CN108535680A - 剩余电流互感器故障自诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，其系统包括一剩余电流互感器、一自诊断电流发生电路、一状态切换电路、一剩余电流互感器主体电路和一微控制器；所述微控制器连接所述自诊断电流发生电路、所述状态切换电路和所述剩余电流互感器，所述自诊断电流发生电路通过一第一绕组和所述状态切换电路通过一第二绕组分别连接所述剩余电流互感器。本发明的一种剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，采用分形维数作为度量故障类型的特征量，能够准确的诊断故障类型，对微小故障及复杂故障具有良好的适应性；同时通过单片机控制设定自诊断周期，进行周期性的自我诊断，提高了电子式剩余电流互感器的智能化程度。

Description

剩余电流互感器故障自诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及智能电器领域，尤其涉及一种剩余电流互感器故障自诊断系统及方法。

背景技术

目前针对电子式剩余电流互感器的故障诊断方法，通常采用施加模拟剩余电流，根据互感器反馈的信号判别互感器的故障。通过在剩余电流互感器上增加一个自检信号激励绕组，基于单片机控制提供一个和实际剩余电流信号不相互冲突的模拟剩余电流信号，并且自动周期性的形成而无需人工操作。

现有的这些技术仅仅是对剩余电流互感器故障与否的检测，而对于故障的类型检测不明确。智能化的电子式剩余电流互感器融合多种电子电路如剩余电流采样电路、状态显示电路、信号调理电路、光耦隔离电路、A/D转换电路、微控制器等，工作环境复杂多变，电子式的剩余电流互感器中大量使用了光学和电子器件，这种结构特点要求其必须耐受电磁干扰的影响，当它长期工作在恶劣的环境中，输出信号有微小差别或者更为复杂的故障时，传统方法诊断难以实现，并且无法周期性的自发进行诊断。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，采用分形维数作为度量故障类型的特征量，能够准确的诊断故障类型，对微小故障及复杂故障具有良好的适应性；同时通过单片机控制设定自诊断周期，进行周期性的自我诊断，提高了电子式剩余电流互感器的智能化程度。

为了实现上述目的，本发明提供一种剩余电流互感器故障自诊断系统，包括一剩余电流互感器、一自诊断电流发生电路、一状态切换电路、一剩余电流互感器主体电路和一微控制器；所述微控制器连接所述自诊断电流发生电路、所述状态切换电路和所述剩余电流互感器，所述自诊断电流发生电路通过一第一绕组和所述状态切换电路通过一第二绕组分别连接所述剩余电流互感器。

优选地，所述自诊断电流发生电路包括：

一测试脉冲控制端，所述测试脉冲控制端连接所述微控制器；

一第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述测试脉冲控制端；

一第一三极管，所述第一三极管的基极连接所述第一电阻的第二端；

一第一等压端；

一第二电阻，所述第二电阻连接于所述第一等压端和所述第一三极管的集电极之间；

一第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第一三极管的发射极；

一第二三极管，所述第二三极管的基极连接所述第三电阻的第二端，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极连接所述第一绕组的第一端；

一交流电源；

一第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述交流电源；以及

串联于所述第一二极管的负极和所述第一绕组的第二端之间的两第四电阻。

优选地，所述状态切换电路包括：

一切换控制端，所述切换控制端连接所述微控制器；

一开关三极管，所述开关三极管的基极连接所述切换控制端，所述开关三极管的发射极接地；

一继电器，所述继电器的第一端连接所述开关三极管的集电极，所述继电器的第二端连接所述第一等压端，所述继电器的第一多路开关连接于所述第二绕组的第一端、所述剩余电流互感器主体电路的一第一连接端和所述微控制器之间；所述继电器的第二多路开关连接于所述第二绕组的第二端、所述剩余电流互感器主体电路的一第二连接端和所述微控制器之间；以及

一第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述开关三极管的集电极，所述第二二极管的负极连接所述第一等压端。

优选地，所述剩余电流互感器主体电路包括：

一第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述第一连接端，所述第三二极管的负极连接所述第二连接端；

一第四二极管，所述第四二极管的正极连接所述第二连接端，所述第四二极管的负极连接所述第一连接端；

一第五电阻，所述第五电阻的第一端连接所述第一连接端，所述第五电阻的第二端连接所述第二连接端；

一第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一连接端，所述第一电容的第二端连接所述第二连接端；

一第六电阻，所述第六电阻的第一端连接所述第一连接端；

一第七电阻，所述第七电阻的第一端连接所述第二连接端；

一第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第七电阻的第二端，所述第二电容的第二端连接所述第六电阻的第二端；

一第八电阻，所述第八电阻的第一端连接所述第二电容的第一端；

一第九电阻，所述第九电阻的第一端连接所述第二电容的第二端；

一运算放大器，所述运算放大器的反相输入端连接所述第八电阻的第二端，所述运算放大器的正相输入端连接所述第九电阻的第二端，所述运算放大器的电源输入端连接一电源输入端，所述运算放大器的接地端接地；

一第三电容，所述第三电容连接于所述正相输入端和所述反相输入端之间；

一第十电阻，所述第十电阻连接于一提升电压端和所述正相输入端之间；

一第四电容，所述第四电容连接于所述提升电压端和所述正相输入端之间；

一第十一电阻，所述第十一电阻连接于所述反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；

一第五电容，所述第五电容连接于所述反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；

一第十二电阻，所述第十二电阻的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述第十二电阻的第二端连接所述微控制器；以及

一第六电容，所述第六电容的第一端连接所述第十二电阻的第二端，所述第六电容的第二端接地。

优选地，所述第四二极管采用BAV99快速开关二极管。

优选地，所述微控制器连接有报警装置。

一种基于本发明所述的剩余电流互感器故障自诊断系统的剩余电流互感器故障自诊断方法，包括步骤：

S1：通过所述微控制器设定一自诊断周期；

S2：所述微控制器控制所述自诊断电流发生电路产生自诊断剩余电流，所述自诊断剩余电流通过所述第一绕组施加在所述剩余电流互感器上；

S3：采集所述剩余电流互感器的输出信号；

S4：对所述输出信号进行预处理，获得数字信号；

S5：所述微控制器根据所述数字信号计算获得一现时盒维数；

S6：将预存于所述微控制器中的一参照盒维数与所述现时盒维数进行比较；当所述参照盒维数与所述现时盒维数相同时，输出一正常结果；当所述参照盒维数与所述现时盒维数不同时，进入故障诊断模式；所述参照盒维数为所述剩余电流互感器正常工作时的盒维数；

S7：所述微控制器根据预设的一自诊断规则对所述剩余电流互感器进行故障诊断，并输出报警信号和一故障模式种类。

优选地，所述S4步骤中，所述预处理步骤包括：

将所述输出信号转换为固定电压范围的单极性电压信号；

将所述单极性电压信号进行A/D转换，获得所述数字信号。

优选地，所述S7步骤中，所述自诊断规则为：

当D_f＝D_n且|A₊|≠|A_{_}|时，所述故障模式种类为固定偏差故障，D_f为现时盒维数，D_n为所述参照盒维数，A₊为所述数字信号波形极大值，A_{_}为所述数字信号波形极小值；

当D_f＝1时，所述故障模式种类为失效故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A_-|且A₊>A，所述故障模式种类为变比增大故障；A为所述剩余电流互感器正常工作时的所述数字信号的波形幅值；

当D_f>D_n时，所述故障模式种类为精度失真故障；

当D_f<D_n时，所述故障模式种类为漂移偏差故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A_{_}|且A₊<A时，所述故障模式种类为变比减小故障。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，采用分形盒维数与幅值相结合的故障诊断方法，能够有效对故障进行分类诊断，使得故障的诊断更为精确，尤其是微小差别的故障和复杂故障，提高了诊断的可靠性，并且更加简单，方便。通过微控制器设定自诊断周期，可自发进行周期性的诊断，省去人为操作的步骤，更加便捷，提高了本实施例方法的实用性，进一步提高了剩余电流互感器故障自诊断系统的智能化程度。

附图说明

图1为本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的自诊断电流发生电路的电路图；

图3为本发明实施例的状态切换电路和剩余电流互感器主体电路的电路连接图；

图4为本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断方法的流程图；

图5为本发明实施例的剩余电流信号盒维数计算流程图。

具体实施方式

下面根据附图1～图5，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明实施例的一种剩余电流互感器故障自诊断系统，包括一剩余电流互感器1、一自诊断电流发生电路2、一状态切换电路3、一剩余电流互感器主体电路4和一微控制器5；微控制器5连接自诊断电流发生电路2、状态切换电路3和剩余电流互感器1，自诊断电流发生电路2通过一第一绕组61和状态切换电路3通过一第二绕组62分别连接剩余电流互感器1。微控制器5还连接有报警装置7。

请参阅图1和图2，自诊断电流发生电路2包括：一测试脉冲控制端J5、一第一电阻R10、一第一三极管Q1、一第一等压端V1、一第二电阻R11、一第三电阻R12、一第二三极管Q2、一交流电源J6、一第一二极管D2和两第四电阻R13；其中，测试脉冲控制端J5连接微控制器5；第一电阻R10的第一端连接测试脉冲控制端J5；第一三极管Q1的基极连接第一电阻R10的第二端；第二电阻R11连接于第一等压端V1和第一三极管Q1的集电极之间；第三电阻R12的第一端连接第一三极管Q1的发射极；第二三极管Q2的基极连接第三电阻R12的第二端，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的集电极通过一第一绕组连接端J7的第一端连接第一绕组61的第一端；第一二极管D2的正极连接交流电源J6；两第四电阻R13串联于第一二极管D2的负极和第一绕组连接端J7的第二端之间，第一绕组连接端J7的第二端连接第一绕组61的第二端。

本实施例中，交流电源J6采用220V交流电源；微控制器5控制接通第一三极管Q1后在第一绕组连接端J7接口产生约30mA的交流剩余电流。

请参阅图1和图3，状态切换电路3包括：一切换控制端J3、一开关三极管TR1、一继电器31和一第二二极管D1；其中，切换控制端J3连接微控制器5；开关三极管TR1的基极连接切换控制端J3，开关三极管TR1的发射极接地；继电器31的第一端连接开关三极管TR1的集电极，继电器31的第二端连接第一等压端V1，

继电器31的第一多路开关S1连接于第二绕组连接端J1的第一端、剩余电流互感器主体电路4的一第一连接端P1和一微控制器连接端J2的第一端之间，其中，第二绕组连接端J1的第一端连接第二绕组62的第一端；微控制器连接端J2的第一端连接微控制器5；

继电器的第二多路开关S2连接于第二绕组连接端J1的第二端、剩余电流互感器主体电路4的一第二连接端P2和微控制器连接端J2的第二端之间，其中，第二绕组连接端J1的第二端连接第二绕组62的第二端；微控制器连接端J2的第二端连接微控制器5。第一多路开关S1和第二多路开关S2联动；当在正常运行状态时导通第二绕组连接端J1与剩余电流互感器主体电路4；在故障诊断状态时导通第二绕组连接端J1与微控制器连接端J2。

第二二极管D1的正极连接开关三极管TR1的集电极，第二二极管D1的负极连接第一等压端V1。

本实施例中，剩余电流互感器主体电路4包括：一第三二极管T1、一第四二极管T2、一第五电阻R1、一第一电容C1、一第六电阻R3、一第七电阻R2、一第二电容C2、一第八电阻R4、一第九电阻R5、一运算放大器UIA、一第三电容C4、一第十电阻R7、一第四电容C5、一第十一电阻R6、一第五电容C3、一第十二电阻R8和一第六电容C6；其中，第三二极管T1的正极连接第一连接端P1，第三二极管T1的负极连接第二连接端P2；第四二极管T2的正极连接第二连接端P2，第四二极管T2的负极连接第一连接端P1；第五电阻R1的第一端连接第一连接端P1，第五电阻R1的第二端连接第二连接端P2；第一电容C1的第一端连接第一连接端P1，第一电容C1的第二端连接第二连接端P2；第六电阻R3的第一端连接第一连接端P1；第七电阻R2的第一端连接第二连接端P2；第二电容C2的第一端连接第七电阻R2的第二端，第二电容C2的第二端连接第六电阻R3的第二端；第八电阻R4的第一端连接第二电容C2的第一端；第九电阻R5的第一端连接第二电容C2的第二端；运算放大器UIA的反相输入端连接第八电阻R4的第二端，运算放大器UIA的正相输入端连接第九电阻R5的第二端，运算放大器UIA的电源输入端连接一电源输入端，运算放大器UIA的接地端接地；第三电容C4连接于正相输入端和反相输入端之间；第十电阻R7连接于一提升电压端V2和正相输入端之间；第四电容C5连接于提升电压端V2和正相输入端之间；第十一电阻R6连接于反相输入端和运算放大器UIA的输出端之间；第五电容C3连接于反相输入端和运算放大器UIA的输出端之间；第十二电阻R8的第一端连接运算放大器UIA的输出端，第十二电阻R8的第二端连接微控制器5；第六电容C6的第一端连接第十二电阻R8的第二端，第六电容C6的第二端接地。报警装置7可采用发光二极管、LED屏等设备。

本实施例中，第五电阻R1为采样电阻，剩余电流互感器1二次侧输出电流在第五电阻R1上转换为电压；第四二极管T2采用BAV99快速开关二极管，用于保护电路，它的主要作用是防止过电压和电压钳位的作用。提升电压端V2采用2.5V提升电压，使得微控制器5可以最大范围的采集信号。第十一电阻R6作为负反馈电阻，第五电容C3用于为第十一电阻R6提供补偿。第十二电阻R8和第六电容C6构成低通滤波器对输入微控制器5的信号进行滤波。

本发明的一种剩余电流互感器故障自诊断系统，采用微控制器5(MCU)作为核心，剩余电流信号经过A/D转换后在MCU中进行处理。按照国家标准人体触电流安全限值为30mA，若剩余电流互感器及其电子电路处于正常状态，施加30mA试验剩余电流后所产生的电压波形及其盒维数应与无故障状态下30mA测试剩余电流所产生的结果相同，反之，则进入故障诊断模式。本发明将无故障状态下施加的30mA剩余电流称为自诊断剩余电流，其盒维数为D_n即参照盒维数，自诊断剩余电流盒维数为D_f，即现时盒维数。

自诊断过程中，微控制器5(MCU)首先控制状态切换电路3将电路转换为自诊断状态，然后自诊断电流发生电路2产生自诊断剩余电流施加在第一绕组61上。剩余电流互感器1的第二绕组62上会有对应的感应电压信号，依据该信号便可进行故障诊断。

请参阅图1和图4，本发明实施例的一种基于本实施例的剩余电流互感器故障自诊断系统的剩余电流互感器故障自诊断方法，包括步骤：

S1：通过微控制器5设定一自诊断周期。

S2：微控制器5控制自诊断电流发生电路2产生自诊断剩余电流，自诊断剩余电流通过第一绕组61施加在剩余电流互感器1上。

S3：采集剩余电流互感器1的输出信号。

S4：对输出信号进行预处理，获得数字信号。

预处理步骤包括：将输出信号转换为0～5V的单极性电压信号；将单极性电压信号进行A/D转换，获得数字信号。例如，可将单极性电压信号进行10位的数字转换，将输入的0～5V的电压值转换为0到1023之间的整数值。

S5：微控制器5根据数字信号计算获得一现时盒维数。

在计算剩余电流的盒维数时，采样多个周期后，根据剩余电流信号的盒维数计算方法，在单片机中通过软件算法计算出线路中剩余电流盒维数。

S6：将预存于微控制器5中的一参照盒维数与现时盒维数进行比较；当参照盒维数与现时盒维数相同时，输出一正常结果；当参照盒维数与现时盒维数不同时，进入故障诊断模式；参照盒维数为剩余电流互感器1正常工作时的盒维数。

S7：微控制器5根据预设的一自诊断规则对剩余电流互感器1进行故障诊断，并输出报警信号和一故障模式种类。

其中，S7步骤中，自诊断规则为：

当D_f＝D_n且|A₊|≠|A_-|时，故障模式种类为固定偏差故障，D_f为现时盒维数，D_n为参照盒维数，A₊为数字信号波形极大值，A_-为数字信号波形极小值；

当D_f＝1时，故障模式种类为失效故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A_-|且A₊>A，故障模式种类为变比增大故障；A为剩余电流互感器1正常工作时的数字信号的波形幅值；

当D_f>D_n时，故障模式种类为精度失真故障；

当D_f<D_n时，故障模式种类为漂移偏差故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A_-|且A₊<A时，故障模式种类为变比减小故障。

盒维数又称为容量维数，设S是Rⁿ空间上任意的非空有界子集，r为大于零的任意数，如果存在一个数d，使得r→0时，有

N_r(S)∝1/r^d (1)

式(1)中，N_r(S)为用来覆盖S所需边长为r的n维立方体(盒子)的最小数目；r为n维立方体的边长。

则称d为S的盒维数。当且仅当存在一个正数a，使得

式(2)方程两边取对数，得

进一步求得

舍去常数项loga。由于0<r<1，logr为负数，因此盒维数d为正数，通常用D_b来表示盒维数。

MCU采样得到的剩余电流信号为基于时间序列的一组离散样本，近似等于一维曲线。对分形曲线y＝f(x)，用尺度为δ的网格覆盖分形曲线，所需网格数为N_δ，则N_δ随δ的减小而增大，且满足

N_δ＝kδ^-D (5)

式(5)中，D为分形曲线的分形维数，也称为网格维数；k为整数；δ为网格尺度；N_δ为尺度δ下覆盖曲线所需的网格数。

网格维数等价于盒维数而且比盒维数的计算相对容易，更适于MCU进行快速处理。一维离散信号的网格维数在1～2之间，信号越复杂与之对应的网格维数越大。

设实际采样时间T为有限量，采样间隔为Δt，采集到的信号为x₁，x₂，……，x_n；n为样本序列数，n＝T/Δt，以不同的Δt采样。则信号的网格维数为：

式(6)中，Δt为采样间隔；x_i为第i采样信号，i＝1,2,3…,n；D_b为网格维数。

因此，一维信号的网格维数计算步骤如下：

(1)设采样时间序列:X₁，X₂，……，X_i，……，X_n。X_i(i＝1，2，……，n)为i时刻采样所得。取时间尺度为ε(1≤nε＜＜n)，将采样时间序列划分为n/ε个子区间段：X₁，X₂，……，X_ε；X_ε+1，X_ε+2，……，X_2ε；……；X_n-ε+1，X_n-ε+2，……，X_n，为方便起见取n/ε为整数。用l表示第l子区段，l∈{1，2，……，n/ε}在每一个子区间段内，寻找相对离差最大的两样本点，并计算其相对离差Δd:

第l子区段内曲线与横向网格线相交数为h为网格高度，

(2)计算整个采样时间序列X₁，X₂，……，X_i，……，X_n曲线与平行于时间轴的平行线相交数m₁和整个采样时间序列X₁，X₂，……，X_i，……，X_n曲线与整个网格线相交数N₁：

(3)将采样时间尺度ε放大为bε(b＝2，3，……，p,且pε≤n)，重复步骤(1)、(2)得到另外p-1个时间序列曲线与整个网格线的相交数N₁，N₂，N₃，……，N_p。b为放大系数；p为大于3的自然数。

(4)分别对ε，2ε，3ε，4ε，……，pε和N₁，N₂，N₃，……，N_p，取对数以计算相应的x_b，y_b值：

x_b＝-log bε(b＝2，3，……，p) (11)

y_b＝log N_b(b＝2，3，……，p) (12)

(5)网格维数D_b(X)计算可用以下两种方法。

方法一：平均法。

其中，b,b′＝1，2，3，……，p且b＇>b；p(p-1)/2为求和的次数。

方法二：最小二乘法。

当ε→0时，logN_b＝-D_b(X)·logε，所以x_b和y_b有关系:

y_b＝-D_b(X)·x_b+const(b＝1,2,…,p) (14)

式(14)中，const为常数。

用最小二乘法求D_b(X)得：

根据以上网格维数计算过程，可得剩余电流信号盒维数计算流程，如图5所示。

电子式剩余电流互感器的故障是非常复杂的，为便于描述及分析，根据实际中的故障大致将其划分为六种类型：固定偏差故障、变比增大故障、变比减小故障，失效故障、漂移偏差故障和精度失真故障。其中，失效故障较容易被发现，然而剩余电流互感器及其检测处理电路发生故障时，信息量较少，尤其是固定偏差故障、变比偏差故障、漂移偏差性故障难以被发现，诊断难度大。本发明根据故障原因及故障输出波形的特点和不同，建立电子式剩余电流互感器的故障模型。

然后，根据已建立的电子式剩余电流互感器的故障模型，计算输出波形分形维数及其幅值。本发明采用盒维数作为诊断量，而网格维数等价于盒维数而且比盒维数的计算相对容易，更适于MCU(微控制器5)进行快速处理。根据各种故障盒维数和波形幅值特点与正常波形盒维数与波形的区别于差异，可得到电子式剩余电流互感器故障自诊断规则。

为验证本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断方法的有效性，利用三相程控标准功率源和上海电机学院电器研究平台系统进行了实验研究。本方法关键在于故障剩余电流输出波形的盒维数与自诊断剩余电流波形盒维数的比较分析，因此通过三相程控标准功率源对剩余电流互感器施加30mA自诊断电流，分析其二次绕组电压输出波形的盒维数。

对自诊断剩余电流通过剩余电流互感器的输出波形进行10次实验，从表1中可以看出，其盒维数的实际值与仿真值之间存在差异，每次计算值之间均存在一定偏差，但是其偏差范围不超过±5％，因此进行故障诊断时，可设定1.223±5％作为诊断的正常盒维数值D_n，被诊断盒维数值在此范围之内均与原盒维数相等。正常波形的幅值采用实测值的平均值，109.135mV。

表1自诊断剩余电流的互感器输出波形盒维数与幅值表

剩余电流互感器1运行过程中由于绕组断线、电磁干扰、气候原因等最易发生的故障为失效故障和精度失真故障，因此通过设计模拟故障实验，验证剩余电流互感器故障自诊断方法的可行性。失效故障表现为互感器二次绕组无输出，其盒维数值恒为1；精度失真故障表现为输出波形混杂大量噪声，对正常波形造成干扰，该输出波形盒维数大于正常波形盒维数。依据盒维数计算原理，可得实验波形盒维数，进行三次重复的模拟故障实验，实验结果如表2所示。

表2模拟故障实验结果表

从表2中可以看出，失效故障盒维数为恒定值1，精度失真故障波形盒维数大于正常波形盒维数1.223±5％，利用本发明诊断方法从被诊断波形的盒维数易于分辨出故障模式。因此，可见本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断方法可以有效的诊断出故障类型，分形盒维数适用于剩余电流互感器复杂故障的自诊断，诊断方法可操作性强，在故障诊断中具有一定的实用性。

本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，是基于剩余电流互感器1的六种故障模型进行故障诊断，采用分形盒维数与幅值相结合的故障诊断方法，能够有效对故障进行分类诊断，使得故障的诊断更为精确，尤其是微小差别的故障和复杂故障，提高了诊断的可靠性，并且更加简单，方便。

通过微控制器5设定自诊断周期，可自发进行周期性的诊断，省去人为操作的步骤，更加便捷，提高了本实施例方法的实用性，进一步提高了剩余电流互感器故障自诊断系统的智能化程度。

同时，本发明实施例的剩余电流互感器故障自诊断系统及方法，其对于互感器线圈的检测，不仅仅只是检测线圈是否损坏，而且可以对互感器故障类型进行诊断，对于复杂故障以及微小差别的故障具有良好的适应性，并能够周期性的进行自诊断。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，包括一剩余电流互感器、一自诊断电流发生电路、一状态切换电路、一剩余电流互感器主体电路和一微控制器；所述微控制器连接所述自诊断电流发生电路、所述状态切换电路和所述剩余电流互感器，所述自诊断电流发生电路通过一第一绕组和所述状态切换电路通过一第二绕组分别连接所述剩余电流互感器。

2.根据权利要求1所述的剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，所述自诊断电流发生电路包括：

一测试脉冲控制端，所述测试脉冲控制端连接所述微控制器；

一第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述测试脉冲控制端；

一第一三极管，所述第一三极管的基极连接所述第一电阻的第二端；

一第一等压端；

一第二电阻，所述第二电阻连接于所述第一等压端和所述第一三极管的集电极之间；

一第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第一三极管的发射极；

一第二三极管，所述第二三极管的基极连接所述第三电阻的第二端，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极连接所述第一绕组的第一端；

一交流电源；

一第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述交流电源；以及

串联于所述第一二极管的负极和所述第一绕组的第二端之间的两第四电阻。

3.根据权利要求2所述的剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，所述状态切换电路包括：

一切换控制端，所述切换控制端连接所述微控制器；

一开关三极管，所述开关三极管的基极连接所述切换控制端，所述开关三极管的发射极接地；

一继电器，所述继电器的第一端连接所述开关三极管的集电极，所述继电器的第二端连接所述第一等压端，所述继电器的第一多路开关连接于所述第二绕组的第一端、所述剩余电流互感器主体电路的一第一连接端和所述微控制器之间；所述继电器的第二多路开关连接于所述第二绕组的第二端、所述剩余电流互感器主体电路的一第二连接端和所述微控制器之间；以及

一第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述开关三极管的集电极，所述第二二极管的负极连接所述第一等压端。

4.根据权利要求3所述的剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，所述剩余电流互感器主体电路包括：

一第三二极管，所述第三二极管的正极连接所述第一连接端，所述第三二极管的负极连接所述第二连接端；

一第四二极管，所述第四二极管的正极连接所述第二连接端，所述第四二极管的负极连接所述第一连接端；

一第五电阻，所述第五电阻的第一端连接所述第一连接端，所述第五电阻的第二端连接所述第二连接端；

一第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一连接端，所述第一电容的第二端连接所述第二连接端；

一第六电阻，所述第六电阻的第一端连接所述第一连接端；

一第七电阻，所述第七电阻的第一端连接所述第二连接端；

一第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第七电阻的第二端，所述第二电容的第二端连接所述第六电阻的第二端；

一第八电阻，所述第八电阻的第一端连接所述第二电容的第一端；

一第九电阻，所述第九电阻的第一端连接所述第二电容的第二端；

一运算放大器，所述运算放大器的反相输入端连接所述第八电阻的第二端，所述运算放大器的正相输入端连接所述第九电阻的第二端，所述运算放大器的电源输入端连接一电源输入端，所述运算放大器的接地端接地；

一第三电容，所述第三电容连接于所述正相输入端和所述反相输入端之间；

一第十电阻，所述第十电阻连接于一提升电压端和所述正相输入端之间；

一第四电容，所述第四电容连接于所述提升电压端和所述正相输入端之间；

一第十一电阻，所述第十一电阻连接于所述反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；

一第五电容，所述第五电容连接于所述反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；

一第十二电阻，所述第十二电阻的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述第十二电阻的第二端连接所述微控制器；以及

一第六电容，所述第六电容的第一端连接所述第十二电阻的第二端，所述第六电容的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，所述第四二极管采用BAV99快速开关二极管。

6.根据权利要求5所述的剩余电流互感器故障自诊断系统，其特征在于，所述微控制器连接有报警装置。

7.一种基于权利要求6所述的剩余电流互感器故障自诊断系统的剩余电流互感器故障自诊断方法，包括步骤：

S1：通过所述微控制器设定一自诊断周期；

S2：所述微控制器控制所述自诊断电流发生电路产生自诊断剩余电流，所述自诊断剩余电流通过所述第一绕组施加在所述剩余电流互感器上；

S3：采集所述剩余电流互感器的输出信号；

S4：对所述输出信号进行预处理，获得数字信号；

S5：所述微控制器根据所述数字信号计算获得一现时盒维数；

S6：将预存于所述微控制器中的一参照盒维数与所述现时盒维数进行比较；当所述参照盒维数与所述现时盒维数相同时，输出一正常结果；当所述参照盒维数与所述现时盒维数不同时，进入故障诊断模式；所述参照盒维数为所述剩余电流互感器正常工作时的盒维数；

S7：所述微控制器根据预设的一自诊断规则对所述剩余电流互感器进行故障诊断，并输出报警信号和一故障模式种类。

8.根据权利要求7所述的剩余电流互感器故障自诊断方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述预处理步骤包括：

将所述输出信号转换为固定电压范围的单极性电压信号；

将所述单极性电压信号进行A/D转换，获得所述数字信号。

9.根据权利要求8所述的剩余电流互感器故障自诊断方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述自诊断规则为：

当D_f＝D_n且|A₊|≠|A_-|时，所述故障模式种类为固定偏差故障，D_f为现时盒维数，D_n为所述参照盒维数，A₊为所述数字信号波形极大值，A-为所述数字信号波形极小值；

当D_f＝1时，所述故障模式种类为失效故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A-|且A₊>A，所述故障模式种类为变比增大故障；A为所述剩余电流互感器正常工作时的所述数字信号的波形幅值；

当D_f>D_n时，所述故障模式种类为精度失真故障；

当D_f<D_n时，所述故障模式种类为漂移偏差故障；

当D_f＝D_n；|A₊|＝|A_{_}|且A₊<A时，所述故障模式种类为变比减小故障。