CN108572344A - 检测电流互感器二次侧断接的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测电流互感器的二次侧断接的装置，包括：耦合到电流互感器的二次侧以从电流互感器的二次侧采样信号的采样电路；在电流互感器处于诊断阶段时响应于耦合信号而可切换地耦合到采样电路的上拉电路；耦合到采样电路以从采样电路接收采样信号的处理器，其中处理器从采样信号提取相应的信号信息，其中所提取的信号信息对应于在电流互感器校准阶段下电流互感器的二次侧与负载连接或断接的状态；耦合到所述处理器、用于存储所提取的信号信息的存储器；以及耦合到所述处理器和所述存储器的检测器，其中，所述检测器使用在诊断阶段的采样信号的信号信息来访问存储器，以确定所提取的信号信息是否与所存储的信号信息相匹配，以如果负载是否从电流互感器断开。

Description

检测电流互感器二次侧断接的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测电流互感器二次侧断接的装置与方法。特别地，涉及一种监视二次侧电压以确定二次侧是否断接的电路与方法。

背景技术

电流互感器(Current Transformer，CT)通常用于电源应用中，例如电表中。CT检测电线中的电流，并生成与该电流成比例的信号。在电源应用中，一次侧的电流通常非常大，不能被安全地测量。CT可以用来在二次侧生成小得多的成比例的电流，其适于被测量或保护。由于二次侧电流与一次侧电流成比例，所测得的二次侧电流可以通过K_n＝I_1n/I_2n被转换，以反映一次侧电流，其中K_n是一次侧到二次侧的电流比，I_1n是一次侧电流，I_2n是二次侧电流。从而，CT提供了一种安全的电气隔离。

使用CT时的一个关键要求是，如果一次侧存在电流，二次侧则必须连接有负载，而不能开路。如果二次侧开路，一次侧的电流将会把二次侧的电压推升到一个极高的值，这将是危险和有害的。

因此，检测CT的二次侧是否断接是有利的。

发明内容

本发明内容被提供以介绍以下具体实施方式部分详述的概念中经选择的简化部分。本发明内容并不意欲确定权利要求中内容的关键或必要特征，亦不意欲使其限制权利要求的范围。

在一种实施方式中，本发明提供一种用于检测电流互感器的二次侧断接的装置。所述装置包括：

耦合到电流互感器的二次侧以从电流互感器的二次侧采样信号的采样电路；

在电流互感器处于诊断阶段时响应于耦合信号而可切换地耦合到采样电路的上拉电路；

耦合到采样电路以从采样电路接收采样信号的处理器，其中处理器从采样信号提取相应的信号信息，其中所提取的信号信息对应于在电流互感器校准阶段下电流互感器的二次侧与负载连接或断接的状态；

耦合到所述处理器、用于存储所提取的信号信息的存储器；以及

耦合到所述处理器和所述存储器的检测器，其中，所述检测器使用在诊断阶段的采样信号的信号信息来访问存储器，以确定所提取的信号信息是否与所存储的信号信息相匹配，以如果负载是否从电流互感器断开。

在一些实施方式中，所述处理器存储电流互感器在校准阶段时的所述信号信息，其中在校准阶段，上拉电路耦合到所述采样电路。

在一些实施方式中，所述装置进一步包括控制器，所述控制器与所述上拉电路通信，以向所述上拉电路提供耦合信号以在校准阶段时将上拉电路与采样电路耦合与断开。

在一些实施方式中，在所述电流互感器的正常运行阶段，所述控制器向所述上拉电路提供所述耦合信号，以将所述上拉电路与所述采样电路断开。

在一些实施方式中，所述装置进一步包括控制器，所述控制器连接到上拉电路，以向所述上拉电路提供耦合信号，以在诊断阶段将所述上拉电路与所述采样电路耦合。

在一些实施方式中，所述上拉电路包括电压源和电流源中的一个。

在一些实施方式中，所述装置进一步包括耦合在上拉电路与采样电路之间的开关电路，其中所述开关电路接收所述耦合信号，并响应于所述耦合信号而将所述上拉电路与所述采样电路耦合或断开。

在一种实施方式中，本发明提供一种检测电流互感器的二次侧与负载断接的方法。所述方法包括：

存储在校准阶段下与所述电流互感器的二次侧与负载连接或断接的状态相应的采样信号的第一信号信息；

响应于诊断阶段下的耦合信号而将上拉电路与采样电路耦合；

在诊断阶段下，从电流互感器的二次侧采样信号；

从所述采样的信号中提取第二信号信息；以及

以所述第二信号信息访问存储设备，以确定负载是否从所述电流互感器断开。

在一些实施方式中，所述在存储设备中存储所述第一信号信息的步骤包括：

响应于在校准阶段下的耦合信号而将上拉电路与采样电路耦合；

在负载连接和断开时分别从电流互感器的二次侧采样信号；

提取在校准阶段下所述采样信号的第一信号信息；以及

存储在所述校准阶段所提取的第一信号信息。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括：

在所述电流互感器的正常运行阶段，将所述上拉电路与所述采样电路断开。

在一些实施方式中，所述存储的第一信号信息包括对应于电流互感器的二次侧与负载连接和断开的电压范围，以及其中访问存储设备的步骤包括：

将第二信号信息与电压范围相比较；

确定包括所述第二信号信息的电压范围；以及

基于所确定的电压范围而确定所述电流互感器的二次侧与负载是否连接或断开。

在一些实施方式中，所述在存储设备中存储第一信号信息的步骤包括：

响应于在校准阶段的耦合信号，将上拉电路与采样电路相耦合；

通过耦合所述上拉电路，偏移在校准阶段中的分别对应于所述电流互感器的二次侧与负载连接和断开的采样信号的电压；

在存储设备中存储相应于所述电流互感器的二次侧与负载连接和断开的状态的电压范围。

在一些实施方式中，所述在诊断阶段将上拉电路与采样电路耦合的步骤包括：

检测来自所述电流互感器的二次侧的采样信号的变化；

确定所述采样信号的变化超过预定阈值；以及

提供在校准阶段将上拉电路与采样电路耦合的耦合信号。

在一种实施方式中，本发明提供一种检测电流互感器的二次侧与负载断接的方法。所述方法包括：

响应于电流互感器变换到诊断阶段而将移位电路耦合到电流互感器的二次侧；

确定来自所述电流互感器的二次侧的信号电压；

将所述确定的信号电压与对应的表明电流互感器与负载连接或断接的状态相匹配。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括：

确定来自所述电流互感器的二次侧的信号的变化超过预定的阈值；以及

将所述电流互感器变换到诊断阶段。

在一些实施方式中，所述移位电路是电压源与电流源中的一个。

在一些实施方式中，所述将确定的信号电压与相应的状态相匹配的步骤包括：

在存储设备中查找包括所述信号电压的电压范围；以及

将存储在所述存储设备中的相应于所述电压范围的状态确定为匹配的状态。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括：

响应于所述电流互感器在校准阶段，将所述移位电路耦合到所述电流互感器的二次侧；

在存储设备中存储第一状态和相对应的第一状态下来自所述电流互感器的二次侧的电压范围，其中所述第一状态表明在所述校准阶段所述电流互感器的二次侧与负载连接；以及

在存储设备中存储第二状态和相对应的第二状态下来自所述电流互感器的二次侧的电压范围，其中所述第二状态表明在所述校准阶段所述电流互感器的二次侧与负载断接。

在一些实施方式中，所述方法进一步包括：

当所述电流互感器在正常运行阶段时，将所述移位电路与所述电流互感器的二次侧断开。

在一些实施方式中，耦合所述移位电路将第一状态下的二次侧电压与第二状态下的二次侧电压分开。

附图说明

以下将结合附图对于本发明的实施方式进行进一步描述，其中：

图1是根据本发明一种实施方式的检测电流互感器的二次侧断接的装置的示意框图；以及

图2是图1中所示装置的更详细的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种检测电流互感器的二次侧是否与负载断接的电路与方法。在校准阶段，通常在工厂进行，上拉电路与采样电路耦接，负载与电流互感器之间被连接和断开，其中与电压参数相关的信号信息被存储在存储器中。在正常运行中，上拉电路与采样电路之间断开，处理器通过提取自采样电路(连接到电流互感器)所接收的信号中的信息来监控电流互感器(如与其相连的负载)。如果处理器检测到异常电压波动，则该电流互感器被置入诊断阶段。在诊断阶段中，上拉电路被连接到采样电路；并且一个从处理器接收电流信号信息的检测器访问存储器，以确定所匹配的信号信息，确定负载是否与电流互感器连接或断开。

现在参考图1，其示出了一种检测负载自电流互感器断开的装置100。该装置包括采样电路102、上拉电路104、处理器106、存储器或存储设备108、以及检测器110。

采样电路102耦合到电流互感器(CT)102的二次侧122。采样电路102被配置为从CT120的二次侧122采样信号。上拉电路104可切换地耦合到采样电路102。在该优选的实施方式中，自处理器106提供耦合信号，以将上拉电路104与采样电路102连接和/或断开。处理器106耦合到采样电路102，并自采样电路102接收采样信号。处理器106从采样信号中提取相应的信号信息。该信号信息优选地包括信号电压。

存储设备108耦合到处理器106，并存储采样信号的信号信息。存储设备108示出为与处理器106分离，然而在优选的实施方式中，存储设备108包括集成到处理器106中或者作为处理器106一部分的存储器。通常地，从采样信号提取的信号信息与相关的CT的状态相对应，例如CT的二次侧与负载连接或断开。从而，存储设备108存储该状态，其与相应的信号信息相对应。更具体地，所存储的信号信息是相应于在上拉电路104耦合到采样电路102的情况下、CT的二次侧与负载连接或断开的状态时，采样信号的电压范围。该存储的信号信息是在例如工厂中的校准阶段中得到的，其中上拉电路104与采样电路102相耦合。

检测器110耦合到处理器106与存储设备108。在CT 120的二次侧122的输出出现异常波动的诊断阶段下，上拉电路104被耦合信号控制，其将上拉电路104与采样电路102相耦合。如上所述的，在该实施方式中，耦合信号由处理器106提供，以将上拉电路104与采样电路102连接或断开。在诊断阶段，采样电路102对CT 120的二次侧的输出信号进行采样，并将所采样的信号提供给处理器106。处理器106从采样的信号中提取信号信息，例如，采样信号的电压。检测器110以该信号信息在存储设备108中查找相应匹配的状态信息。

在校准阶段中，处理器106提供耦合信号以将上拉电路104与采样电路102耦合；在正常运行模式中，处理器106提供耦合信号以将上拉电路104与采样电路102断开。在诊断阶段，如上所述的，处理器进一步地提供耦合信号以将上拉电路104与采样电路102相耦合。尽管在此描述了处理器106提供耦合信号，在可选的实施方式中，该耦合信号可以由其他控制电路来提供，例如控制器。在一种实施方式中，处理器106包括一种恩智浦半导体提供的MPC5777微处理器。

上拉电路104包括开关电路112。开关电路112与处理器106和采样电路102相耦合，其接收闭合或打开该开关的耦合信号，从而将上拉电路104与采样电路102连接或断开。在可选的实施方式中，开关电路112可以位于上拉电路104之外。

图2是图1中装置100的更详细的电路图。现在参考图2，采样电路102包括第一、第二电阻R1、R2串联的第一支路、电容C1和C2串联的第二支路、以及在第一、第二支路的每一端之间分别连接的电阻R3、R4。第一支路连接在CT 120的二次绕组122的抽头L1、L2之间。在可选的实施方式中，采样电路102可以实施为有源前端(Active Front End，AFE)。第二支路的每一端与处理器106的输入端T1、T2分别耦合，以使处理器106可以从二次绕组122的每个抽头L1、L2上的采样信号中提取信号信息。

开关电路112包括第一晶体管Q1与第二晶体管Q2。第一晶体管Q1的栅极连接到处理器106，以自处理器106接收耦合信号。第一晶体管Q1的源极接地，第一晶体管Q1的漏极通过电阻R5连接到第二晶体管Q2的栅极。第二晶体管Q2的源极连接到上拉电路104，上拉电路104可以是电压源或电流源。第二晶体管Q2的漏极连接到CT 120的二次绕组122的抽头L1。

在校准阶段，处理器106向第一晶体管Q1提供耦合信号。开关电路112因而将上拉电路104与二次绕组122耦合。随后，二次绕组122被连接或断开，并且在两种状态下的二次绕组122的信号电压被处理器106所提取。可以理解的是，如果二次绕组122与负载断接，由于上拉电路104耦合在抽头L1上，二次绕组122的信号电压会被提升到比在连接状态下更高的水平。第一电阻R1、第二电阻R2的阻值可以基于所用的上拉电压、CT电阻值等而作适当地调整，以使偏移的电压可以提升到一个可区分的值。

下面的表1示出了在上拉电路104未耦合到采样电路102的时候处理器106的输入端T1、T2上的信号电压的示例：

表1 没有上拉电路时的信号电压示例

由表1可以看到，在上拉电路104不耦合到采样电路102的情况下，处理器106的输入端T1与T2上的电压在连接、断开状态下并无大的区别。因此，难以根据该采样信号的电压来将连接状态与断接状态区别开来。

以3.3V的上拉电压为例，表2所示的是处理器106上的输入端T1、T2在上拉电路104与采样电路102相耦合时的信号电压。

表2 上拉电路耦合时的信号电压示例

从表2可以看到，当二次绕组122与负载连接和断接时，输入端T1、T2上的信号电压显著地发生变化。例如，输入端T1上的最小信号电压从二次侧122连接有负载时的10.27846336mV增大到二次侧122与负载断接时的10.78885794mV。从而，采样信号电压具有了足够的区分度，以使其可以彼此区别开来。在校准阶段，当上拉电路104耦合到采样电路102时，采样信号电压被与上述表2中类似的信号范围相匹配，从而可以确定出相应的连接状态。

在校准阶段，CT 120的二次侧122的信号在连接状态下和断接状态下被多次采样与测量，从而对应于每个状态的电压范围被提取，并被存储在存储设备108中。

CT 120的二次侧122的连接状态的确定对于确定故障是有用的。如果确定二次侧122断接，有必要将一次侧的电源关断，从而二次侧的电压不会变得太高而损坏CT 120。

在诊断阶段，处理器106向开关电路112提供耦合信号，以将上拉电路104与采样电路102相耦合。采样信号被提供给处理器106的输入端T1和T2。检测器110以采样信号的电压在存储设备110中查找包括了该采样信号电压的电压范围。更具体地，检测器110将诊断阶段下采样信号的信号信息与存储在存储设备110中的电压范围相比较，并确定包括该信号信息的电压范围。检测器110随后可以将相应于找到的电压范围的连接状态确定为CT 120的当前连接状态。由于在连接状态和断接状态下的电压范围被彼此分开，可以轻易地区分和找到目标电压范围。

进一步地，为检测前述的异常波动，以进入诊断阶段，处理器可以为采样信号的变化设置一个预定的阈值。如果来自二次侧122的采样信号的变化超过该阈值，则确定为异常波动，并随后在诊断阶段中提供耦合信号到开关电路112以将上拉电路104与采样电路102耦合。

根据各实施方式，上拉电路104的耦合放大了CT 120的二次侧122与负载连接或断接的状态下的差别。换言之，上拉电路104提升了每个状态下的电压范围以使其彼此之间分开，从而在诊断阶段下提取的电压范围容易被匹配到所存储的电压状态。由于每个电压范围都具有相应的状态，因此根据提取的信号电压的匹配容易确定连接的状态。

在此参考了特定的所示的例子对于各种示例的实施方式进行了描述。所述示例的例子被选择为辅助本领域的技术人员来形成对于各实施方式的清晰理解并得实施。然而，可以构建为包括一个或多个实施方式的系统、结构和器件的范围，以及根据一个或多个实施方式实施的方法的范围，并不为所展示的示例性例子所限制。相反地，所属技术领域的技术人员基于本说明书可以理解：可以根据各实施方式来实施出很多其他的配置、结构和方法。

应当理解的是，就于本发明在前描述中所使用的各种位置指示来说，例如顶、底、上、下，彼等指示仅是参考了相应的附图而给出，并且当器件的朝向在制造或工作中发生变化时，可以代替地具有其他位置关系。如上所述，那些位置关系只是为清楚起见而描述，并非限制。

本说明的前述描述是参考特定的实施方式和特定的附图，但本发明不应当限制于此，而应当由权利要求书所给出。所描述的各附图都是示例性的而非限制性的。在附图中，为示例的目的，各元件的尺寸可能被放大，且可能没有绘制为特定的比例尺。本说明也应当包括各元件、工作方式在容限和属性上的不连续的变换。还应当包括本发明的各种弱化实施。

本说明及权利要求书中所使用的词汇“包括”并不排除其他元件或步骤。除非特别指出，在使用单数形式如“一”、“一个”指代确定或不确定的元件时，应当包括该元件的复数。从而，词汇“包括”不应当被理解为限于在其后所列出的条目，不应当理解为不包括其他元件或步骤；描述“器件包括项目A和B”的范围不应当限制为只包括元件A和B的器件。该描述表示，就于本说明而言，只有器件的元件A和B是相关的。

对于所属领域的技术人员而言，在不背离本发明的权利要求的范畴内可以作出多种具体变化。

Claims (10)

1.一种用于检测电流互感器的二次侧断接的装置，其特征在于，所述装置包括：

耦合到电流互感器的二次侧以从电流互感器的二次侧采样信号的采样电路；

在电流互感器处于诊断阶段时响应于耦合信号而可切换地耦合到采样电路的上拉电路；

耦合到采样电路以从采样电路接收采样信号的处理器，其中处理器从采样信号提取相应的信号信息，其中所提取的信号信息对应于在电流互感器校准阶段下电流互感器的二次侧与负载连接或断接的状态；

耦合到所述处理器、用于存储所提取的信号信息的存储器；以及

耦合到所述处理器和所述存储器的检测器，其中，所述检测器使用在诊断阶段的采样信号的信号信息来访问存储器，以确定所提取的信号信息是否与所存储的信号信息相匹配，以如果负载是否从电流互感器断开。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述处理器存储电流互感器在校准阶段时的所述信号信息，其中在校准阶段，上拉电路耦合到所述采样电路。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括控制器，所述控制器连接到上拉电路，以向所述上拉电路提供耦合信号，以在诊断阶段将所述上拉电路与所述采样电路耦合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括耦合在上拉电路与采样电路之间的开关电路，其中所述开关电路接收所述耦合信号，并响应于所述耦合信号而将所述上拉电路与所述采样电路耦合或断开。

5.一种检测电流互感器的二次侧与负载断接的方法，其特征在于，所述方法包括：

存储在校准阶段下与所述电流互感器的二次侧与负载连接或断接的状态相应的采样信号的第一信号信息；

响应于诊断阶段下的耦合信号而将上拉电路与采样电路耦合；

在诊断阶段下，从电流互感器的二次侧采样信号；

从所述采样的信号中提取第二信号信息；以及

以所述第二信号信息访问存储设备，以确定负载是否从所述电流互感器断开。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在存储设备中存储所述第一信号信息的步骤包括：

响应于在校准阶段下的耦合信号而将上拉电路与采样电路耦合；

在负载连接和断开时分别从电流互感器的二次侧采样信号；

提取在校准阶段下所述采样信号的第一信号信息；以及

存储在所述校准阶段所提取的第一信号信息。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述存储的第一信号信息包括对应于电流互感器的二次侧与负载连接和断开的电压范围，以及其中访问存储设备的步骤包括：

将第二信号信息与电压范围相比较；

确定包括所述第二信号信息的电压范围；以及

基于所确定的电压范围而确定所述电流互感器的二次侧与负载是否连接或断开。

8.一种检测电流互感器的二次侧与负载断接的方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于电流互感器变换到诊断阶段而将移位电路耦合到电流互感器的二次侧；

确定来自所述电流互感器的二次侧的信号电压；

将所述确定的信号电压与对应的表明电流互感器与负载连接或断接的状态相匹配。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将确定的信号电压与相应的状态相匹配的步骤包括：

在存储设备中查找包括所述信号电压的电压范围；以及

将存储在所述存储设备中的相应于所述电压范围的状态确定为匹配的状态。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：

响应于所述电流互感器在校准阶段，将所述移位电路耦合到所述电流互感器的二次侧；

在存储设备中存储第一状态和相对应的第一状态下来自所述电流互感器的二次侧的电压范围，其中所述第一状态表明在所述校准阶段所述电流互感器的二次侧与负载连接；以及

在存储设备中存储第二状态和相对应的第二状态下来自所述电流互感器的二次侧的电压范围，其中所述第二状态表明在所述校准阶段所述电流互感器的二次侧与负载断接。