本發(fā)明涉及小電流接地系統(tǒng)，具體地指快速判斷單相接地故障的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在小電流接地系統(tǒng)中，一般按照系統(tǒng)側(cè)金屬接地時的中性點電壓15％來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障，所以，當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓大于15％時，就認定系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障，此時，控制器需要迅速進行故障判斷，并且同時做出故障發(fā)生后的消弧動作，可見，迅速準確判斷單相接地故障具有非常重要的意義。

單相接地故障的判斷方法普遍分為兩類，一類方法是軟件實現(xiàn)，完全使用軟件對采樣電壓進行采集計算，與電壓閾值進行比較判斷，計算的精度在于工頻單周期的采樣個數(shù)，該方法占用一部分軟件資源，增加軟件開支，并且單次判斷時間不定；另一類是硬件實現(xiàn)，通常需要交轉(zhuǎn)直再進行判斷，轉(zhuǎn)換過程中需要使用電容濾波，會導(dǎo)致判斷波形在臨界電壓附近發(fā)生抖動，對于控制器檢測存在一定盲區(qū)，并且根據(jù)實際現(xiàn)場情況，電壓判斷的閾值(啟動電壓)一般設(shè)置為20～35％，對于一般硬件方法是無法對已成模塊再進行更改，通用性不強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種快速判斷單相接地故障的系統(tǒng)及方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種快速判斷單相接地故障的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

電壓互感器，用于檢測系統(tǒng)側(cè)的電壓信號；

隔離放大器，用于隔離所述電壓信號得到正弦信號；

濾波整流器，用于將所述正弦信號整流成全波脈沖直流波；

滯回比較器，用于根據(jù)基準電壓值，對所述全波脈沖直流波進行比較，產(chǎn)生脈沖信號；

可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，用于對從滯回比較器進入的脈沖信號進行處理，迅速識別故障下降沿；

微控制器，用于向滯回比較器發(fā)出基準電壓值，以及接收可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路發(fā)出的信號。

此外，本發(fā)明還提供一種通過上述系統(tǒng)實現(xiàn)快速判斷單相接地故障的方法，該方法包括以下步驟：

(1)由隔離放大處理后的電壓波形進入濾波整流器，將交流信號整流為100Hz的全波脈動直流信號，形成單極性波；

(2)直流信號通過滯回比較器作用形成一連串脈沖信號，該串脈沖信號的占空比由微控制器外部設(shè)置的電壓判斷閾值控制。

(3)脈沖信號進入可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路的單次觸發(fā)時間為10ms，在脈沖信號第一個下降沿進入到第二個下降沿的時間內(nèi)，單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)還未失效，第二個下降沿將引起單穩(wěn)態(tài)電路的第二次觸發(fā)，如此重復(fù)觸發(fā)過程，直至脈沖信號不再出現(xiàn)下降沿；

(4)當(dāng)電壓大于檢測電壓的閾值電壓，則出現(xiàn)故障判斷脈沖，由單穩(wěn)態(tài)電路輸出的故障判斷脈沖進入微控制器，該輸出脈沖是具有很好的上升沿特性，便于檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明由電子硬件和軟件共同實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對單相接地故障的快速判斷，從而節(jié)省通過軟件判斷所占用的內(nèi)部資源，減少軟件編制的負擔(dān)，既結(jié)合了硬件快速響應(yīng)的特征，又保留了軟件靈活設(shè)置閾值的優(yōu)勢。

(2)判斷響應(yīng)時間快速，故障出現(xiàn)時，判斷時間≤5ms，給予控制器充分的控制響應(yīng)時間；故障解除時，最快在5ms完成判斷，能夠配合控制器快速轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)。

(3)能夠避免掉閥值區(qū)間的抖動問題，直接產(chǎn)生單相故障判斷信號。

(4)配合控制器，可選擇對任意電壓閥值的故障進行判斷，可移植性強，靈活度高。

(5)可移植性強，通用性強，經(jīng)過必要的電平轉(zhuǎn)換，該方法的集成模塊可適用于任何類型的控制器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明快速判斷單相接地故障的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為經(jīng)過濾波整流器、滯回比較器、可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路的電壓波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明快速判斷單相接地故障的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：與電信號相連接的電壓互感器、隔離放大器、濾波整流器、滯回比較器、可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路以及微控制器，微控制器又分別與滯回比較器和可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路相連接。

基于以上結(jié)構(gòu)，本發(fā)明方法是主要對濾波整流器之后的電壓信號進行處理，其實現(xiàn)具體步驟如下：

(1)由隔離放大處理后的電壓波形進入濾波整流器，將交流信號整流為100Hz的全波脈動直流信號，形成單極性波利于滯回比較器的轉(zhuǎn)換。

(2)直流信號通過滯回比較器作用形成一連串脈沖信號，滯回比較器的環(huán)寬和基準由微控制器提供，該串脈沖信號的占空比由微控制器外部設(shè)置的電壓判斷閾值控制。

(3)脈沖信號進入可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，單穩(wěn)態(tài)電路的單次觸發(fā)時間為10ms，在脈沖信號第一個下降沿進入到第二個下降沿的時間內(nèi)，單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)還未失效，第二個下降沿將引起單穩(wěn)態(tài)電路的第二次觸發(fā)，如此重復(fù)觸發(fā)過程，直至脈沖信號不再出現(xiàn)下降沿，該方法的核心就是使用重復(fù)觸發(fā)的特點來消除電壓抖動問題，防止誤觸發(fā)，并且可以加快對電壓的判斷速度，比用軟件方法判斷還要快。

(4)當(dāng)電壓大于檢測電壓的閾值電壓，則出現(xiàn)故障判斷脈沖，由單穩(wěn)態(tài)電路輸出的故障判斷脈沖進入微控制器，該輸出脈沖是具有很好的上升沿特性，便于檢測。

(5)在以上步驟(2)中，滯回比較器的工作基準電壓由微控制器的軟件指令實現(xiàn)，軟件設(shè)置特定閾值，再通過微控制器內(nèi)部集成的DA轉(zhuǎn)換器，輸出直流電壓作為滯回比較器的基準電壓。

以上實現(xiàn)判斷的步驟具體實現(xiàn)波形示意如圖2所示。U_ref為檢測電壓的閥值電壓，當(dāng)電壓大于U_ref時，即代表有故障發(fā)生，反之則無故障發(fā)生；t_w表示單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)周期，在電壓大于閥值電壓，比較器每個輸出波形的下降沿之間的時間為10ms。單穩(wěn)態(tài)波形上升沿時間響應(yīng)時間小于5ms，若檢測電壓剛好在閥值大小，此時的臨界響應(yīng)時間為5ms，因此，這種方法的響應(yīng)時間最多為5ms，并且可以很好的避免在閥值某微小區(qū)間內(nèi)發(fā)生抖動；當(dāng)故障消失時，在低于閥值電壓的電壓未形成半波峰值之前就已出現(xiàn)下降沿，給控制器故障消失的信號。

本發(fā)明既結(jié)合了硬件快速響應(yīng)判斷的特點，又保留了軟件靈活設(shè)置閾值的優(yōu)勢，在判斷單相故障時，結(jié)合濾波整流電路和滯回比較器將交流電壓信號變?yōu)檫B續(xù)脈沖串，特別采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，將脈沖串整形為具有上升沿特性的單脈沖供微控制器判斷，該方法可以有效消除傳統(tǒng)硬件方法存在的閾值抖動問題，并可以使用微控制器對閾值進行靈活設(shè)置，通用性強，可移植性高。