CN113253179B - 一种高精度断路器剩余电流在线校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器高精度剩余电流在线校准方法，所述方法包括：断路器正常运行时采集剩余电流，产生与当前剩余电流完全相反的电流IΔ₁将其注入一次母线并保持，再次采集剩余电流IΔ₂，若IΔ₂＝0则产生基准电流将其注入一次母线并保持；采集一次母线的剩余电流IΔ₃；调整剩余电流测量电路的参数，使剩余电流IΔ₃与基准电流一致。该方法克服了带剩余电流保护功能的断路器只能在断路器安装之前或安装后将断路器拆卸进行校准，或将断路器断开前后端使用校准仪进行校准，不能在线进行剩余电流校准的问题，可在不拆卸的断路器、不断开电源的情况下实现对断路器剩余电流测量精度进行检测和校准，校准精度高、速度快，校准方便。

Description

一种高精度断路器剩余电流在线校准方法

技术领域

本发明涉及测量校准领域，尤其涉及断路器剩余电流在线校准方法。

背景技术

剩余电流指的是回路中电流输入输出矢量和不为零时出现的电流，当出现绝缘损坏、或因有人或物体接触到线路时，剩余电流会从大地回流，当剩余电流过大可能导致电弧产生，使之具有火灾隐患以及造成人身触电伤害。因此，从保护人身财产安全的角度出发，做到安全用电，在此种场合通常使用带剩余电流保护功能的断路器实现保护功能。

使用带剩余电流保护功能的断路器，需要定期对断路器中的剩余电流检测和保护电路进行检测试验，如人工定期试验跳闸，以验证剩余电流保护功能的可靠性。特别是断路器经过长时间运行后，如果不对断路器剩余电流检测精度进行检验，则有可能造成开关误动作或不动作，从而产生人身伤害。

带剩余电流保护功能的断路器不能在线进行剩余电流校准，只能在断路器安装之前或安装后将断路器拆卸进行校准，或将断路器断开前后端使用校准仪进行校准，其工作量大，操作繁琐，效率低下，检修停电时间长，影响供电可靠性。特别是部分不能停电的负荷，更加难以做到定时检修，其局限性较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可以在线进行高精度剩余电流校准的方法，可在不拆卸断路器、不断开前后端、不停电的情况下在线对断路器的剩余电流测量精度进行高精度的校准。

一种高精度断路器剩余电流在线校准方法，所述方法包括：

第1步，断路器处于正常运行状态时，采集一次母线的剩余电流IΔ；

第2步，根据采集的剩余电流IΔ的幅值和相位，产生与当前剩余电流完全相反的电流IΔ1；

第3步，将产生的电流IΔ1注入一次母线并保持；

第4步，再次采集一次母线的剩余电流IΔ2；

第5步，对IΔ2进行判断，若IΔ2＝0则进行第6步，若IΔ2≠0则重复第1步至第4步，直至IΔ2＝0；

第6步，基准输出模块产生基准电流IΔbz；

第7步，将产生的基准电流IΔbz注入一次母线并保持；

第8步，采集一次母线的剩余电流IΔ3；

第9步，将电流IΔ3与基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差；

第10步，若u≠0，调整剩余电流测量电路的参数，使剩余电流IΔ3与基准电流IΔbz一致，完成断路器剩余电流在线校准。

优选的，所述基准电流IΔbz设置为不同电流值，重复所述第7步至所述第10步，完成不同电流值的高精度剩余电流在线校准。

优选的，通过零序电流互感器二次端第一绕组将一次母线剩余电流变换至二次线路剩余电流，所述零序电流互感器二次端还包括第二绕组和第三绕组，所述二次端第一绕组匝数、所述二次端第二绕组匝数以及所述二次端第三绕组匝数相等。

优选的，MCU通过剩余电流信号采集电路和AD转换模块采集二次线路剩余电流，根据所述零序电流互感器一二次端的匝数比，计算一次母线剩余电流。

优选的，MCU根据采集的剩余电流幅值和相位，控制DA转换模块产生一个与当前剩余电流完全相反的电流信号I2Δ1。

优选的，零序电流互感器二次端第二绕组将所述电流信号I2Δ1变换至一次母线电流IΔ1。

优选的，MCU对所述剩余电流IΔ2进行判断，若IΔ2＝0则进行所述第6步，若IΔ2≠0则重复所述第1步至所述第4步，直至IΔ2＝0。

优选的，MCU计算出基准电流IΔbz参数，并将基准电流IΔbz参数送至所述基准输出模块，控制所述基准输出模块产生所述所述基准电流IΔbz，然后通过零序电流互感器二次端第三绕组将所述基准电流IΔbz注入一次母线。

优选的，MCU将所述剩余电流IΔ3与所述基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差。

优选的，若u≠0，通过调整MCU运行程序中的剩余电流测量参数，使剩余电流IΔ3与基准电流IΔbz一致，完成断路器剩余电流在线校准。

该方法克服了带剩余电流保护功能的断路器只能在断路器安装之前或安装后将断路器拆卸进行校准，或将断路器断开前后端使用校准仪进行校准，不能在线进行剩余电流校准的问题，可在不拆卸的断路器、不断开电源的情况下实现对断路器剩余电流的测量精度进行检测和校准，速度快，校准方便。同时使用外部基准输出，提高了在线校准精度。

附图说明

图1为高精度断路器剩余电流在线校准方法的流程图。

图2为高精度断路器剩余电流在线校准电路原理框图。

图3为高精度断路器剩余电流在线校准电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例一：

如图1、图2所示，进行高精度断路器剩余电流在线校准按照以下步骤进行：

步骤S101，断路器正常运行时，通过零序电流互感器201二次端第一绕组209将一次母线剩余电流变换至二次线路剩余电流，零序电流互感器201二次端还包括第二绕组203和第三绕组202，二次端第一绕组209匝数、第二绕组203以及第三绕组202匝数相等，MCU206通过剩余电流信号采集电路208和AD转换模块207采集二次线路剩余电流，根据零序电流互感器201一二次端的匝数比，计算出一次母线剩余电流IΔ；

步骤S102，MCU206根据采集的剩余电流幅值和相位，控制DA转换模块205产生一个与当前剩余电流完全相反的电流信号I2Δ1；

步骤S103，零序电流互感器201二次端第二绕组203将电流信号I2Δ1变换至一次母线，将反向电流IΔ1注入一次母线，从而实现剩余电流信号的抵消；

步骤S104，MCU206再次通过零序电流互感器201、剩余电流信号采集电路208和AD转换模块207采集一次母线的剩余电流IΔ₂；

步骤S105，MCU206对剩余电流IΔ₂进行判断，若IΔ₂＝0则进行步骤S106，若IΔ₂≠0则重复步骤S101至步骤S104，直至剩余电流IΔ₂＝0；

步骤S106，MCU206根据要校准的剩余电流值，计算出基准电流IΔbz参数，MCU206将基准电流IΔbz参数送至所述基准输出模块204，控制所述基准输出模块204产生所述所述基准电流IΔbz；

步骤S107，通过零序电流互感器201二次端第三绕组202将所述基准电流IΔbz注入一次母线；

步骤S108，MCU206通过零序电流互感器201、剩余电流信号采集电路208和AD转换模块207采集一次母线的剩余电流IΔ₃；

步骤S109，MCU206将电流IΔ₃与基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差

u＝|IΔ₃-IΔbz|；

步骤S110，若u≠0，MCU206调整其运行程序中的剩余电流测量参数，使剩余电流IΔ₃与基准电流IΔbz一致，完成断路器某一剩余电流值的高精度在线校准；

步骤S111，若需要对其他电流值进行校准则返回步骤S106，根据新的电流值，产生新的基准电流IΔbz，之后继续进行步骤S107至步骤S110；若不需要对其他电流值进行校准则结束校准。

实施例二：

如图3所示，根据高精度断路器剩余电流在线校准方法设计的高精度断路器剩余电流在线校准电路，包括二次端具有相同匝数3个绕组的零序电流互感器T1、NMOS管V1、运算放大器U1、内置AD转换模块和DA转换模块的微控制单元(MCU)U2、电阻R1、R2、R3、电容C1，以及外置高精度基准模块。其中，零序电流互感器T1的一次端绕组与一次母线连接，零序电流互感器T1的二次端第一绕组同名端通过电阻R2与微控制单元(MCU)U2的AD转换模块输入端ADC_IN连接，零序电流互感器T1的二次端第一绕组异名端接地；电阻R3一端与零序电流互感器T1的二次端第一绕组同名端连接，电阻R3另一端接地，电容C1一端与微控制单元(MCU)U2的AD转换模块输入端ADC_IN连接，电容C1另一端接地，电阻R3、R2、电容C1构成剩余电流采集电路；零序电流互感器T1的二次端第二绕组同名端连接电源VCC，零序电流互感器T1的二次端第二绕组异名端连接NMOS管V1的漏极；NMOS管V1的源极与运算放大器U1的反向输入端连接并通过电阻R1接地，NMOS管V1的栅极与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的正向输入端与微控制单元(MCU)U2的DA转换模块输出端DAC_OUT连接，NMOS管V1、运算放大器U1、电阻R1构成D/A驱动电路。基准模块一端连接零序电流互感器T1的二次端第三绕组同名端，另一端连接微控制单元(MCU)U2的IO端口BZ_OUT，零序电流互感器T1的二次端第三绕组异名端接地。该高精度在线校准电路中的微控制单元(MCU)U2型号为HC32D390，运算放大器U1的型号为LMV771。

该电路工作方式为：一次母线的一次电流流经零序电流互感器T1一次端绕组通过电磁耦合到二次端第一绕组，变换为正比于一二次绕组匝数比的二次电流，该二次电流通过由电阻R3、R2、电容C1构成剩余电流采集电路送入微控制单元(MCU)U2的AD转换模块，经AD转换模块进行AD转换，由MCU得到一次母线上的剩余电流值。MCU根据采集的剩余电流幅值和相位产生一个与当前剩余电流完全相反的电流信号，并控制内置DA转换模块将要输出的电流值进行DA转换，经NMOS管V1、运算放大器U1、电阻R1构成D/A驱动电路送入零序电流互感器T1的二次端第二绕组，通过电磁耦合至零序电流互感器T1一次端，将反向电流注入一次母线。微控制单元(MCU)U2再次通过零序电流互感器T1、剩余电流信号采集电路采集一次母线的剩余电流验证一次母线上的剩余电流信号已经抵消。之后，微控制单元(MCU)U2根据要校准的剩余电流值，计算出基准电流IΔbz参数，将基准电流IΔbz参数通过IO端口BZ_OUT传输至外置基准模块，控制外置基准模块产生高精度基准电流IΔbz，送入零序电流互感器T1的二次端第三绕组，通过电磁耦合至零序电流互感器T1一次端，将高精度基准电流IΔbz注入一次母线。微控制单元(MCU)U2通过零序电流互感器T1、剩余电流信号采集电路、内置AD转换模块采集一次母线的剩余电流并将其与高精度基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差。若剩余电流测量误差≠0，微控制单元(MCU)U2调整其运行程序中的剩余电流测量参数，使剩余电流与基准电流IΔbz一致，完成断路器某一剩余电流值的高精度在线校准。

本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高精度断路器剩余电流在线校准方法，其特征在于，所述方法包括：

第1步，断路器处于正常运行状态时，通过零序电流互感器二次端第一绕组将一次母线剩余电流变换至二次线路剩余电流，所述零序电流互感器二次端还包括第二绕组和第三绕组，所述二次端第一绕组匝数、所述二次端第二绕组匝数以及所述二次端第三绕组匝数相等，MCU通过剩余电流信号采集电路和AD转换模块采集二次线路剩余电流，根据所述零序电流互感器一二次端的匝数比，计算一次母线剩余电流IΔ；

第2步，MCU根据采集的剩余电流IΔ幅值和相位，控制DA转换模块产生一个与当前剩余电流IΔ完全相反的电流信号I2Δ₁；

第3步，零序电流互感器二次端第二绕组将所述电流信号I2Δ₁变换至一次母线电流IΔ₁并保持；

第4步，再次采集一次母线的剩余电流IΔ₂；

第5步，对IΔ₂进行判断，若IΔ₂＝0则进行第6步，若IΔ₂≠0则重复第1步至第4步，直至IΔ₂＝0；

第6步，MCU计算出基准电流IΔbz参数，并将基准电流IΔbz参数送至外部基准输出模块，控制所述基准输出模块产生所述基准电流IΔbz；

第7步，通过零序电流互感器二次端第三绕组将所述基准电流IΔbz注入一次母线并保持；

第8步，采集一次母线的剩余电流IΔ₃；

第9步，将电流IΔ₃与基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差u＝|I△₃-I△bz|；

第10步，若u≠0，调整剩余电流测量电路的参数，使剩余电流IΔ₃与基准电流IΔbz一致，完成断路器剩余电流在线校准。

2.根据权利要求1所述的高精度断路器剩余电流在线校准方法，其特征在于：所述基准电流IΔbz设置为不同电流值，重复所述第7步至所述第10步，完成不同电流值的高精度剩余电流在线校准。

3.根据权利要求1所述的高精度断路器剩余电流在线校准方法，其特征在于：MCU对所述剩余电流IΔ₂进行判断，若IΔ₂＝0则进行所述第6步，若IΔ₂≠0则重复所述第1步至所述第4步，直至IΔ₂＝0。

4.根据权利要求1所述的高精度断路器剩余电流在线校准方法，其特征在于：MCU将所述剩余电流IΔ₃与所述基准电流IΔbz进行比对，计算剩余电流测量误差u＝|I△₃-I△bz|。

5.根据权利要求1所述的高精度断路器剩余电流在线校准方法，其特征在于：若u≠0，通过调整MCU运行程序中的剩余电流测量参数，使剩余电流IΔ₃与基准电流IΔbz一致，完成断路器剩余电流在线校准。

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