CN112540213B - 一种漏电在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漏电在线监测系统及方法，属于电网安全及保护技术领域。本发明系统包括：信号采集单元，对待测设备的表面进行验电，获取验电结果，信号采集单元接收信号接收与传输单元传输的查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号，并将反馈至信号接收与传输单元；信号接收与传输单元，以预设的时间间隔向信号采集单元发送查询信号，获取信号采集单元的反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，获取在线监测结果；信号存储与显示单元，接收信号接收与传输单元获取的在线监测结果，并对在线监测结果进行展示与存储。本发明可对关注对象的漏电情况进行实时监测。

Description

一种漏电在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电网安全及保护技术领域，并且更具体地，涉及一种漏电在线监测系统及方法。

背景技术

一直以来，漏电问题是电气工程领域和电气设备领域需要解决的大问题，从大型变电站电力设备到街边路灯、充电桩，从室内办公电器到家用小型生活电器，均可能存在漏电现象，漏电现象的存在给人的生命安全和设备正常使用带来了巨大的隐患。

漏电现象发生的大多数由于电气系统或设备设计不合理、电气绝缘层破损或绝缘性能失效、线路老化等原因造成，当漏电现象发生时，设备或线路中原来不带电的部位(机壳、手柄或一些中间绝缘层等)将与大地之间形成电势差，当人体或其他物体与该部位接触时，则有可能会发生人员触电事故或短路起火事故。

目前主流的防漏电方案是在电路中安装漏电保护开关，漏电保护开关的主要原理为监测主回路中的电流的状态进行判断漏电现象是否存在，当主回路中电流出现异常或出现突然上升超过一定阈值时，则认为漏电现象发生，漏电保护开关动作切断电路，终止漏电，防止人员触电或设备短路的进一步发生，然而，漏电保护开关动作有两个必要因素：可靠的接地和保护开关功能完好，若设备或线路未能可靠接地时，当漏电现象发生，仅在绝缘部件上出现了与大地之间的电势差，而回路中无异常电流出现，未达到漏电保护开关动作的条件，相应的，漏电保护开关动作部件出现故障时，即使满足动作条件，主回路依旧无法断开，电路或设备将长时间处于漏电状态，同时，漏电保护开关无警示作用，无法警告周围人员勿靠近，避免危险，也无法及时通知修理人员检查线路或设备，排除隐患。

在配电房、变电站以及大型电气设备使用场所内，常使用验电设备(验电器、验电笔)检测线路、设备是否存在漏电现象，但是验电设备通常体积较大，用途单一，使用前需要进行专业培训，同时需要对于所检测线路或设备具有一定的了解，因此常用验电设备仅为电工配备的专业使用工具，无法实现对普通民众进行普及使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种漏电在线监测系统，包括：

信号采集单元，所述信号采集单元对待测设备的表面进行验电，获取验电结果，信号采集单元接收信号接收与传输单元传输的查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号，并将反馈至信号接收与传输单元；

信号接收与传输单元，所述信号接收与传输单元以预设的时间间隔向信号采集单元发送查询信号，获取信号采集单元的反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，获取在线监测结果；

信号存储与显示单元，所述信号存储与显示单元接收信号接收与传输单元获取的在线监测结果，并对在线监测结果进行展示与存储。

可选的，信号采集单元粘贴于待测设备表面。

可选的，信号采集单元，包括多个无源验电电子标签；

无源验电电子标签的信息参数写入反馈信号中。

可选的，无源验电电子标签，包括：

验电模块，所述验电模块，用于对待测设备表面进行验电，并根据验电结果是否存在电压信号进行动作；

通信模块，所述通信模块，根据验电模块动作，与接收器警报器之间的进行通信连接。

可选的，验电模块，包括：

验电触头，所述验电触头与待测设备表面被测点接触，将被测点的电荷引入验电模块；

动作箔片，所述动作箔片，在验电模块接收到电荷时，进行相互分开动作；

绝缘隔段，所述绝缘隔段，用于防止动作箔片电荷流失，保护验电模块动作；

触片及触点，触点及触点用于验证模块动作。

可选的，通信模块，包括：

天线，所述天线用于接收查询信号和发送反馈信号；

芯片，所述芯片用于，用于对通信模块的通信进行主控。

可选的，信号接收与传输单元包括接收报警器；

接收警报器，包括：

电子标签信号天线，所述电子标签信号天线，用于以预设的时间间隔发送查询信号及接收反馈信号；

功能电路，所述功能电路用于对查询信号及反馈信号的信号放大；

微处理器，所述微处理器接收放大后的反馈信号获取监测信息，控制报警器动作；

Zigbee通讯驱动电路，所述Zigbee通讯驱动电路将微处理器输出监测信息，并转换为Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

Zigbee通讯天线，所述Zigbee通讯天线将Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

报警器，所述报警器根据微处理器获取的监测信息，发出警报；

LCD显示屏，所述LCD显示屏，用于显示无源验电电子标签的信息参数。

可选的，信号存储与显示单元包括上位机。

本发明还提出了一种漏电在线监测方法，包括：

对待测设备的表面进行验电，获取验电结果；

以预设的时间间隔发送查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号；

接收反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，并对在线监测结果进行展示与存储。

本发明是基于验电原理进行漏电监测，区别于常用漏电保护(监测)装置以电流异常状态作为判断条件，可从源头监测出漏电情况，避免短路或人员触电现象的发生；

本发明的无源验电电子标签体积小，成本低，可大量布置在需要监测的范围之内；

本发明可对关注对象的漏电情况进行实时监测，一旦发生漏电现象，可即时通知现场人员，并远程告知相关人员和负责人，监测实时性强。

附图说明

图1为本发明一种漏电在线监测系统结构图；

图2为本发明一种漏电在线监测系统无源验电电子标签结构图；

图3为本发明一种漏电在线监测系统无源验电电子标签天线布局图；

图4为本发明一种漏电在线监测系统接收警报器结构图；

图5为本发明一种漏电在线监测系统电子标签信号天线与功率放大电路示意图；

图6为本发明一种漏电在线监测系统芯片示意图；

图7为本发明一种漏电在线监测方法流程图；

其中，图2中，1为验电模块，2为通信模块，3为验电触头，4为导线，5为动作箔片，6为绝缘隔段，7为触片，8为触点，9为芯片，10为天线；

图4中，1为接收报警器，2为电子标签信号天线，3为功能电路，4为Zigbee通讯驱动电路，5为Zigbee通讯天线，6为主控芯片(微处理器)，7为报警器(LED灯、蜂鸣器等)，8为LCD显示屏；

图5中，1为天线，2为滤波器，3为激励信号。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种漏电在线监测系统，如图1所示，包括：

信号采集单元，所述信号采集单元对待测设备的表面进行验电，获取验电结果，信号采集单元接收信号接收与传输单元传输的查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号，并将反馈至信号接收与传输单元；

信号接收与传输单元，所述信号接收与传输单元以预设的时间间隔向信号采集单元发送查询信号，获取信号采集单元的反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，获取在线监测结果；

信号存储与显示单元，所述信号存储与显示单元接收信号接收与传输单元获取的在线监测结果，并对在线监测结果进行展示与存储。

信号采集单元粘贴于待测设备表面。

信号采集单元，包括多个无源验电电子标签；

无源验电电子标签的信息参数写入反馈信号中。

无源验电电子标签，包括：

验电模块，所述验电模块，用于对待测设备表面进行验电，并根据验电结果是否存在电压信号进行动作；

通信模块，所述通信模块，根据验电模块动作，与接收器警报器之间的进行通信连接。

验电模块，包括：

验电触头，所述验电触头与待测设备表面被测点接触，将被测点的电荷引入验电模块；

动作箔片，所述动作箔片，在验电模块接收到电荷时，进行相互分开动作；

绝缘隔段，所述绝缘隔段，用于防止动作箔片电荷流失，保护验电模块动作；

触片及触点，触点及触点用于验证模块动作。

通信模块，包括：

天线，所述天线用于接收查询信号和发送反馈信号；

芯片，所述芯片用于，用于对通信模块的通信进行主控。

信号接收与传输单元包括接收报警器；

接收警报器，包括：

电子标签信号天线，所述电子标签信号天线，用于以预设的时间间隔发送查询信号及接收反馈信号；

功能电路，所述功能电路用于对查询信号及反馈信号的信号放大；

微处理器，所述微处理器接收放大后的反馈信号获取监测信息，控制报警器动作；

Zigbee通讯驱动电路，所述Zigbee通讯驱动电路将微处理器输出监测信息，并转换为Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

Zigbee通讯天线，所述Zigbee通讯天线将Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

报警器，所述报警器根据微处理器获取的监测信息，发出警报；

LCD显示屏，所述LCD显示屏，用于显示无源验电电子标签的信息参数。

信号存储与显示单元包括上位机。

信号采集单元，用于实时采集被测设备表面的电压信号，由大量无源验电电子标签组成，其主要实现对标签所粘贴之处的验电功能，并根据验电结果向外发送无线信号；

信号接收与传输单元，由无源电子标签信号接收报警器构成，用于定时向所述信号采集单元发送问询信号，并接收来自信号采集单元的反馈信号，同时识别所述反馈信号中所包含的信号采集单元的单元信息，其中，若所述信号采集单元从被测设备表面采集到电压信号，则发送反馈信号，否则不发送；

信号存储与显示单元，由上位机构成，用于存储所述信号采集单元的单元信息并发送至信号显示单元。

无源验电电子标签设计；

无源验电电子标签结构根据功能可以分为两个模块：验电模块和通信模块，标签内部结构如图2所示，包括：

验电模块：用于验电功能的模块，根据所检测点是否有电进行相应动作；

通信模块：用于实现无源通信功能，在验电模块动作的前提下，实现与接收器之间的通信功能；

验电触头：与被测点接触，将被测点电量引入验电模块进行检验，由导电金属箔材质制成；

动作箔片：在验电模块接收到电荷时，因电荷同性相斥原理而产生相互分开动作；

动作箔片的满足：由导电金属材料制成，当验电触头3所接触电压大于36V时，动作箔片5分开角度足够大以实现触片7与触点8能够有效接触；

绝缘隔段：防止动作箔片因电荷流失而导致验电模块无法动作，由绝缘材料制成；

触片：验电模块中因接收电荷发生动作后，触片被顶起，将原先不相连的触点接通，由铜片制成；

天线：用于接收信号和发送反馈信号，由电感值为1.4uH的线圈构成，满足载波频率为13.56MHz要求，天线布局，如图3所示；

芯片：实现接收射频能量、实现控制逻辑以及存储数据等功能，芯片选择H4006型标签芯片；

将无源验电电子标签粘贴在被测电路或设备表面，验电触头3与被监测的物体表面相接触，当未出现漏电现象时，动作箔片5之间无任何电荷存在，导线4下所悬挂的动作箔片等自然垂下，触点8处于未联通状态，当电子标签所处环境收到了接收报警器发出的特定频率的射频讯号后，天线中所接收到的能量无法通过功能电路9进入芯片，芯片无应答信号产生，此时接收报警器将不会收到任何来自无源验电电子标签的应答信号，当接收报警器信号覆盖区域内任意粘贴有无源验电电子标签的线路或设备发生漏电后，验电触头3将带电荷，电荷通过导线4传送至动作箔片5，促使动作箔片5中具有相同极性电荷，两片动作箔片5相互之间将产生排斥力，使其二者分开，带动下方触片6向上移动。当箔片5中带有足量电荷时，所产生的排斥力足以将触片7抬至足够高度，此时触电8之间实现联通。当电子标签所处环境收到了接收报警器发出的特定频率(13.56MHz)的射频讯号后，天线中电感与芯片中电容发生谐振，信号能量进入芯片，芯片产生应答信号，通过触点8到达天线，向外发出供接收报警器接收和识别。

接收报警器设计；

接收报警器作为系统的中间环节，主要功能有接收解码无源验电电子标签信号、发出报警信息和标识报警位置、与上位机的Zigbee无线数据通讯等，接收报警器内部结构示意图，如图4所示，包括：

电子标签信号天线：用来发送固定频率信号给电子标签并接收电子标签反馈信号，由绕线线圈构成，天线布局与无源验电电子标签天线布局相似；

功能电路：用于实现标签信号接收、解析、发送以及信号功率放大等功能，包含功率放大电路，射频信号芯片及其周边电路，射频信号芯片选用MF RC530芯片，功率放大电路与天线组合电路如图5所示，射频信号芯片及其周边电路如图6所示；

Zigbee通讯驱动电路：将微处理器输出的通讯信号进行加载，成为可用于Zigbee通讯传输的信号

微处理器：选用DSP作为微处理器，实现接收功能电路返回信号，汇总上传信息，控制声光电报警器与LCD显示屏动作，若是加密的系统还必需做加解密操作。

Zigbee通讯天线：发送通讯信息给信号存储与显示单元

报警器：根据微处理器所得到的信息发出声光电报警信号

LCD显示屏：根据微处理器所得出的信息标识信号来源标签ID号，显示标签位置。

当接收报警器1中电子标签信号接收天线2接收到信号后，将通过功能电路进行分析解调后进入主控芯片6，主控芯片6将电子标签ID号发送给LCD显示屏8和Zigbee通讯驱动电路4，并通过Zigbee通讯天线5发送至上位机中。

上位机设计；

上位机主要实现与各个接收报警器的通讯、监测结果汇总以及人机交互等上层功能，其根据功能主要可以分成通讯模块、报警模块、人机交互模块，通讯模块主要实现与接收报警器的通讯功能，接收汇总报警信息。报警模块根据接收的报警信息发出声光电报警信号，提示主控制室内值班人员。人机交互模块将报警信息中的ID号和位置信息显示在显示屏上，并将其编辑成短信发送给值班人员和区域负责人移动通信设备(手机)上，提醒及时进行检查，消除隐患。

本发明还提出了一种漏电在线监测方法，如图7所示，包括：

对待测设备的表面进行验电，获取验电结果；

以预设的时间间隔发送查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号；

接收反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，并对在线监测结果进行展示与存储。

本发明是基于验电原理进行漏电监测，区别于常用漏电保护(监测)装置以电流异常状态作为判断条件，可从源头监测出漏电情况，避免短路或人员触电现象的发生；

本发明的无源验电电子标签体积小，成本低，可大量布置在需要监测的范围之内；

本发明可对关注对象的漏电情况进行实时监测，一旦发生漏电现象，可即时通知现场人员，并远程告知相关人员和负责人，监测实时性强。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种漏电在线监测系统，所述系统包括：

信号采集单元，所述信号采集单元对待测设备的表面进行验电，获取验电结果，信号采集单元接收信号接收与传输单元传输的查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号，并将反馈至信号接收与传输单元；

信号接收与传输单元，所述信号接收与传输单元以预设的时间间隔向信号采集单元发送查询信号，获取信号采集单元的反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，获取在线监测结果；

信号存储与显示单元，所述信号存储与显示单元接收信号接收与传输单元获取的在线监测结果，并对在线监测结果进行展示与存储；

信号采集单元，包括多个无源验电电子标签；

所述无源验电电子标签的信息参数写入反馈信号中；

所述无源验电电子标签，包括：

验电模块，所述验电模块，用于对待测设备表面进行验电，并根据验电结果是否存在电压信号进行动作；

通信模块，所述通信模块，根据验电模块动作，与接收器警报器之间的进行通信连接；

所述验电模块，包括：

验电触头，所述验电触头与待测设备表面被测点接触，将被测点的电荷引入验电模块；

动作箔片，所述动作箔片，在验电模块接收到电荷时，进行相互分开动作；

绝缘隔段，所述绝缘隔段，用于防止动作箔片电荷流失，保护验电模块动作；

触片及触点，触点及触点用于验证模块动作；

所述通信模块，包括：

天线，所述天线用于接收查询信号和发送反馈信号；

芯片，所述芯片用于，用于对通信模块的通信进行主控。

2.根据权利要求1所述的系统，所述信号采集单元粘贴于待测设备表面。

3.根据权利要求1所述的系统，所述信号接收与传输单元包括接收报警器；

所述接收警报器，包括：

电子标签信号天线，所述电子标签信号天线，用于以预设的时间间隔发送查询信号及接收反馈信号；

功能电路，所述功能电路用于对查询信号及反馈信号的信号放大；

微处理器，所述微处理器接收放大后的反馈信号获取监测信息，控制报警器动作；

Zigbee通讯驱动电路，所述Zigbee通讯驱动电路将微处理器输出监测信息，并转换为Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

Zigbee通讯天线，所述Zigbee通讯天线将Zigbee通讯传输的信号，传输至信号存储与显示单元；

报警器，所述报警器根据微处理器获取的监测信息，发出警报；

LCD显示屏，所述LCD显示屏，用于显示无源验电电子标签的信息参数。

4.根据权利要求1所述的系统，所述信号存储与显示单元包括上位机。

5.一种使用如权利要求1-4任意一种系统进行漏电在线监测方法，所述方法包括：

对待测设备的表面进行验电，获取验电结果；

以预设的时间间隔发送查询信号，收到查询信号后，根据验电结果是否存在电压信号生成反馈信号；

接收反馈信号，根据反馈信号确定待测设备是否存在漏电，完成对待测设备的在线监测，并对在线监测结果进行展示与存储。