CN110412414A - 一种线路检测装置及其检测方法、直流供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种线路检测装置及其检测方法、直流供电系统，该线路检测装置包括：信号注入单元，用于在直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号；信号采集单元，用于采集每个支路上的对地电流信号；信号处理单元，将对地电流信号与加载在正负母线上的共模交流电压信号进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于共模交流电压信号的相位或者对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。在上述技术方案中，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

Description

一种线路检测装置及其检测方法、直流供电系统

技术领域

本发明涉及到通信的技术领域，尤其涉及到一种线路检测装置及其检测方法、直流供电系统。

背景技术

随着数据通信和互联网业务的发展，通信设备的功耗在持续增加，以通信基站的远端射频单元(Radio Remote Unit，RRU)为例，其功耗从原来的不超过300w增加到1000w以上。传统的-48V供电方式因其损耗高、效率低以及供电线缆线径太粗等一系列问题，越来越难以满足通信设备的供电要求。采用240V或380V HVDC的更高电压给通信设备供电成为通信设备供电的趋势。但240V或380V高压直流(high-voltage direct current，HVDC)供电电压超过了安全电压范围，如果不规范使用会带来人身致命伤害。所以如何能快速检测到HVDC供电的安全隐患技术并采取预防措施对HVDC在通信行业的应用至关重要。

HVDC供电系统常见的故障之一是供电线路断线或远端线缆未正确连接负载，导致带电线缆裸露，引起极大的安全隐患。需要HVDC供电系统能检测到这种异常，并及时给HVDC供电线路断电，以避免人、畜以及其他物品误碰到高压线缆，危及人、畜安全或引起火灾事故等。

目前常见的方法是通过检测供电线路的电流来间接判断供电线路是否断线。当供电线路的负载连接正确且工作正常时，HVDC直流母线上的电流通常会比较大，当发生断线时，不能构成回路，则电流会非常小。因此，电流传感器检测到直流母线上电流小于某个门限时，认为该供电线路没有接负载或者发生了断线。

但是，HVDC供电线路上存在某些负载功耗比较大，某些负载功耗很小；或者负载正常工作时功耗较大，但进入某种模式时(比如休眠模式等)时，电流会非常小，例如电流小于100mA。而现有的电流传感器很难做到既能准确检测大电流(比如20A)，又能检测很小的电流(比如100mA)。因此，当负载进入低功耗模式时，容易被误判为发生了断线。

发明内容

本申请提供了一种线路检测装置及其检测方法、直流供电系统，用以提高检测HVDC供电线路发生断线的准确性。

第一方面，本申请提供了一种线路检测装置，应用于直流供电系统，该直流供电系统包括：直流供电源，与直流供电源连接的正负母线，与正负母线连接的多个支路，以及与每个支路连接的负载，该线路检测装置用于检测直流供电系统上的每个支路的情况，该线路检测装置包括：信号注入单元、信号采集单元及信号处理单元，其中，信号注入单元用于向直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号；该共模交流电压信号通过正负母线流入到每个支路上，并且在每个直流供电系统的支路上套装了信号采集单元，该采集单元用于采集每个支路上的对地电流信号；该对地电路信号为共模交流电压信号加载到每个支路上后，该支路对应产生的对地电流。在采集对地电流信号后，通过设置的信号处理单元将每个信号采集单元接收的对地电流信号与加载在所述正负母线上的共模交流电压信号进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位或者对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。该故障为支路断路或者支路上的负载连接不正确。

通过上述描述可以看出，在本申请公开的方案中，在正负母线上加载共模交流电压信号，通过采集该共模交流电压信号在每个支路上产生的对地电流信号与共模交流电压信号的相位对比的结果或者对地电流信号的幅值与设定的幅值的对比结果来判定每个支路是否出现故障，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

为了更好的将信号加载到正负母线上，本申请提供的信号注入单元至少包括了信号生产单元、信号放大单元以及信号耦合单元，其中，信号生成单元用于生成共模交流电压信号；并且采用信号放大单元放大生成的所述共模交流电压信号；之后再通过信号耦合单元将放大的共模交流电压信号耦合到直流供电系统的正负母线上。在具体设置时，本申请中的信号生成单元采用单片机输出PWM波进行正弦脉宽调制(SPWM)来产生共模交流电压信号。生成的PWM波幅值约为3.3V，信号放大单元具体为DRV8313，升压至50V SPWM信号。

在生成共模交流电压信号时，不可避免的会包含有高频干扰信号，因此，本申请提供的信号注入单元还包括：低通滤波单元，该低通滤波单元分别与所述信号生成单元及信号放大单元连接，并用于过滤生成的共模交流电压信号中的高频干扰信号。在具体设置时，该低通滤波单元采用RC等低通滤波电路，过滤掉部分高频干扰信号。

为了能够更好的处理采集的对地电流信号，在本申请提供的信号处理单元包括：

信号放大分压单元，与所述信号采集单元连接，并将所述信号采集单元采集的对地电流信号转换成电压信号；

A/D转换单元，与所述信号放大分压单元连接，并用于将所述电压信号转换成数字信号；在具体设置时，该A/D转换单元采用采用12bit的A/D，以保证采样的精度；

数据处理单元，与所述A/D转换单元连接，并通过判断获取的数字信号确定所述对地电流的相位，并在该对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。以实现对支路情况的判断。

其中信号放大分压单元在具体设置时包括电流电压转换器及同相放大器，其中，电流电压转换器与所述信号采集单元连接，并将采集的对地电流信号转换成电压信号；而同相放大器分别与所述电流电压转换器及所述A/D转换单元连接，并用于将转化成的电压信号进行放大。以便于A/D转换单元进行转换。

此外，该同相放大器包括同相电压放大电路以及与该同相电压放大电路连接的电压跟随电路，并且同相电压放大电路与电压跟随电路之间设置了一个限压二极管。并且信号放大分压单元还包括滤波电容，该滤波电容与电压跟随电路的输出端连接，并用于滤波。

本发明还提供了一种利用上述线路检测装置检测直流供电系统的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

在直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号；

采集每个支路上的对地电流信号；

将采集到的每个支路上的对地电流信号的相位与加载的共模交流电压信号的相位进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位或者对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定该支路出现故障。

通过上述描述可以看出，在本申请公开的方案中，在正负母线上加载共模交流电压信号，通过采集该共模交流电压信号在每个支路上产生的对地电流信号与共模交流电压信号的相位对比的结果或者对地电流信号的幅值与设定的幅值的对比结果来判定每个支路是否出现故障，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

在所述在直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号时，该步骤具体包括：

生成共模交流电压信号；

放大生成的共模交流电压信号；

将放大后的共模交流电压信号耦合到被检测的正负母线上。

此外，还包括对生成的共模交流电压信号进行滤波，并过滤掉生成的共模交流电压信号中的高频干扰信号。

该检测步骤还包括：

将采集到的对地电流信号进行运放和分压，并调整到A/D转换单元能检测的电压；

通过A/D转换单元将分压后的对地电流信号转换成数字信号。

通过判断获取的数字信号确定所述对地电流的相位或幅值，并在该对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位或对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。

该检测方法中，生成的共模交流电压信号的频率介于设定的频率范围内，该设定的频率范围是根据每条支路在呈感性电流时对应的阻抗大于零来推导出的频率范围。

在具体推导频率范围时，依据的公式：

其中，w:注入信号角频率；Lf1：负载设备内部共模电感；Cf1:负载设备内部共模电容；Lf2：负载设备内部共模电感；Cf1:负载设备内部共模电容；Cm：线缆对地等效分布电容；Ci：线缆对地等效分布电容；f1:注入信号频率下限；f2:注入信号频率上限。

计算得到频率范围[f1f2]。在具体设置生成的共模交流电压信号时，该信号的频率在[f1f2]之间。

还包括判断每个支路上的对地电流信号相位或幅值，具体为：

对于对地电流信号转换的数字信号的每个周波，采集该周波中的N个点，采用DFT算法计算出每个支路所采集到的对地电流信号的相位或幅值；其中，N为正整数。通过采集多个点，来提高检测时的准确性。

第三方面，提供了一种直流供电系统，该直流供电系统包括上述任一项所述的线路检测装置。

通过上述描述可以看出，在本申请公开的方案中，在正负母线上加载共模交流电压信号，通过采集该共模交流电压信号在每个支路上产生的对地电流信号与共模交流电压信号的相位对比的结果或者对地电流信号的幅值与设定的幅值的对比结果来判定每个支路是否出现故障，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的线路检测装置的使用状态参考图；

图2为本申请实施例提供的线路检测装置的结构框图；

图3为本申请实施例提供的信号生成单元的结构框图；

图4为本申请实施例提供的被检测电路的负载端的等效电路图；

图5为本申请实施例提供的信号采集单元与支路的装配示意图；

图6为本申请实施例提供的信号放大分压单元的电路图；

图7为本申请实施例提供的检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

首先需要说明的是，本申请实施例提供的线路检测装置应用于检测数据通信和互联网业务的发展中的通信设备连接的供电线路。为了解决现有技术中供电线路在检测出现误判的情况，提高供电线路检测的准确性，本申请实施例提供了一种线路检测装置用以提高线路检测的准确度。

为了方便描述，本申请实施例中以HVDC供电电路为被检测的电路进行说明。如图1中所示，该直流供电系统包括直流供电电源1，具体为HVDC(High Voltage DC，高压直流)供电端)，与直流供电电源1的正负母线连接的多个支路2，每个支路2连接了负载3。本申请实施例提供的线路检测装置通过在HVDC供电端加载一个共模交流电压信号，该共模交流电压信号会产生一个对地的共模交流电压信号，通过采集流过每个支路2上的正负线的对地电流，并通过对比采集的对地电流信号与加载的共模交流电压信号的相位来确定对应支路2是否出现断线或负载3是否连接正确。

下面结合附图对本申请实施例提供的线路检测装置进行详细的描述，如图1所示，图1示出了本申请实施例提供的线路检测装置与直流供电系统之间的连接示意图，在图1所示的结构中，本申请实施例提供的线路检测装置包括三部分分别为信号注入单元20、信号采集单元30及信号处理单元10。一并参考图1及图2，其中，图2为本申请实施例提供的线路检测装置的原理图。其中的信号注入单元20用于给被检测电路的正负母线上加载共模交流电压信号，该共模共模交流电压信号会在正负母线上产生一个交流接地信号；信号采集单元30用于采集每个直流供电系统的支路2上的交流接地信号，如图1所示，该信号采集单元30与每个支路2一一对应设置，从而使得每个信号采集单元30采集的对地电流信号能够对每条支路2一一对应。继续参考图1，信号处理单元10将每个信号采集单元30接收的对地电流信号与加载在所述正负母线上的共模交流电压信号进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元30对应的支路2出现故障。该故障为支路2断路或者支路2上的负载3连接不正确。

一并参考图2，其中，在图2所示的信号注入单元中，其包含了信号生成单元、低通滤波单元、信号放大单元及信号耦合单元。在具体生成共模交流电压信号时，信号生成单元用于生成共模交流电压信号，具体的，如图3所示，采用MCU(Microcontroller Unit，单片机)输出PWM信号，再通过基准电压整形隔离，输出共模交流电压信号，在一个具体的实施方案中，信号生成单元采用单片机输出PWM波进行正弦脉宽调制(SPWM)来产生共模交流电压信号。生成的PWM波幅值约为3.3V，OC(opticalcoupler光电耦合器)，实现了“电—光—电”转换，而信号放大单元具体为DRV8313(H桥驱动)，通过DRV8313将PWM信号升压至50V正弦波，并且通过滤波电路将PWM信号经低通滤波后生成正弦波信号。

在生成共模交流电压信号后，通过低通滤波单元进行滤波，将高频干扰信号滤除掉，从而提高后续采集信号及判断时提高准确度，该低通滤波单元在具体设置时，可以采用RC等低通滤波电路来提高共模交流电压信号的信号质量。

在滤波后，通过信号放大单元将信号放大，以便于后续信号的采集，该信号放大单元可以为现有技术中常见的信号放大装置，如H桥驱动等。

在将共模交流电压信号放大后，需要将其加载到直流供电电源连接的正负母线上，在具体加载时，通过信号耦合单元将信号耦合到正负母线上，并且同时在正母线及负母线上耦合上交流电压信号，并且加载在正母线及负母线上的交流电压信号是大小相等，相位也相等的共模信号。在具体设置时，该信号耦合单元可以为电容，从而实现通共模交流电压信号并且阻隔直流信号的效果，以实现将产生的共模交流电压信号加载到正负母线上，并且隔离直流供电电源在正负母线上加载的直流电流，以将正负母线上的直流与信号注入单元隔离。并且在每条支路上，通过分布电容、以及负载端的对地的滤波电容(如果没有接负载，则注入的信号不会流经负载端的对地的滤波电容)，回流到信号源的负极(大地)。

应当理解的是在图3所示的信号生成单元中包含了低通滤波器，以避免信号的干扰，若不考虑信号对检测的干扰，可以不使用低通滤波器尽心个过滤，并通过信号耦合单元将生成的共模交流电压信号直接加载在正负母线上。

在信号生成单元具体生成共模交流电压信号时，生成的共模交流电压信号的频率在设定的频率范围内。该频率范围设定依据的原理为：根据HVDC供电负载的特点(供电负载在设备电源入口有EMC的滤波电路，包括滤波电容和共模滤波电感等)，利用HVDC供电端产生的特性频率的共模交流电压信号发生器向正、负极与地之间注入特性频率交流检测信号，使在该特性的频点上对应的支路供电线缆及负载串联后的频率响应为感性电流，当出现负载未接或断线的情况时，由于负载电感脱离供电支路，该支路电流由感性变为容性电流(只要受供电线路的分布式电容参数影响)，以此可以判断支路断线情况及远端负载是否连接。图4为HVDC供电支路的正负线对地等效参数，在支路等效阻抗Z>0时，阻抗呈现的是感性特性，即：

其中，w:注入信号角频率；Lf1：负载设备内部共模电感；Cf1:负载设备内部共模电容；Lf2：负载设备内部共模电感；Cf1:负载设备内部共模电容；Cm：线缆对地等效分布电容；Ci：线缆对地等效分布电容；f1:注入信号频率下限；f2:注入信号频率上限；其中，w、Lf1、Cf1、Lf2、Cf1、Cm、Ci均为可以获取的参数。通过上述公式推导，得出能够满足条件的共模交流电压信号的注入频率在频率区间[f1，f2]时，该支路的阻抗特性为感性。因此，在MCU输出PWM信号，再通过基准电压整形隔离，输出共模交流电压信号时，输出的共模交流电压信号的频率位于频率区间[f1，f2]之间的某个频率点，此时，可以通过检测的阻抗特性即可确定该支路是否连通，也可以判断负载是否连接正确。如：在该支路的阻抗特性为感性时，则可以判断该支路负载连接正确；若呈容性或者阻性，则说明该支路没有接负载(或者发生了断线)。

在具体判断支路的阻抗特性为感性或容性时，通过将每条支路上的对地电流信号的相位与注入的共模交流电压信号的相位来判断，若支路上的对地电流信号的相位超前于注入的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈感性，说明该支路接有正确的负载，并且支路上的线缆没有断开。若支路上的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈容性，说明该支路中的线缆断开或者负载连接不正确。

为了检测每条支路上的阻抗特性，本申请实施例提供的线路检测装置通过信号采集单元采集每个支路上的对地电流信号，并且在设置时，信号采集单元与支路一一对应设置。在具体设置时，该信号采集单元为电流互感器，为了提高检测的精度，该电流互感器为毫安级电流互感器。该毫安级电流互感器称为微型电流互感器，它是由一个环形铁芯和绕在铁芯上的绕组N1和N2构成的。将铁芯先包上绝缘层，然后均匀绕上二次绕组N2，再加上主绝缘层；在主绝缘层上再均匀绕制一次绕组N1，即两绕组之间及绕组与铁芯之间都有绝缘层。铁芯、绕组和绝缘层组合在一起，简称为铁芯绕组，将铁芯绕组安装在一个外壳内，并将一次绕组两端钮和二次绕组二端钮分别引出，固定在外壳上以便接线。在使用时，如图5中所示，毫安级电流互感器31套在支路的正负线缆外，从而能够通过感应接收到该支路上的对地电流信号。

在信号采集单元采集完信号后，将采集到对地电流信号传送到信号处理单元中进行处理，该信号处理单元将每个信号采集单元接收的对地电流信号与加载在所述正负母线上的共模交流电压信号进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。在具体处理时，如图2中所示，该信号处理单元包括：信号放大分压单元、A/D转换单元、数据处理单元；其中，信号放大分压单元与信号采集单元连接，并将信号采集单元采集的对地电流信号转换成电压信号；具体的该信号放大分压单元的电路图可以参考图6中所示，在图6所示的结构中，互感器二次侧为上述中的二次绕组N2，该互感器二次侧连接有电流电压转换器11，该电流电压转换器11将采集的对地电流信号转换成电压信号；并且该电流电压转换器11的输出端连接了同相放大器13，分别与所述电流电压转换器11及A/D转换单元连接，并用于将转化成的电压信号进行放大。此外，为了保护该同相放大器13，在同相放大器13内设置了一个限压二极管12，具体的，该同相放大器13包括同相电压放大电路131以及与同相放大电路131的输出端连接的电压跟随电路132，并且在同相电压放大电路131与电压跟随电路132之间设置了一个限压二极管12，该限压二极管12用于限制所述同相放大器13内的电压，在电压超过设定值时，该限压二极管12被击穿，以达到保护后面的A/D转换单元的效果。为了提高信号处理的效果，该信号放大分压单元还设置了一个滤波电容14，该滤波电容14与同相放大器13的输出端连接，并对信号进行低通滤波处理。该同相放大器13放大的电压等级适合A/D转换单元检测，对地电流信号经电流电压转换器11及同相放大器13放大后的送入到A/D转换单元检测。

A/D转换单元，用于将放大后的电压信号转换成数字信号；该A/D转换单元采用采用12bit的A/D，以保证采样的精度。

A/D转换单元处理后的数字信号可以直接传送到数据处理单元中进行处理，该数据处理单元可以为MCU，通过MCU中DFT(DFT：Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变化)算法完成计算分析，确定支路的阻抗特征。从而判断出支路是否断线或远端负载是否连接。

在具体处理时，针对每个支路对应的对地电流信号的每个周波，采集N个点，经过DFT算法，计算出每个支路所采集到的对地电流信号的相位。DFT公式为：

其中，N:1次采样的总点数；x(k):第k个采样点数值；k：采样点位号；n：谐波次数；

经过计算，可以算出相位

其中，Cx(k)：DFT计算的实部数值；N:1次采样的总点数；k：采样点位号；Sx(k):DFT计算的虚部数值；Xm：对地电流信号的幅值；对地电流信号的信号相位。

用对地电流信号的相位和注入的共模交流电压信号的相位比较，得出该支路负载的阻抗特性。在支路上的对地电流信号的相位超前于注入的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈感性，说明该支路接有正确的负载，并且支路上的线缆没有断开。在支路上的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈容性，说明该支路中的线缆断开或者负载连接不正确。

另外，对于本申请实施例提供的线路检测装置中，除了上述的通过对地电流信号的相位与共模交流电压信号的相位对比来判断支路是否出现故障外，还可以采用通过对地电流信号的幅值与设定的幅值进行对比来判断支路是否出现故障，在采用对地电流信号的幅值与设定的幅值进行对比时，每个支路对应一个设定的幅值，该幅值为该支路在未出现故障时，通过采集单元采集的对地电流信号的幅值。将每个支路上处于正常状态时的对地电流的幅值作为设定的幅值，之后，将信号采集单元后续采集的该支路上的对地电路信号的幅值与设定的幅值进行对比，在出现差异时，判定该支路未出现故障。其中出现差异具体为:采集的对地电流信号的幅值大于或者小于设定的幅值。

在本申请实施例提供的线路检测装置采用对地电流的幅值作为判定条件时，该检测装置的结构与上述描述的采用对地电流信号的相位与共模交流电压信号的相位对比的方式的结构相同。唯一的区别在于数据处理单元采集的对地电流信号的不同信息。而且，在获取对地电流信号的幅值时，采用的方式也是通过DFT算法：对于对地电流信号转换的数字信号的每个周波，采集该周波中的N个点，采用DFT算法计算出每个支路所采集到的对地电流信号的幅值；其中，N为正整数。具体描述可以参考上述中的获取对地电流信号的相位的描述。

此外，本申请实施例还提供了直流供电系统的检测方法，如图7所示，该检测方法包括以下步骤：

Setp1：MCU产生交流信号

如图3所示，本申请实施例采用单片机输出PWM波进行正弦脉宽调制(SPWM)来产生正弦信号。在DRV8833出来的PWM波幅值约为3.3V，经DRV8313升压至50V正弦波。

在生成共模交流电压信号时，根据每条支路在呈感性电流时对应的阻抗特性，计算出生成的共模交流电压信号的频率范围，且生成的共模交流电压信号的频率介于计算出的频率范围内。

在具体计算出频率范围时，依据公式：

计算得到频率范围[f1f2]。在具体设置生成的共模交流电压信号时，该信号的频率在[f1f2]之间。具体说明可以参考上述线路检测装置中的描述。

Setp2：交流信号通过低通滤波器，过滤掉高频干扰信号

在Setp1中产生的共模交流电压信号中会包含有高频干扰信号，因此通过RC等低通滤波电路，过滤掉部分高频干扰信号。

Setp3:信号放大，便于后续信号的检测

MCU产生的共模交流电压信号的电压比较低，需经过变压器等将共模交流电压信号的电压升压到较高的电压等级，便于后续电流信号的采集和处理。

Setp4：信号通过电容隔直，并耦合到HVDC正负母线上

共模交流电压信号需要通过隔直电容，分别耦合到HVDC的正、负母线上。耦合到HVDC正负母线上的信号，是大小相等，相位也相等的共模信号。信号在每条支路上，通过分布电容、以及负载端的对地的滤波电容(如果没有接负载，则注入的信号不会流经负载端的对地的滤波电容)，回流到信号源的负极(大地)。

Setp5：通过安装在每条支路上的互感器，采集支路上的交流信号

每条支路上安装一个交流互感器，如图5所示，支路HVDC+和HVDC-线同时穿过互感器。

Step6：采集到的信号经过运放和分压，调整到A/D转换单元能检测的电压范围内

互感器采集到的对地电流信号比较小，需要经过放大电路放大到适合A/D转换单元检测的电压等级。再经过分压电路，送入到A/D检测。电路见图6所示。

Step7：将信号送到A/D转换单元，转换为数字信号

该A/D转换单元采用12bit的A/D转换单元，以保证采样的精度，从setp6进来的信号，经过A/D转换单元转换，就成为MCU能处理的数字信号了。

Step8：将数字信号送到MCU，进行信号处理

对于对地电流信号转换的数字信号的每个周波，采集该周波中的N个点，采用DFT算法计算出每个支路所采集到的对地电流信号的相位。其中，DFT公式为：

代入采集的信号来计算对地电流信号的相位

用电流的相位和注入的电压信号的相位比较，可以得出该支路负载的阻抗特性。

Step9：根据电流和电压的相位关系判断是否有接负载

若支路上的对地电流信号的相位超前于注入的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈感性，说明该支路接有正确的负载，并且支路上的线缆没有断开。若支路上的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位时，则该支路的阻抗特性呈容性，说明该支路中的线缆断开或者负载连接不正确。

上述方法为采用对地电流信号的相位与共模交流电压信号的相位对比的方法步骤，对于采用对地电流信号进行检测的方法与上述方法中的信号采集、信号处理等步骤类似。具体为：

通过上述的step1～step4将生成的共模交流电压信号加载在直流供电系统中的中正负母线上，但是在本实施例中，step1中的共模交流电压信号的频率不需要限定在设定的[f1,f2]之间，可以选择任意的频率。

通过采用上述的step5～step8对每个支路上的对地电流信号进行采集以及处理，并且在本申请实施例中，step8步骤中，对于对地电流信号转换的数字信号的每个周波，采集该周波中的N个点，采用DFT算法计算出每个支路所采集到的对地电流信号的幅值。即在step8中采用DFT算法来计算对地电流信号的幅值。之后，在确定该支路为正常连接时，计算的对地电流信号的幅值作为设定的幅值进行存储，并将后续采集的对地电流信号的幅值与该设定的幅值进行对比，在后续采集的对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，则判定该支路出现故障。若相同时，则认为该支路为正常。

通过上述描述可以看出，在本申请公开的方案中，在正负母线上加载共模交流电压信号，通过采集该共模交流电压信号在每个支路上产生的对地电流信号与共模交流电压信号的相位对比的结果或者对地电流信号的幅值与设定的幅值的对比结果来判定每个支路是否出现故障，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

本申请实施例还提供了一种直流供电系统，该直流供电系统包括上述任一项所述的线路检测装置。其中，如图1所示，该直流供电系统中具体包括直流供电电源1，具体为HVDC(High Voltage DC，高压直流)供电端)，与直流供电电源1的正负母线连接的多个支路2，每个支路2连接了负载3。检测装置通过在HVDC供电端加载一个共模交流电压信号，该共模交流电压信号会产生一个对地的共模交流电压信号，通过采集流过每个支路2上的正负线的对地电流，并通过对比采集的对地电流信号与加载的共模交流电压信号的相位来确定对应支路2是否出现断线或负载3是否连接正确。

通过上述描述可以看出，在本申请公开的方案中，在正负母线上加载共模交流电压信号，通过采集该共模交流电压信号在每个支路上产生的对地电流信号与共模交流电压信号的相位对比的结果或者对地电流信号的幅值与设定的幅值的对比结果来判定每个支路是否出现故障，能够快速检测对应问题并做出相应处理，保证系统安全。同时避免了传统检测方法受负载功耗变化容易引起误告警的问题。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种线路检测装置，应用于直流供电系统，该直流供电系统包括：直流供电源，与直流供电源连接的正负母线，与正负母线连接的多个支路，以及与每个支路连接的负载，其特征在于，所述线路检测装置包括：

信号注入单元，用于在所述直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号；

与所述直流供电系统的每条支路对应连接的信号采集单元，用于采集每个支路上的对地电流信号；

信号处理单元，将每个所述信号采集单元采集的对地电流信号与所述共模交流电压信号进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的所述共模交流电压信号的相位或者对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。

2.根据权利要求1所述的线路检测装置，其特征在于，所述信号注入单元包括：

信号生成单元，用于生成共模交流电压信号；

信号放大单元，用于放大生成的所述共模交流电压信号；

信号耦合单元，用于将放大的共模交流电压信号耦合到所述直流供电系统的正负母线上。

3.根据权利要求1或2所述的线路检测装置，其特征在于，所述信号处理单元包括：

信号放大分压单元，与所述信号采集单元连接，并将所述信号采集单元采集的对地电流信号转换成电压信号；

A/D转换单元，与所述信号放大分压单元连接，并用于将所述电压信号转换成数字信号；

数据处理单元，与所述A/D转换单元连接，并通过判断获取的数字信号确定所述对地电流的相位，并在该对地电流信号的相位未超前于加载的所述共模交流电压信号的相位时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。

所述信号处理单元通过判断所述电压信号的相位来确定所述对地电流信号的相位。

4.根据权利要求3所述的线路检测装置，其特征在于，所述信号放大分压单元包括：

电流电压转换器，与所述信号采集单元连接，并将采集的对地电流信号转换成电压信号；

同相放大器，分别与所述电流电压转换器及所述A/D转换单元连接，用于放大所述电压信号。

5.根据权利要求4所述的线路检测装置，其特征在于，所述同相放大器包括同相放大电路以及与所述同相放大电路连接的电压跟随电路，且所述同相放大电路与所述电压跟随电路之间设置有限压二极管。

6.一种线路检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号；

采集每个支路上的对地电流信号；

将采集到的每个支路上的对地电流信号的相位与加载的共模交流电压信号的相位进行对比，在任一个采集到的对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位或者对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定该支路出现故障。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述在直流供电系统的正负母线上加载共模交流电压信号，具体包括：

生成共模交流电压信号；

放大生成的共模交流电压信号；

将放大后的共模交流电压信号耦合到被检测的正负母线上。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，还包括：

将采集到的对地电流信号进行运放和分压，并调整到A/D转换单元能检测的电压；

通过A/D转换单元将分压后的对地电流信号转换成数字信号；

通过判断获取的数字信号确定所述对地电流的相位或幅值，并在该对地电流信号的相位未超前于加载的共模交流电压信号的相位或对地电流信号的幅值与设定的幅值出现差异时，判定采集该对地电流信号的信号采集单元对应的支路出现故障。

9.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述生成的共模交流电压信号的频率介于设定的频率范围内。

10.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，还包括判断每个支路上的对地电流信号相位或幅值，具体为：

对于对地电流信号转换的数字信号的每个周波，采集该周波中的N个点，采用DFT算法计算出每个支路所采集到的对地电流信号的相位或幅值；其中，N为正整数。

11.一种直流供电系统，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的线路检测装置。