基于磁通门技术的直流漏电流检测方法及实现

朱佳超,林福清,姚志伟

摘  要：随着科技的日益发展和提高，直流电源系统变成了工业生产现场当中至关重要的动力设备。如果直流系统接地点发生了故障，不能及时有效加以消除的话，很可能会造成严重人身事故甚至引发特别重大的电力事故，使国民经济出现一定的经济损失。而磁通门技术则是一个可以检测弱磁的技术，不但可以对毫安级的直流漏电系统提供相应的技术支持，进行直流漏电流测量，还能够对直流系统接地情况进行实时的监控，如果出现问题可以准确地准确地定位到故障点，另外，磁通门技术的经济性也是相当高的，特别它所具有的微型化和简单安全的特性，这种优势使磁通门技术相关产品在市场当中具有良好的使用发展前景。

关键词：磁通门技术；直流漏电流；检测方法

目前直流系统检测过程当中还存在着相应的问题，这些问题不仅不利于用电安全，还会对经济造成一定的损失。而磁通门技术的发展则能够为直流漏电流检测提供相应的技术支持与帮助，还能使直流漏电流的检测范围降低至毫安级内，提高故障点检测的精准度。因此，磁通门技术在工业现场作业环境当中运用是十分广泛的。除此之外，磁通门技术也具有微型化与简便安全的优点，具有良好的使用和发展前景。

一．基于磁通门的直流漏电流检测的概念与原理

1.1磁通门技术的概念

磁通门技术来源于一种磁通门现象，这个现象的根源也就是电磁感应理论，是一个能够对微弱磁场做出精确测量的技术。

磁通门是运用磁性饱和现象来进行设计的，因此，可以有效地去对被检测磁场实现磁调制，并将其转变为感应电动式来进行输出，利用这种方法可以有效地有效地完成磁场到电场之间的转化，若是将这种方法应用于测量电参数时，则是对电场到磁场、磁场到电场之间的转化过程。

这个过程当中可以完成对信号的隔离，因此从这个角度来进行分析，磁通门技术也是一个隔离技术。

1.2直流漏电流检测的原理

磁通门式的直流漏电流测量技术是实现将电场转换为磁场，再由磁场转换为电场的一种隔离式检测，非常适合在有绝缘条件要求的场合。另外，这种测试方法一般都是比较简单、易于实施的，只要对各个环节的性能掌握好，就能够保证直流漏电流的性能指标。

图1 直流漏电流检测原理图

对于直流漏电流中所产生的弱磁场，可以通过采取在磁通门上缠绕吉利线圈来形成一个激磁磁场，在这种磁场中要让磁性处于一种饱和状态，不断地对电压互感器中出现的微弱感应电动式进行输出，并采取相应的信号对电路进行处理，提取出磁通门传输数据中有关于被检测磁场的感应电动式，通过提取与整理之后将其转变为模拟直流信号，再把这些模拟直流信号传送给下一级的采集设备进行分析，最后传输给检测设备（如上图1所示）。

要想对直流漏电流检测的精准度与信号稳定性进行有效地提高，首先要做的就是对磁场建立起一个负反馈设计，通过设计让磁性的工作状态始终处于一个零磁场的环境，同时，为了使检测方法能够适应不断变化且复杂的实际环境需求，还需要在依据相关标准的基础之上对电磁兼容、安全性等方面进行一系列设计，以便能够让检测方法更加有效、合理，且适应环境变化的需求。

二．终端研发

  在研究开发以磁通门技术的直流漏电流检测方法的基础之上，构建起通用的接口技术标准以及数据交换协议，在构建的过程中，要根据实际的应用环境与实施需求融入相应的温湿度噪声检测、烟雾报警、远程控制等一些感知控制芯片，在追求形成一体化检测终端的同时，满足定制化检测环境检测的实际需求，实现检测的多场景覆盖[1]。

图2 通用接口电路

终端通用接口电路如上图2所示，通过采取对CPLD系统对AD接线口以及双口RAM的管理，实现对端口高度的可定制化与通用性，同时，CPLD系统与MCU系统之间是彼此独立、互不影响，两者之间的更新都是独立完成的，不需要彼此协助，在这之中，RAM是交互口，MCU的数量也比较小，计算资源在很大程度上是作为边缘进行运算。在通用接口基础上，通过对各种感应器和通信功能的整合，可以构成以B型漏电检测系统为中心，多种多样的电子监控终端。

三．系统构建及应用

以配电设备台区应用系统为例，它主要是由两个部分所构成的：一个是现场终端管理系统，而另一个则是后台分析管理系统。现场终端管理系统的主要功能是通过配合电台区来对直流漏电流的信号进行监测和上传，后台分析系统的主要功能则是通过使用APP、电脑、手机等对直流漏电流的信号进行分析和显示。现场终端管理系统通常是根据漏电流的程度进行三级设定的，漏电流的一级是设定在穿心式B型漏电监控终端，二级则是设定在分支开关出线处安装的穿心式B型漏电监控终端，而漏电流的第三级则是设定在用户表下端口处的开关式B型漏电监控终端[2]。

在这之中，穿心式B型终端主要负责对直流漏电流的信息进行采集和上传，采用电池式自供电模块，并整合了LoRa通讯模组，在采取无线通信方法的基础上，采用穿心式安装为基础，进行节点信息传输，对系统跳闸情况进行管理，而开关式B型漏电流终端则是通过整合B型漏电设备的LoRa通讯模组，对直流漏电流、系统负荷信息、负载数据等进行了有效的信息采集和上传。信息集中器通过这一通信模块对监测终端的信息进行收集和汇总，然后再通过GPRS的通信手段将所汇集的信息上传给主站内部；另外，在监测主站内部还通常会设有互联网、

路由器、数据服务器以及应用服务器等硬件设施，并使用了数据加密机制，可利用移动APP和网页形式进行信息检索和显示，着重分析直流漏电流的变化情况以及与温湿度传感器之间的关联，同时也可通过所收集的直流漏电流和断路器跳闸信息，更加精准地对低压台区故障点进行定位。

三.结束语

综上所述，采用磁通门技术的直流漏电流检测方法，对安全用电而言是非常关键并且具有重大意义的，因为这种检测方式不但能够有效减少由于磁饱和所造成的不良影响，而且实现了在检测过程中无须切断整个直流系统电路就可以检测的效果，还能够利用并集成其他种类的传感器元件，进而运用于整个供电网络的感知层终端之中，从而更进一步的达到用电安全的目标，以及通过对直流系统中负载状态的全面监测，进一步地提升负荷感知能力和对电力系统的控制手段。

参考文献：

[1] 卢志军，迟长春.基于单电源磁通门原理的漏电检测电路设计[J].上海电机学院，2021，21(05):06-10.

[2] 岳长喜，项琼. 基于磁通门原理的零磁通交直流电流传感器[J].电测与仪表，2017，54(24):12-20.