仅当在当前时间段内的Vg落入故障范围，才能捕捉到接地故障。如果Vg未落入故障范围，则比较电路620不能区分Vg是正常，还是在当前时间段内处于故障检测盲区。图6中的单次计时电路630-1响应于相应比较电路620-1检测到Vg未落入其子故障范围时而复位，且仅当该比较电路620-1检测到Vg落入故障范围时630-1退出复位状态、开始计时，直至630-1因超时而输出低电平。同样地，620-2和630-2也执行类似的过程。此外，如果当前时间段内例如620-1检测到Vg落入故障范围，则在下一时间段由于参考电平Vref切换到另外一个候选电平而使得在下一时间段内620-1必然继续检测到Vg落入故障范围。因此在两个时间段内620-1的输出均为故障状态，当该故障状态的持续时间超过630-1的预定计时时间，则630-1超时输出低电平。

在图6中，由于对Vref=VH和Vref=VL的情况分别进行处理，输出电路640需要对两种情况下的处理结果进行综合。在图6中，输出电路640连接到单次计时电路630-1和630-2的输出端，如果两个单次计时电路中任一因超时而输出例如低电平，则输出电路640输出有效的接地故障指示，例如GS=1，相反GS=0。

图7示例性地示出了一种具体电路实现。如图7所示，接地检测装置700包括参考设定电路710、比较电路720、单次计时电路730以及输出电路740。具体地，在图7中U1为计时芯片-（例如555计时芯片），其配置成对每一个候选电平被设定为参考电平Vref的持续时间进行计时。U1的输出（OUT）用于控制用作选择开关的场效应管组M1、M2、M3和M8。当U1的输出（OUT）为低电平时，M3和M8断开，进而导致M1断开、M2导通，从而Vref=0V。当U1的输出（OUT）为高电平时，M3和M8导通，进而导致M1导通、M2断开，从而Vref=24V。Vref经电组R14施加到GROUND_STUD点上，同时现场连线上的电压经接地电阻R10也施加到GROUND_STUD点上。比较电路720用于检测GROUND_STUD点上的实际电压Vg是否落入了故障范围。图7中，比较电路720包括两个比较器U2和U3，U2判断Vg是否小于等于故障范围的上限Vupper，U3判断Vg是否大于等于故障范围的下限Vlower。这里无论当前参考电平Vref为哪个候选电平，U2和U3都会对Vg进行判断，而且在未出现接地故障或者进入故障盲区时，U2和U3都可能判断为Vg未落入故障范围。U2和U3的比较结果分别送入单次计时器U4和U5。与图6所示的单次计时电路630类似，在U2判断出Vg超出子故障范围[0，22V]，则触发单次计时器U4复位并重新计时。类似的，在U3判断出Vg超出子故障范围[2，24V]时，则触发单次计时器U5复位并重新计时。相反，当U2和/或U3判断出Vg连续落入其对应的子故障范围时U4的输出端UPPER_OP和/或U5的输出端LOWER_OP因超时而输出低电平。输出电路740连接到UPPER_OP和LOWER_OP，且在UPPER_OP和LOWER_OP中任一为低电平时输出有效的接地故障指示，例如低电平，例如GS=1，反之为GS=0。具体地，输出电路740包括场效应管M4-M7。当UPPER_OP为低时，M5关断、M4导通，此时无论M6和M7处于何种状态，GS都为低，即有效的接地故障指示。类似地，当LOWER_OP为低时，M6关断、M7导通，此时无论M5和M4处于何种状态，GS都为低，即有效的接地故障指示。相反，当UPPER_OP和LOWER_OP均为高时，GS为高，表示无故障。

图8示例性地示出了类似于图7所示电路图中各点的波形时序图。不同之处在于，图8中交替设定成不同参考电平Vref的时间段T1和T2的时长不等。图8中第一行波形为GROUND_STUD点的电压Vg的波形图，其中上方的虚线表示故障范围的上限Vupper，下方的虚线表示故障范围的下限Vlower。由第一行波形可见，在大约1.0s之前，Vg随着Vref的交替变化而变化，且稳态均在故障范围之外。在大约1.0s时，Vg开始大于Vlower，即落入VL的子故障范围、出现接地故障。图8中的第二行和第三行波形示出了U4的触发端UPPER_TRIG的波形和UPPER_DIS点处的电压波形，以及U5的触发端LOWER_TRIG的波形和LOWER_DIS点处的电压波形。由图可见，在出现接地故障的时刻（1.0s）之后，因U4和U5均没有再收到Vg正常的触发信号，由此两个计时器均因未能及时复位而超时。这里，计时器U4和U5的定时时间长度为T3且T3长于T1和T2之和。由于U4和U5超时，U4和U5的UPPER_DIS和LOWER_DIS在大约1.4s处置为低电平。相应地，图8中的第四行波形示出的也在大约1.4s处变为低电平。最终，如图8中最后一行波形所示，在UPPER_OP和LOWER_OP中任一变为低电平时，GS就变为低，即，有效的接地故障指示电平。

在图7所示的电路中，Vref和Vg之间的电阻R14的大小可以通过并联一个或多个电阻的方式加以修正。R14的等效电阻值越大，检测电路越敏感，相反R14的等效电阻值越小，检测电路的敏感性越差。根据实际情况，本领域技术人员可以调整R14的值。或者，按照图7所示的情况，通过跳线J1和J2来选择性地改变阻值，进而改变检测电路对接地故障的敏感性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种用于检测通知设备电路中接地故障的方法，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线（Field Wire）回路，该方法包括：

交替地将至少两个候选电平（V_H，V_L）设定为正常情况下的大地点的参考电平（Vref）；

检测在所述通知设备电路中接大地点（GROUND_STUD）的实际接地电平（Vg）；

判断所检测出的实际接地电平（Vg）是否落入作为当前参考电平的一个候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围；

如果判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围，则输出接地故障指示（GS=1），否则输出非接地故障指示（GS=0）。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述每个候选电平（V_H，V_L）被设定为所述大地点的参考电平（Vref）的持续时间（T1，T2）相同。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述候选电平包括：第一候选电平（V_H）和第二候选电平（V_L），且针对所述第一电平（V_H）的第一子故障范围和针对所述第二电平（V_L）的第二子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一候选电平（V_H）为所述现场连线上的电压的最高值，所述第二候选电平（V_L）为所述现场连线上的电压的最低值。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围的步骤还包括：

如果所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围且未能在一预定时间段（T3）到期前恢复正常，则输出所述接地故障指示（GS=1），其中所述预定时间段（T3）长于所述每个候选电平被设定为大地点的参考电平（Vref）的持续时间（T1，T2）之和。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围的步骤还包括：

在每次判断出所述实际接地电平（Vg）未落入所述子故障范围后，复位一个对所述预定时间段（T3）进行计时的定时器；

重复执行所述检测步骤和所述判断步骤；

如果所述定时器因在所述预定时间段（T3）内未被复位而超时，则输出所述接地故障指示（GS=1）。

7.一种用于检测通知设备电路中接地故障的装置，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线（Field Wire）回路，该装置包括：

参考电平设定电路（610、710），其交替地将至少两个候选电平（V_H，V_L）设定为正常情况下的大地点的参考电平（Vref）；

比较电路（620、720），其检测在所述通知设备电路中接地点的实际接地电平（Vg）是否落入作为当前参考电平的一个候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围；

输出电路（640、740），如果判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围，则输出接地故障指示（GS=1），否则输出非接地故障指示（GS=0）。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述候选电平包括：第一候选电平（V_H）和第二候选电平（V_L），且所述第一电平（V_H）的第一子故障范围和针对所述第二电平（V_L）的第二子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围。

9.如权利要求7所述的装置，所述参考电平设定电路（610、710）还包括：

第一计时器，用于定时所述每个候选电平（V_H，V_L）被设定为所述大地参考电平（Vref）的持续时间。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一候选电平（V_H）为所述现场连线上电压的最高值，所述第二候选电平（V_L）为所述现场连线上电压的最低值。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述装置还包括故障计时电路（630、730），用于在所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围且在一预定时间段（T3）内未恢复正常时，向所述输出电路（640、740）输出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围的指示，其中所述预定时间段（T3）长于所述每个候选电平被设定为接地参考电平的持续时间（T1，T2）之和。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述故障计时电路（630、730）包括：

第二计时器（630-1，630-2，730），用于响应于所述实际接地电平（Vg）未落入所述子故障范围而复位；

如果第二计时器因在一预定时间段（T3）内未被复位而超时，则输出所述接地故障指示（GS=1）。

13.一种用于检测通知设备电路中接地故障的装置，其中所述通知设备电路包括至少一个现场连线（Field Wire）回路，该装置包括：

参考电平设定电路（510），其交替地将至少两个候选电平（V_H，V_L）设定为正常情况下的大地参考电平（Vref）；

A/D转换电路（520），其检测在所述通知设备电路中接地点的实际接地电平（Vg）；

判断模块，用于判断实际接地电平（Vg）是否落入作为当前参考电平的一个候选电平的子故障范围，其中各个候选电平的子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围；

输出模块，如果判断出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围，则输出接地故障指示（GS=1），否则输出非接地故障指示（GS=0）。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述候选电平包括：第一候选电平（V_H）和第二候选电平（V_L），且所述第一电平（V_H）的第一子故障范围和针对所述第二电平（V_L）的第二子故障范围的并集基本上覆盖所述现场连线的电压范围。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述第一候选电平（V_H）为所述现场连线上电压的最高值，所述第二候选电平（V_L）为所述现场连线上电压的最低值。

16.如权利要求13所述的装置，其中，所述判断模块还包括：

故障计时模块，用于在所述实际接地电平（Vg）落入所述任一子故障范围且在一预定时间段（T3）内未恢复正常后，向所述输出模块（640、740）输出所述实际接地电平（Vg）落入所述子故障范围的指示，其中所述预定时间段（T3）长于所述每个候选电平被设定为接地参考电平的持续时间（T1，T2）之和。

17.一种通知系统，包括：

至少一个现场连线回路；

一如权利要求7-16中任一所述的接地故障检测装置（500、600、700）。