[发明专利]一种故障电弧及电流检测的复合检测电路装置

权利要求书

1.一种故障电弧与电流检测的混合检测电路装置，其特征在于：

主要包括连接在火线与零线之间的采样电路，采样电路主要包括电感L、电阻R1、R2、R3、电容C，其中电容C一端接零线，另外一端与电阻R1、R2连接成Y型电路结构；电阻R1另一端接火线进线侧，电阻R2另一端接火线出线侧；电阻R3和电感L并联，串联在火线上且连接在R₁、R₂之间；

对采样电路中的信号进行不同处理，分别形成高频信号采样通道、低频电流采样通道和系统自检信号采样通道，能够完成故障电弧信号检测，旁路串扰电弧检测，低频电流的采样以及系统自检信号的采样检测功能；

高频信号采样通道和系统自检信号采样通道中，将单端采样信号通过电容耦合的连接方式经过单端转差分电路，输出依次经过增益可编程的放大器，低通巴特沃斯滤波器，RC抗混叠滤波器，AD转换器以及DSP模块；

低频电流采样通道中，将单端采样信号直接进入单端转差分电路，输出依次经过增益可编程的放大器，RC抗混叠滤波器，AD转换器以及DSP模块；

利用电压的幅值或相位的差异识别故障电弧；高频电流采样通道在进行旁路串扰故障电弧识别时具有下述特点：

当电路中发生本地故障电弧时，对电感和电阻R1两端的电压进行采样，电感L和电阻R3并联呈现感性阻抗形式，电压信号超前于电流信号一定的相位，因此在电感两侧采集到的电压信号和电阻R1两侧的电压信号具有一定的相位差,且呈钝角关系；

当电路中产生旁路故障电弧的串扰时，在电感两侧采样到的电压信号和电阻R1两侧采样到的电压信号之间的相位差减小，小于本地故障电弧时电感和电阻两路电压信号之间的相位差，且呈锐角关系，利用相位差异可以区分本地故障电弧和旁路串扰。

2.根据权利要求1所述的故障电弧与电流检测的混合检测电路装置，其特征在于：

通过电容C滤除低频，构成高频小信号通路。

3.根据权利要求1所述的故障电弧与电流检测的混合检测电路装置，其特征在于：

所述检测电路装置中复用了断路器脱扣装置的电感线圈，相比于电流互感器的方案具有更高的工作频率范围，能够有效采集到电弧信号中的高频成分。

4.根据权利要求1所述的故障电弧与电流检测的混合检测电路装置中的高频信号采样通道，其特征在于：

步骤1：电感L和电阻R1、R2上的采样信号通过第一电容，滤除50HZ工频和直流信号以及500KHZ以下的低频信号；

步骤2：通过单端转差分电路将采样后的单端信号转换成PGA需要的差分输入信号，并且为信号提供一定的增益；

步骤3：单端转差分运放电路的输出信号经过隔直第二电容提供给PGA，PGA对差分输入信号进行放大，其增益由DSP根据采样信号的幅值平均值进行调整；

步骤4：采用巴特沃斯带通滤波器，将200MHZ以上的高频部分滤除，500k～200MHZ内的信号作为电弧分析的特征频段；

步骤5：通过AD采样电路完成模拟信号到数字信号的转换，在本设计中，采用了过采样的技术，AD采样速率为1GSPS；

步骤6：采样后的高频信号送给DSP进行电弧和串扰信号的特征提取和检测。

5.根据权利要求1所述的故障电弧与电流检测的混合检测电路装置中的低频信号采样通道，其特征在于该通道的信号处理如下：

使用电感L采样低频电流信号时，对于低频信号感抗很小，利用电感线圈自身的内阻来对低频电流信号进行取样；得到电感L两端的端压。

6.根据权利要求1所述的故障电弧与电流检测的混合检测电路装置中的低频信号采样通道，其特征在于该通道的信号处理如下：

复用电感L上的端压，将单端采样信号通过单端转差分电路变为全差分信号，并提供给PGA进行信号放大，将放大后的信号通过RC抗混叠滤波器进行滤波，把高于15KHZ的频率成分滤除，滤波后的信号由AD采样电路转换为数字信号，AD采样速率为50KSPS；

其中抗混叠滤波器采用RC低通滤波器实现。