[发明专利]剩余电流检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种剩余电流检测方法和装置，还涉及一种具有该剩余电流检测装置的剩余电流保护装置。

背景技术

图1示例性地示出了一种典型的剩余电流检测装置。如图1所示，剩余电流检测装置100包括：电感110、激励信号产生电路120、采样电阻130、滤波电路140，以及处理单元150。

在图1中，电感110表示一个电流互感器的绕组，其一端连接到激励信号产生电路120，另一端连接到采样电阻130。该电流互感器包括铁芯和绕组，其作用在于感测供电线路（图中未示出）上是否存在剩余电流或称漏电流。

在图1所示的例子中，采样电阻130为一个与电感110（也就是和电流互感器）串联的电阻，且采样电阻的另一端连接到地（GND）。由此，在图1所示的例子中，采样电阻上流过的电流不仅包括供电线路上可能出现的剩余电流还包括来自激励信号产生电路120的激励信号成份。当然，在实际电路中，采样电阻130也可以替换为更为复杂的采样电路。

滤波电路140获取采样电阻130上的电压信号，该电压信号反应了流过采样电阻130的电流的大小，即电流互感器感测到的电流。滤波电路140进而对所获得的电压信号进行硬件滤波，以滤除由激励信号发生单元120产生的激励信号成份。例如，滤波电路140为一个低通滤波器。滤波后的模拟量送入处理单元150。

处理单元150对于来自滤波电路140的信号进行A/D采样，得到与剩余电流相关的采样数据，并对该采样数据进行分析，以判断出是否存在剩余电流。处理单元150所进行的分析例如包括分析电流的幅值是否超过了一个预定的阈值。如果超出该预定的阈值则该处理单元150发出一个指示信号，以指示存在剩余电流，并从而出发保护机制动作。

在如图1所示的例子中，采用硬件滤除采样信号的激励信号成份。为了实现这种硬件滤波，激励信号产生电路需要设计成使得其激励信号频率远高于通常的剩余电流信号的频率检测范围，例如激励信号的频率通常达到两倍于最高可检测的剩余电流信号的频率。这样，在滤波电路中可以通过一个硬件低通滤波器滤除采样信号中的高频部分（即，激励信号部分）而，留下剩余电流信号部分。最后，再由分析单元150通过软件和算法对滤波后的信号进行分析和判断。

采用图1所示的这种设计需要激励信号频率必须远高于最高的可检测剩余电流信号的频率。这导致剩余电流的频率检测范围受到功率和电路的限制无法达到较高的数值。此外，通常还需要采用多阶低通滤波器来滤除激励信号。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种剩余电流检测方法和装置，其剩余电流的频率检测范围可以达到所需值，而不因激励信号频率的选择而受限制。本发明的另一个目的在于提供一种剩余电流检测装置，其相对于图1所示的方案在硬件成本和空间上具有一定的优势。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于剩余电流检测的方法，包括：获取与流经电流互感器的电流相关的时域数据，其中所述电流互感器用于感测供电线路上的剩余电流，且所述时域数据包含用于激励所述电流互感器的激励信号成份；对所述时域数据进行时域到频域的变换，从而得到频域数据；在频域内，对所述频域数据进行滤波，以滤除与激励信号相关的频域数据；对滤波后的频域数据进行分析，以判断是否存在剩余电流。

优选地，所述激励信号的频率靠近所述电流互感器可检测的频谱检测范围且与所述频谱检测范围间隔开，或者所述激励信号的频率与所述频谱检测范围相交叠。

优选地，所述时域到频域的变换步骤采用快速傅里叶变换。更为优选地，所述时域到频域的变换步骤采用基2或基4快速傅里叶变换。可选地，所述快速傅里叶变换算法中针对低频部分和高频部分采用不同的加窗长度。优选地，对于高频部分，快速傅里叶变换算法的加窗长度为小于等于20ms。对于低频部分，快速傅里叶变换算法的加窗长度为大于等于100ms。可选地，所述快速傅里叶变换算法中的窗函数为矩形窗函数、汉宁窗函数或者海明窗函数。

可选地，所述对滤波后的频域数据进行分析的步骤包括例如判断滤波后得到的频域数据所反映的电流幅值的有效值是否大于一个预定的第一阈值，或者判断滤波后得到的频域数据所反映的电流幅值是否超出一个预定的第二阈值。