CN108051634A - 一种分布式剩余电流测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式剩余电流测量系统，包括分支回路、回路、剩余电流互感器、负载电流互感器、本地监控、监控系统、终端用户以及回路分合闸，所述回路输出端分别与分支回路、剩余电流互感器以及负载电流互感器相连接，所述剩余电流互感器以及负载电流互感器输出端分别与本地监控输入端相连接，所述本地监控与监控系统双向连接，所述监控系统输出端与终端用户相连接，所述回路分合闸与分支回路双向连接，所述回路分合闸与本地监控双向连接，实现了通过计算分布式回路的剩余电流，判断各个回路电流报警信息，远程控制不同回路的开关分闸、合闸的功能，实现本供电回路里各个分支回路的检测与控制。本发明使用方便，安全性好，功能性强，可靠性高。

Description

一种分布式剩余电流测量系统
技术领域
本发明是一种分布式剩余电流测量系统，属于电路安全技术领域。
背景技术
剩余电流测量系统是用于楼宇、厂矿等分散供电的供电网络，在供电网络关键端口分布使用三相剩余电流探测器和单相剩余电流探测器组成网络，分别探测各个分段供电网络线路的剩余电流，供电端口下一级的供电开关使用远程智能控制的分闸、合闸功能模块，通过软件系统控制不同回路分闸、合闸，计算不同的电流，再分析、判据判断确定剩余电流最大的供电回路，给出报警信号和线路编号，也可以根据地理信息指明故障回路地址。软件系统还通过软件推送，将故障信息发送到相关人员手机，提示故障信息，指明故障回路所在的回路地址编号，供运行、维护提供决策支持。
现有技术中，剩余电量测量的设备各个独立、无数据关联，无网络数据关联，操作仅凭人工。原有的是使用单相剩余电流探测器，独立使用，没有形成网络，没有网络的调度控制算法来确定网络内部的故障回路，仅仅是针对单独目标进行测量、控制，当出现剩余电流超标警告，只能知晓当前回路剩余电流超限，不能准确判断究竟是那一条回路或者其下一级回路出现故障，对于供电网络复杂的系统，不能进行故障回路定位，查找故障回路操作复杂，耗时长，影响供电回路的稳定性和可靠性，所以需要一种分布式剩余电流测量系统以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种分布式剩余电流测量系统，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明使用方便，安全性好，功能性强，可靠性高。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种分布式剩余电流测量系统，包括若干个回路和一个监控系统，每个回路下面设置有若干个分支回路；每个回路配备
剩余电流互感器，其用于检测回路中的剩余电流；
负载电流互感器，其用于检测回路中的负载电流；
本地监控，其将剩余电流互感器和负载电流互感器的实时数据与后台的监控系统进行交互，并控制回路分合闸的动作；
回路分合闸，其控制回路的断开与闭合；
所述监控系统对接每一个回路的本地监控，并在检测到异常状态时推送相关信息至终端用户。
所述剩余电流互感器包括运算放大器U10A和运算放大器U10B，
运算放大器U10A的同相输入端接电阻R27，电阻R27另一端接电阻R71、双向稳压管V29、电感FB1；电阻R71和双向稳压管V29的另一端接GND；电感FB1的另一端接入双向稳压管V25和外接电流互感器，双向稳压管V25的另一端接外接电流互感器的另一端和电感FB2，电感FB2另一端接GND；
运算放大器U10A的反相输入端接电阻R24和电阻R72，电阻R24的另一端接GND，电阻R72的另一端接运算放大器U10A的输出端；运算放大器U10A的输出端同时接电阻R25和电阻R22，电阻R22的另一端接双向稳压管V28和电容C49；双向稳压管V28和电容C49的另一端接GND；电阻R22的另一端输出基准电压TR_REF_VOLTAGE；
电阻R25另一端接电阻R40和运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的反相输入端接电阻R69和电阻R29，电阻R69的另一端接电阻R76，电阻R76的另一端接GND；电阻R29的另一端接运算放大器U10B的输出端，运算放大器U10B的输出端接电阻R28，电阻R28的另一端接双向稳压管V23和电容C46，双向稳压管V23和电容C46的另一端接GND；电阻R28的另一端输出采样电压TR_OUT_VOLTAGE；
所述运算放大器U10A的同相输入端接电阻R26，电阻R26的另一端接电阻R70和电阻R73，电阻R73的另一端接GND，电阻R70的另一端接集成稳压器U15的OUT端；电阻R69的另一端接电阻R75，电阻R75接集成稳压器U15的OUT端；集成稳压器U15的OUT端接电容C50，电容C50的另一端接GND；
集成稳压器U15的BP端接电容C51,电容C51的另一端接GND，集成稳压器U15的IN端接VCC和电容C47，电容C47的另一端接GND，集成稳压器U15的EN端接电阻R74，电阻R74的另一端接VCC。
所述集成稳压器U15为AP7115集成电路。
所述电阻R27和电感FB1之间设置有支路，该支路连接二极管D4的正极和二极管D5的负极，二极管D4的负极接VCC，二极管D5的正极接GND。
本发明的有益效果：本发明的一种分布式剩余电流测量系统，因本发明添加了分支回路、回路、剩余电流互感器、负载电流互感器、本地监控、监控系统、终端用户以及回路分合闸，该设计实现了通过计算分布式回路的剩余电流，判断各个回路电流报警信息，远程控制不同回路的开关分闸、合闸的功能，能够综合计算、判断出生于电流最大的几个供电回路，明确给出电流值和供电回路的地址信息，解决了现有技术中不能进行故障回路定位，查找故障回路操作复杂，耗时长，容易影响供电回路的稳定性和可靠性的问题，本发明使用方便，安全性好，功能性强，可靠性高。TR_REF_VOLTAGE由加法放大电路构成，剩余电流采样经R27转变为电压波形Vs波形加载到参考电压V11上得Vin进行放大，保证放大后的波形为不过零的正弦波。TR_OUT_VOLTAGE由减法放大电路构成，不能由TR_REF_VOLTAGE采样获得的小电流经TR_REF_VOLTAGE加法放大电路放大后，减去由TR_OUT_VOLTAGE放大的最大电流波形谷值，使得波形接近零，这样可以增大放大范围。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种分布式剩余电流测量系统的工作原理框图。
图2为本发明的剩余电流互感器的电路图。
图3为本发明的Vin电压波形。
图4为本发明的Vs电压波形和Vin电压波形。
图5为本发明的Vs电压波形加载到Vin电压上的波形。
图6为本发明的参考电压V11、V21的波形。
图7为本发明的V11、V21加载后的TR_REF_VOLTAGE和TR_OUT_VOLTAGE的波形。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：
一种分布式剩余电流测量系统，包括若干个回路和一个监控系统，每个回路下面设置有若干个分支回路；每个回路配备
剩余电流互感器，其用于检测回路中的剩余电流；
负载电流互感器，其用于检测回路中的负载电流；
本地监控，其将剩余电流互感器和负载电流互感器的实时数据与后台的监控系统进行交互，并控制回路分合闸的动作；
回路分合闸，其控制回路的断开与闭合；
所述监控系统对接每一个回路的本地监控，并在检测到异常状态时推送相关信息至终端用户。通过计算分布式回路的剩余电流，判断各个回路电流报警信息，远程控制不同回路的开关分闸、合闸。综合计算、判断出生于电流最大的几个供电回路，明确给出电流值和供电回路的地址信息。算法采用交流采样，傅氏算法，逻辑分析判断，数值门槛智能识别，调度控制算法。该设计实现了通过计算分布式回路的剩余电流，判断各个回路电流报警信息，远程控制不同回路的开关分闸、合闸的功能，能够综合计算、判断出生于电流最大的几个供电回路，明确给出电流值和供电回路的地址信息，解决了现有技术中不能进行故障回路定位，查找故障回路操作复杂，耗时长，容易影响供电回路的稳定性和可靠性的问题。
所述剩余电流互感器包括运算放大器U10A和运算放大器U10B，
运算放大器U10A的同相输入端接电阻R27，电阻R27另一端接电阻R71、双向稳压管V29、电感FB1；电阻R71和双向稳压管V29的另一端接GND；电感FB1的另一端接入双向稳压管V25和外接电流互感器，双向稳压管V25的另一端接外接电流互感器的另一端和电感FB2，电感FB2另一端接GND；
运算放大器U10A的反相输入端接电阻R24和电阻R72，电阻R24的另一端接GND，电阻R72的另一端接运算放大器U10A的输出端；运算放大器U10A的输出端同时接电阻R25和电阻R22，电阻R22的另一端接双向稳压管V28和电容C49；双向稳压管V28和电容C49的另一端接GND；电阻R22的另一端输出基准电压TR_REF_VOLTAGE；TR_REF_VOLTAGE由加法放大电路构成，剩余电流采样经R27转变为电压波形Vs波形加载到参考电压V11上得Vin进行放大，保证放大后的波形为不过零的正弦波。
电阻R25另一端接电阻R40和运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的反相输入端接电阻R69和电阻R29，电阻R69的另一端接电阻R76，电阻R76的另一端接GND；电阻R29的另一端接运算放大器U10B的输出端，运算放大器U10B的输出端接电阻R28，电阻R28的另一端接双向稳压管V23和电容C46，双向稳压管V23和电容C46的另一端接GND；电阻R28的另一端输出采样电压TR_OUT_VOLTAGE；TR_OUT_VOLTAGE由减法放大电路构成，不能由TR_REF_VOLTAGE采样获得的小电流经TR_REF_VOLTAGE加法放大电路放大后，减去由TR_OUT_VOLTAGE放大的最大电流波形谷值，使得波形接近零，这样可以增大放大范围。
所述运算放大器U10A的同相输入端接电阻R26，电阻R26的另一端接电阻R70和电阻R73，电阻R73的另一端接GND，电阻R70的另一端接集成稳压器U15的OUT端；电阻R69的另一端接电阻R75，电阻R75接集成稳压器U15的OUT端；集成稳压器U15的OUT端接电容C50，电容C50的另一端接GND；集成稳压器U15使得整个电流更稳定。
集成稳压器U15的BP端接电容C51,电容C51的另一端接GND，集成稳压器U15的IN端接VCC和电容C47，电容C47的另一端接GND，集成稳压器U15的EN端接电阻R74，电阻R74的另一端接VCC。
所述集成稳压器U15为AP7115集成电路。
所述电阻R27和电感FB1之间设置有支路，该支路连接二极管D4的正极和二极管D5的负极，二极管D4的负极接VCC，二极管D5的正极接GND。
本发明的剩余电流的计算方法
参考电压V11、V21计算:
参考电压由1.5V电压V15F分压获得，计算公式如下：
V11＝R70*1.5/(R70+R73) 式1-1
V21＝R75*1.5/(R75+R76) 式1-2
采样TR_REF_VOLTAGE计算如图3-5所示
TR_REF_VOLTAGE由加法放大电路构成，剩余电流采样经R27转变为电压波形Vs波形加载到参考电压V11上得Vin进行放大，保证放大后的波形为不过零的正弦波，计算公式如下：
Vin＝Vs+V11 式2-1
TR_REF＝(R72/R24+1)*Vin 式2-2
波形如图3-5所示。
采样TR_OUT_VOLTAGE计算
TR_OUT_VOLTAGE由减法放大电路构成，不能由TR_REF_VOLTAGE采样获得的小电流经TR_REF_VOLTAGE加法放大电路放大后，减去由TR_OUT_VOLTAGE放大的最大电流波形谷值，使得波形接近零，这样可以增大放大范围，计算公式如下：
V_+＝R25*TR_REF/(R25+R40) 式3-1
TR_OUT＝V_+*(R29/R69+1)-V21*R29/R69 式3-2
因R25＝R69、R40＝R29，所以
TR_OUT＝(TR_REF-V21)*R29/R69 式3-3
波形如图6-7所示。
开路计算：
当剩余电流输入端开路，则输入信号为直流信号，输入为：
Vin＝1.5*(R70+R26+R27)/(R70+R26+R27+R71) 式4-1
再由式2-2、式3-3公式计算可以求出TR_REF、TR_OUT的值。
短路计算：
当剩余电流输入端短路，则输入信号为直流信号，输入为：
Vin＝1.5*(R70+R26)/(R70+R26+R71) 式5-1
再由式2-2、式3-3公式计算可以求出TR_REF、TR_OUT的值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式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。

Claims (5)

1.一种分布式剩余电流测量系统，其特征在于：包括若干个回路和一个监控系统，每个回路下面设置有若干个分支回路；每个回路配备
剩余电流互感器，其用于检测回路中的剩余电流；
负载电流互感器，其用于检测回路中的负载电流；
本地监控，其将剩余电流互感器和负载电流互感器的实时数据与后台的监控系统进行交互，并控制回路分合闸的动作；
回路分合闸，其控制回路的断开与闭合；
所述监控系统对接每一个回路的本地监控，并在检测到异常状态时推送相关信息至终端用户。
2.根据权利要求1所述的一种分布式剩余电流测量系统，其特征在于：所述剩余电流互感器包括运算放大器U10A和运算放大器U10B，
运算放大器U10A的同相输入端接电阻R27，电阻R27另一端接电阻R71、双向稳压管V29、电感FB1；电阻R71和双向稳压管V29的另一端接GND；电感FB1的另一端接入双向稳压管V25和外接电流互感器，双向稳压管V25的另一端接外接电流互感器的另一端和电感FB2，电感FB2另一端接GND；
运算放大器U10A的反相输入端接电阻R24和电阻R72，电阻R24的另一端接GND，电阻R72的另一端接运算放大器U10A的输出端；运算放大器U10A的输出端同时接电阻R25和电阻R22，电阻R22的另一端接双向稳压管V28和电容C49；双向稳压管V28和电容C49的另一端接GND；电阻R22的另一端输出基准电压TR_REF_VOLTAGE；
电阻R25另一端接电阻R40和运算放大器U10B的同相输入端，运算放大器U10B的反相输入端接电阻R69和电阻R29，电阻R69的另一端接电阻R76，电阻R76的另一端接GND；电阻R29的另一端接运算放大器U10B的输出端，运算放大器U10B的输出端接电阻R28，电阻R28的另一端接双向稳压管V23和电容C46，双向稳压管V23和电容C46的另一端接GND；电阻R28的另一端输出采样电压TR_OUT_VOLTAGE。
3.根据权利要求2所述的一种分布式剩余电流测量系统，其特征在于：所述运算放大器U10A的同相输入端接电阻R26，电阻R26的另一端接电阻R70和电阻R73，电阻R73的另一端接GND，电阻R70的另一端接集成稳压器U15的OUT端；电阻R69的另一端接电阻R75，电阻R75接集成稳压器U15的OUT端；集成稳压器U15的OUT端接电容C50，电容C50的另一端接GND；
集成稳压器U15的BP端接电容C51,电容C51的另一端接GND，集成稳压器U15的IN端接VCC和电容C47，电容C47的另一端接GND，集成稳压器U15的EN端接电阻R74，电阻R74的另一端接VCC。
4.根据权利要求3所述的一种分布式剩余电流测量系统，其特征在于：所述集成稳压器U15为AP7115集成电路。
5.根据权利要求3所述的一种分布式剩余电流测量系统，其特征在于：所述电阻R27和电感FB1之间设置有支路，该支路连接二极管D4的正极和二极管D5的负极，二极管D4的负极接VCC，二极管D5的正极接GND。
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