漏電流監(jiān)測系統(tǒng)的研制

趙 磊

(國網(wǎng)安徽省電力公司 馬鞍山供電公司, 安徽 馬鞍山 230016)

漏電流監(jiān)測系統(tǒng)的研制

趙 磊

(國網(wǎng)安徽省電力公司 馬鞍山供電公司, 安徽 馬鞍山 230016)

針對直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測,設(shè)計一種直流系統(tǒng)絕緣漏電流檢測系統(tǒng).該系統(tǒng)利用磁平衡原理的漏電流傳感器實(shí)現(xiàn)對漏電流的檢測,利用16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7705以實(shí)現(xiàn)對微電流傳感器中信號的采集.為了解系統(tǒng)的檢測效果,編制了相應(yīng)的程序.測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)可以精確地監(jiān)測直流系統(tǒng)的泄漏電流.

漏電流; 電流傳感器; 直流系統(tǒng)

對于配電站的直流接地故障,目前一般都采用低頻信號注入法和霍爾器件檢測漏電流法來實(shí)現(xiàn)對故障支路的巡檢.但低頻信號注入法受分布電容影響,容易誤判;霍爾器件可實(shí)現(xiàn)對饋電電流不平衡情況的準(zhǔn)確檢測,但存在成本高,零漂現(xiàn)象導(dǎo)致不能在線監(jiān)測等問題[1-6].

本文提出了一種基于磁平衡原理的漏電流檢測系統(tǒng):利用磁平衡原理的漏電流傳感器實(shí)現(xiàn)對漏電流的測量,利用16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7705實(shí)現(xiàn)對微電流傳感器中的信號數(shù)字化測量[7-9].

1 磁平衡漏電流傳感器原理

線圈電流檢測電路為直流絕緣故障智能傳感器檢測系統(tǒng)的核心硬件,整個漏電流傳感器檢測故障的原理如圖1所示.

圖1中,傳感器線圈套穿在各饋電支路直流回路的正負(fù)母線上,電流i1和i2分別為正母線流過傳感器的前后電流,i3和i4為負(fù)母線反饋流過電流傳感器的前后電流,i5為負(fù)母線有故障的情況下的接地漏電流[10].

當(dāng)直流回路絕緣水平正常時(i5=0),穿過傳感器的直流電流大小相等,方向相反,即i1=i2=i3=i4.如果規(guī)定穿過線圈一端的電流為正,其相反方向電流為負(fù),按照電磁場理論,兩個電流的合成矢量和Δi=0,此時由不平衡電流產(chǎn)生的磁場為零,故傳感器輸出信號為零;如果直流回路中出現(xiàn)絕緣故障(如圖1所示為負(fù)母線接地),那么將會出現(xiàn)不對稱的直流電流i5(即不平衡電流),則合成電流就不為零,其合成電流值大小為Δi=i1-i3=i5,此時通過電流傳感器的不平衡電流不為零,在線圈中產(chǎn)生的磁場不為零,傳感器有檢測信號的輸出.

圖1 漏電流傳感器檢測故障原理

2 測量電路和軟件設(shè)計

在整個采集電路中,采用AD7705對電流傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行測量.由于AD7705采用SPI/QSPI兼容的三線串行接口,能夠方便地與微控制器連接,相比并行接口方式,大大節(jié)省了CPU的I/0口.在本次設(shè)計中,將AD7705的數(shù)據(jù)接口和單片機(jī)的P1.6和 P1.7相連接,用P1口模擬串口與AD7705進(jìn)行通信.在應(yīng)用時,將DRDY 接到 AT89C51的INT0,可以讓AD7705在轉(zhuǎn)換結(jié)束后使單片機(jī)產(chǎn)生中斷,以讀取最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù).片選信號線CS與P1.0口相連,使AD7705的在線狀態(tài)受P1.0口的控制.在AD7705讀取數(shù)據(jù)時,采用同步傳輸?shù)姆绞脚c上位機(jī)進(jìn)行通信,DIN和DOUT都與AT89C51的P1.6口相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā),而SCLK和AT89C51的P1.7口相連作為同步脈沖的接收.由于轉(zhuǎn)換的速度要求并不是很高,因此我們采用P1口串口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā).AD7705的外圍電路設(shè)計如圖2所示.

圖2 AD7705的接口電路

基于對上述外圍電路和接口電路的設(shè)計,其整個采集電路如圖3所示.其工作過程如下:在初始化后,單片機(jī)將CS線置高電平,激活A(yù)D7705,同時,霍爾傳感器將母線上漏電流的信號經(jīng)AD7705的IN1(+)和AIN1(-)端,輸入AD7705進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,在此過程中,AD780作為AD7705基準(zhǔn)電源,并通過REFIN(+)和REFIN(-)為AD7705提供高精度的基準(zhǔn)電源,使得AD7705的轉(zhuǎn)換更加精確;當(dāng)AD7705完成了對一組數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換后,將DRDY置于高電平,并向單片機(jī)發(fā)出中斷請求,然后單片機(jī)響應(yīng)中斷,通過P1口模擬的串行接口讀寫數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)的收發(fā)后,單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,并將DRDY復(fù)位,提示AD7705可以進(jìn)行下一次的轉(zhuǎn)換.

為了使整個測量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對直流系統(tǒng)中漏電流的測量,對其執(zhí)行程序進(jìn)行了編程,整個程序流程如圖4所示.其工作過程如下:給漏電流檢測儀上電后,系統(tǒng)開始進(jìn)行中斷初始化,并且初始化P89V51RD2的各個寄存器,對整個電路進(jìn)行復(fù)位,然后P89V51RD2通過P1設(shè)置AD7705的各個控制寄存器,復(fù)位AD7705,當(dāng)復(fù)位完成后,P89V51RD2進(jìn)入等待中斷的模式,這時AD7705開始模數(shù)轉(zhuǎn)換,并在轉(zhuǎn)換完成后,通過INT0向P89V51RD2發(fā)出中斷請求,P89V51RD2響應(yīng)中斷,開始對AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換的結(jié)果不是規(guī)范的浮點(diǎn)數(shù),所以必須要對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化,再進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的乘法運(yùn)算,將AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果(電壓信號)與實(shí)際的測量值(電流信號)一一對應(yīng),最后將轉(zhuǎn)換值變成BCD碼以便輸出顯示并返回,重新等待AD7705下一次的轉(zhuǎn)換完成中斷,至此一次測量過程結(jié)束.

圖3 整體電路設(shè)計

圖4 程序流程示意

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在智能漏電流傳感器研制完成后,對其進(jìn)行了相應(yīng)的測試.由于該傳感器主要用于電力系統(tǒng)直流系統(tǒng)的漏電流檢測,其漏電流的范圍一般不超過20 mA,因此在0～20 mA的范圍內(nèi),對漏電流傳感器進(jìn)行了測量.在測量的過程中,采用恒流電源對其進(jìn)行校準(zhǔn)測量.測量的數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 電流傳感器的漏電流測量數(shù)據(jù)

由表1可知,在所測量的范圍內(nèi),最大的測量誤差為5%,可以滿足工程中所要求的測量精度.

4 結(jié) 論

(1) 本文所設(shè)計的測量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對漏電流的檢測,檢測精度優(yōu)于5%,滿足現(xiàn)場需求;

(2) 在實(shí)際應(yīng)用過程中,該智能漏電流測量系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確、體積小、性能價格比高,以及現(xiàn)場使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn).

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DevelopmentofLeakageCurrentMonitoringSystem

ZHAO Lei

(StateGridAnhuiMa’anshanPowerSupplyCompany,Ma’anshan230016,China)

The insulation leakage current detection system of DC system is designed.The system uses the leakage current sensor based on magnetic balance principle to detect the leakage current,and uses the 16 bit analog to digital converter chip AD7705 to realize the signal acquisition of the leakage current sensor.In order to understand the detection effect of the system,the corresponding program is compiled.The test results show that the system can accurately monitor the leakage current of the DC system.

leaking current; current sensor; DC system;

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.05.009

2017-03-22

趙磊(1984-),男,本科,高級工程師,安徽淮南人.主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的電流監(jiān)測.E-mail:252902766@qq.com.

TP212.43;TP277.2

A

1006-4729(2017)05-0456-04

(編輯 胡小萍)