零線斷線檢測控制器的製造方法
2023-04-23 04:31:31 2
零線斷線檢測控制器的製造方法
【專利摘要】一種零線斷線檢測控制裝置，包括信號採集單元、中央處理單元、輸出控制單元和電源單元；其中，所述信號採集單元，對零線電流和三相相電壓進行採集；所述中央處理單元，對採集的所述零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述中央處理單元將輸出一觸發信號；所述輸出控制單元，接收所述中央處理單元輸出的觸發信號並產生一控制信號，以觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘；所述電源單元，給所述信號採集單元、中央處理單元和輸出控制單元提供恆定的工作電源。本實用新型提供的控制裝置，能夠在三相不平衡情況下有效檢測零線電流準確判斷零線情況，並做出相應保護措施。
【專利說明】零線斷線檢測控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於低壓配電網領域，具體涉及一種配電網運行中零線斷線檢測控制
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]進入二十一世紀以來，隨著社會經濟的發展，家用電器設備大量普及，用電負荷不斷增加，在配電網實際運行中發現，由於熱效應、機械力、接頭氧化、外力刮擦、不法分子偷盜、建築野蠻施工等內外因素影響，不時發生零線斷路故障。零線斷線故障一旦發生，影響的面非常廣，一方面既給用戶的生產和生活帶來了很大的不便，另一方面又給供電企業帶來諸如企業形象受損，電力資費難收，並要承擔巨額賠償等多重損失，有些地方甚至導致供電企業和用戶關係緊張，社會不穩定因素增加，嚴重損害了民企之間的良好合作關係。
[0003]眾所周知，我國現行的低壓配電網大多採用三相四線制進行輸電，對於接入居民樓宇的大多採用三相負載平均分配的方法，在理想的三相平衡的情況下，各相電壓大致相同，相位相差120度,具體請參考圖1所示。
[0004]但是，本實用新型的發明人經過研究發現，在大多數時候，單相負載無法做到平衡分配，如果不考慮零線，那麼其矢量圖如圖2所示(假定A相電流過載，電壓拉低)，由此可以看出，負載較小的相往往會獲得更高的電壓，如果電壓變化比較大，這個電壓往往會導致用電器的損壞，而這是我們不希望遇到的；但此時如果零線是可靠接入的，不平衡的電流儘可能通過零線接入大地，相當於用戶端的零線也出現了電壓，那麼其矢量圖如圖3所示，通過該矢量圖可以得出，雖然此時電壓相對於變壓器接地端電壓有所不同，但觀察用戶端，其電壓是基本平衡的。由此可見，在三相不平衡的情況下，零線的接入情況顯得尤為重要。
[0005]綜上所述，零線在三相不平衡情況下起著非常重要的作用，而如何例行監測零線的可靠連接尤為重要，如果能檢測到零線迴路中有電流流過必定能判斷零線可靠連接，電流感應器就能準確的檢測出零線的電流。然而檢測不到電流並不表示零線一定斷線，根據前面的分析可知，一旦三相相對平衡，用戶端零線迴路矢量為0，此時零線也是沒有電流的，但由於此時三相平衡，雖然零線斷線，也不會由於偏壓導致電器燒壞。因此，只剩如何在三相不平衡的情況下有效檢測零線電流並準確判斷零線情況，做出相應的保護措施，成為目前亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的如何在三相不平衡的情況下有效檢測零線電流並準確判斷零線情況，做出相應保護措施的技術問題，本實用新型提供一種新型的零線斷線檢測控制
>J-U ρ?α裝直。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案:
[0008]一種零線斷線檢測控制裝置，包括信號採集單元、中央處理單元、輸出控制單元和電源單元；其中，
[0009]所述信號採集單元，對零線電流和三相相電壓進行採集；
[0010]所述中央處理單元，對採集的所述零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述中央處理單元將輸出一觸發信號；
[0011]所述輸出控制單元，接收所述中央處理單元輸出的觸發信號並產生一控制信號，以觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘；
[0012]所述電源單元，給所述信號採集單元、中央處理單元和輸出控制單元提供恆定的工作電源。
[0013]相比於現有技術，本實用新型提供的零線斷線檢測控制裝置中，所述信號採集單元首先對零線電流和三相相電壓進行採集，所述中央處理單元其次對採集的零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果符合則所述中央處理單元將輸出一觸發信號，所述輸出控制單元然後接收所述觸發信號並產生一控制信號，用於觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘，由此實現在三相不平衡的情況下有效檢測零線電流準確判斷零線情況，並做出相應保護措施的技術效果O
[0014]進一步，所述信號採集單元包括信號檢測模塊和信號處理模塊，所述信號檢測模塊包括電流檢測模塊和電壓檢測模塊，所述信號處理模塊包括電流放大模塊和電壓取樣模塊;其中，
[0015]所述電流檢測模塊，對所述零線的電流信號進行感應檢測；
[0016]所述電壓檢測模塊，對所述三相電的相電壓信號進行感應檢測；
[0017]所述電流放大模塊，對感應檢測的零線電流信號進行放大整形；
[0018]所述電壓取樣模塊，對感應檢測的三相電的相電壓信號進行取樣。
[0019]進一步，所述電流檢測模塊為電流傳感器，所述電壓檢測模塊為電壓互感器，由此具有精度高，隔離性和安全性好的特點，且接入後不影響原電路的正常性能。
[0020]進一步，所述中央處理單元包括A/D轉換模塊和計算處理模塊，所述A/D轉換模塊對採集的零線電流和三相相電壓進行模數轉換，所述計算處理模塊將採集的所述零線電流換算成0-100安培的電流顯示值，將採集的所述三相相電壓換算成0-220伏的電壓顯示值，並根據換算後的電流值和電壓值判斷採集的所述零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述計算處理模塊將輸出一觸發信號。
[0021]進一步，所述中央處理單元選用宏晶公司的STC系列單片機或微晶公司的PIC系列單片機，由此具有性能穩定，抗幹擾性能極佳的特點。
[0022]進一步，所述輸出控制單元為繼電器，由此具有觸點輸出，簡單可靠的特點。
[0023]進一步，所述電源單元提供的電源從三相線中的任一相線和零線引出，經線性變壓器和穩壓器後獲得。
[0024]進一步，所述零線斷線檢測控制裝置還包括根據所述中央處理單元的判斷結果，給出當前供電正常或供電異常的信息提示單元，由此可以對當前的供電狀態進行實時顯示提示。
[0025]進一步，所述零線斷線檢測控制裝置還包括根據所述中央處理單元的轉換計算結果，輪流顯示當前的各相相電壓和零線電流值的信號顯示單元，由此可以方便工作人員及時對各相相電壓和零線電流的大小進行觀察和處理，既方便生產環節對設備性能進行檢驗，又方便維護人員對整個設備運行狀態進行有效檢測。
[0026]採用本實用新型提供的零線斷線檢測控制裝置，具有如下有益效果:能夠對三相不平衡情況下零線電流進行有效檢測和準確判斷，做出相應保護措施，即通過智能化的技術手段及設備對低壓配電線路提供分布式監測與保護，提升了用電可靠性和用戶滿意度，減少經濟糾紛和經濟損失，同時減少了電力檢修人員排查故障的難度，具有非常重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是現有技術提供的在理想的三相平衡情況下各相電壓相位分布示意圖。
[0028]圖2是現有技術提供的三相不平衡零線未接入情況下各相電壓相位分布示意圖。
[0029]圖3是現有技術提供的三相不平衡零線已接入情況下各相電壓相位分布示意圖。
[0030]圖4是本實用新型實施例提供的零線斷線檢測控制裝置硬體組成原理示意圖。
[0031]圖中，1、信號採集單元；11、信號檢測模塊；111、電流檢測模塊；112、電壓檢測模塊；12、信號處理模塊；121、電流放大模塊；122、電壓取樣模塊；2、中央處理單元；21、A/D轉換模塊；22、計算處理模塊；3、輸出控制單元；4、電源單元；5、信息提示單元；6、信號顯示單元。
【具體實施方式】
[0032]為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
[0033]請參考圖4所示，一種零線斷線檢測控制裝置，包括信號採集單元1、中央處理單元2、輸出控制單元3和電源單元4 ;其中，
[0034]所述信號採集單元I，對零線電流和三相相電壓進行採集；
[0035]所述中央處理單元2，對採集的所述零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述中央處理單元將輸出一觸發信號；
[0036]所述輸出控制單元3，接收所述中央處理單元2輸出的觸發信號並產生一控制信號，以觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘；
[0037]所述電源單元4，給所述信號採集單元1、中央處理單元2和輸出控制單元3提供恆定的工作電源。
[0038]相比於現有技術，本實用新型提供的零線斷線檢測控制裝置中，所述信號採集單元首先對零線電流和三相相電壓進行採集，所述中央處理單元其次對採集的零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果符合則所述中央處理單元將輸出一觸發信號，所述輸出控制單元然後接收所述觸發信號並產生一控制信號，用於觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘，由此實現在三相不平衡的情況下有效檢測零線電流準確判斷零線情況，並做出相應保護措施的技術效果O
[0039]作為具體實施例，請參考圖4所示，所述信號採集單元I包括信號檢測模塊11和信號處理模塊12，所述信號檢測模塊11包括電流檢測模塊111和電壓檢測模塊112，所述信號處理模塊12包括電流放大模塊121和電壓取樣模塊122 ;其中，所述電流檢測模塊111，對所述零線的電流信號進行感應檢測；所述電壓檢測模塊112，對所述三相電的相電壓信號進行感應檢測；所述電流放大模塊121，對感應檢測的零線電流信號進行放大整形；所述電壓取樣模塊122，對感應檢測的三相電的相電壓信號進行取樣。具體地，所述電流檢測模塊111用於對零線的電流信號進行感應檢測；所述電壓檢測模塊112設有三個，用於對三相電的A、B、C三相相電壓信號分別進行感應檢測；所述電流放大模塊121與電流檢測模塊111連接，用於對感應檢測的零線電流信號進行放大整形；所述電壓取樣模塊122與電壓檢測模塊112連接，用於對感應檢測的A、B、C三相相電壓信號進行取樣。在本實施例中，在檢測零線電流信號時，需要對所述電流檢測模塊111上的交流電流信號進行處理，即把交流小信號放大整形成直流有效值信號，以便後續的所述中央處理單元2能夠精確檢測，其具體可以採用本領域技術人員熟知的放大整流電路實現。
[0040]作為具體實施例，所述電流檢測模塊111為電流傳感器，所述電壓檢測模塊112為電壓互感器，由此具有精度高，隔離性和安全性好的特點，且接入後不影響原電路的正常性倉泛。
[0041]作為具體實施例,請參考圖4所示,所述中央處理單元2包括A/D轉換模塊21和計算處理模塊22，所述A/D轉換模塊21對採集的零線電流和三相相電壓進行模數轉換，所述計算處理模塊22將採集的所述零線電流換算成0-100安培的電流顯示值，將採集的所述三相相電壓換算成0-220伏的電壓顯示值，並根據換算後的電流值和電壓值判斷採集的所述零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述計算處理模塊22將輸出一觸發信號。具體地，所述A/D轉換模塊21與所述電流放大模塊121和電壓取樣模塊122連接，用於對放大整形後的零線電流和取樣後的三相相電壓進行模數轉換；所述計算處理模塊22將模數轉換後的零線電流換算成0-100安培的電流顯示值，並將模數轉換後的三相相電壓換算成0-220伏的電壓顯示值，並根據換算後的電流值和電壓值來判斷採集的所述零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述計算處理模塊22將輸出一觸發信號。作為一種實施方式，所述預設零線斷線的電氣特徵為:零線電流為O (本設備把低於50毫安當做零線無電流)，三相電壓不平衡狀態(即三相相電壓之間的電壓偏差大小)超過12.5% ;如果採集的所述零線電流為0，且所述三相電壓不平衡狀態超過12.5%，則可以判斷所述零線斷線，此時需要對該種事件做出相應輸出控制。當然，本領域的技術人員在前述預設零線斷線電氣特徵的基礎上應當明白，所述預設零線斷線的電氣特徵並不局限於此，其還可以根據實際需要對零線電流和三相電壓偏差的極限值進行設定，只要能夠有效判斷零線斷線和做出相應輸出控制即可。
[0042]作為具體實施例，所述中央處理單元2選用宏晶公司的STC系列單片機或微晶公司的PIC系列單片機，由此具有性能穩定，抗幹擾性能極佳的特點。具體地，所述中央處理單元2是整個檢測控制裝置的控制和處理核心部分，主要用來對輸入的零線電流信號和三相相電壓信號進行處理。因此，在處理器晶片的選型上，基於本控制裝置應用於工頻場合，電磁幹擾大，所以儘量選用抗幹擾能力比較強的晶片；同時，所述中央處理單元2時刻檢測三相電流的相電壓、相位和零線電流，所述A/D轉換模塊21工作異常頻繁，故要求中央處理單元2的A/D運算速度要快，精度要高，在此分析的基礎上，建議選用國產宏晶公司的STC系列單片機或美國微晶公司的PIC系列單片機。
[0043]作為具體實施例，所述輸出控制單元3為繼電器，由此具有觸點輸出，簡單可靠的特點。具體地，所述繼電器上設有一組無源輸出控制觸點，正常情況下處於常開位置；當零線異常(如斷線)後，將接收所述中央處理單元2輸出的觸發信號觸點閉合導通，並產生一控制信號觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘，以斷開負載電源。
[0044]作為具體實施例，所述電源單元4提供的電源從三相線中的任一相線和零線引出，經線性變壓器和穩壓器後獲得。具體地，所述電源單元4包括第一電源輸入端和第二電源輸入端，所述第一電源輸入端從A、B、C三相線中的任一相線弓I出，所述第二電源輸入端從零線引出，由此實現所述電源單元4的電源來源。本實用新型的發明人進一步研究發現，在三相電壓處於不平衡狀態下，相電壓變化幅度往往比較大，為了獲得恆定的電壓源，需要將從三相線中的任一相線和零線引出的電壓先經過線性變壓器進行變壓，然後再通過穩壓器進行穩壓獲得。作為一種實施方式，所述穩壓器採用美國國家半導體公司生產的LM2576系列穩壓晶片，LM2576系列穩壓器是美國國家半導體公司生產的3安培電流輸出穩壓開關型穩壓電路，它內含固定頻率振蕩器(52千赫茲)和基準穩壓器(1.23伏)，並具有完善的保護電路，包括電流限制及關斷電路等，利用該晶片只需要極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。
[0045]作為具體實施例，請參考圖4所示，所述零線斷線檢測控制裝置還包括根據所述中央處理單元2的判斷結果，給出當前供電正常或供電異常的信息提示單元5，由此可以對當前的供電狀態進行實時顯示提示。具體地，所述信息提示單元5與所述中央處理單元2的一 I/O接口連接，用於根據所述中央處理單元2的判斷結果，給出當前供電正常或供電異常的信息提示；作為一種實施方式，所述信息提示單元5為一組LED (發光二極體)燈，當LED燈組中的綠燈閃爍時，表示當前供電一切正常；當LED燈組中的紅燈閃爍時，表示當前供電出現了異常，此刻所述中央處理單元2控制所述輸出控制單元3動作，輸出控制信號觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘。
[0046]作為具體實施例，請參考圖4所示，所述零線斷線檢測控制裝置還包括根據所述中央處理單元2的轉換計算結果，輪流顯示當前的各相相電壓和零線電流值的信號顯示單元6，由此可以方便工作人員及時對各相相電壓和零線電流的大小進行觀察和處理，既方便生產環節對設備性能進行檢驗，又方便維護人員對整個設備運行狀態進行有效檢測。具體地，所述信號顯示單元6與所述中央處理單元2的一 I/O接口連接，用於根據所述中央處理單元2的轉換計算結果，輪流顯示當前的各相相電壓和零線電流的值；作為一種實施方式，所述信號顯示單元6為一 IXD (液晶顯示器)面板，通過該IXD面板能夠對所述中央處理單元2轉換計算後的當前各相相電壓和零線電流值進行顯示，以便於工作人員觀察和處理。
[0047]本實用新型還提供一種採用前述零線斷線檢測控制裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0048]S1、所述信號採集單元對零線電流和三相相電壓進行採集；
[0049]S2、所述中央處理單元對採集的零線電流和三相相電壓進行轉換計算；
[0050]S3、所述中央處理單元判斷零線電流是否為0，如果為是則再判斷三相電壓是否處於不平衡狀態，如果為是則執行步驟S4 ；
[0051]S4、所述輸出控制單元輸出控制信號，觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘。
[0052]具體地，在應用所述零線斷線檢測控制裝置的控制方法之前，先要將所述零線斷線檢測控制裝置上電，以便系統裝置進行初始化操作；然後採用所述信號採集單元I對零線電流和三相相電壓進行採集；其次所述中央處理單元2對採集的零線電流和三相相電壓進行轉換計算，將零線電流換算成0-100安培的電流顯示值，並將三相相電壓換算成0-220伏的電壓顯示值；接著所述中央處理單元2判斷換算後的零線電流是否為0，如果為O則再判斷三相電壓之間的電壓偏差大小是否超過12.5%，如果超過12.5%即認為所述三相電壓是處於不平衡狀態，反之則認為所述三相電壓不是處於不平衡狀；如果為是，則所述輸出控制單元3將輸出控制信號，觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘，以斷開負載電源。
[0053]進一步，如果所述中央處理單元2判斷換算後的零線電流是不為0，則該控制方法將返回至步驟Si，繼續通過信號採集單元I對零線電流和三相相電壓進行採集。
[0054]進一步，如果所述中央處理單元2判斷換算後的三相電壓是處於平衡狀態，即所述三相相電壓之間不存在電壓偏差，則該控制方法也將返回至步驟Si，繼續通過信號採集單元I對零線電流和三相相電壓進行採集。
[0055]採用本實用新型提供的零線斷線檢測控制裝置及控制方法，具有如下有益效果:能夠對三相不平衡情況下零線電流進行有效檢測和準確判斷，做出相應保護措施，即通過智能化的技術手段及設備對低壓配電線路提供分布式監測與保護，提升了用電可靠性和用戶滿意度，減少經濟糾紛和經濟損失，同時減少了電力檢修人員排查故障的難度，具有非常重要的意義。
[0056]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種零線斷線檢測控制器，其特徵在於，包括信號採集單元、中央處理單元、輸出控制單元和電源單元；其中， 所述信號採集單元，對零線電流和三相相電壓進行採集； 所述中央處理單元，對採集的所述零線電流和三相相電壓進行轉換計算，以判斷零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述中央處理單兀將輸出一觸發信號； 所述輸出控制單元，接收所述中央處理單元輸出的觸發信號並產生一控制信號，以觸發用戶端負載連接的開關自動跳閘； 所述電源單元，給所述信號採集單元、中央處理單元和輸出控制單元提供恆定的工作電源。
2.如權利要求1所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述信號採集單元包括信號檢測模塊和信號處理模塊，所述信號檢測模塊包括電流檢測模塊和電壓檢測模塊，所述信號處理模塊包括電流放大模塊和電壓取樣模塊；其中， 所述電流檢測模塊，對所述零線的電流信號進行感應檢測； 所述電壓檢測模塊，對所述三相電的相電壓信號進行感應檢測； 所述電流放大模塊，對感應檢測的零線電流信號進行放大整形； 所述電壓取樣模塊，對感應檢測的三相電的相電壓信號進行取樣。
3.如權利要求2所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述電流檢測模塊為電流傳感器，所述電壓檢測模塊為電壓互感器。
4.如權利要求1所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述中央處理單元包括A/D轉換模塊和計算處理模塊，所述A/D轉換模塊對採集的零線電流和三相相電壓進行模數轉換，所述計算處理模塊將採集的所述零線電流換算成0-100安培的電流顯示值，將採集的所述三相相電壓換算成0-220伏的電壓顯示值，並根據換算後的電流值和電壓值判斷採集的所述零線電流和三相電壓不平衡狀態是否符合預設零線斷線的電氣特徵，如果為是則所述計算處理模塊將輸出一觸發信號。
5.如權利要求4所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述中央處理單元選用宏晶公司的STC系列單片機或微晶公司的PIC系列單片機。
6.如權利要求1所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述輸出控制單元為繼電器。
7.如權利要求1所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述電源單元提供的電源從三相線中的任一相線和零線引出，經線性變壓器和穩壓器後獲得。
8.如權利要求1所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述零線斷線檢測控制器還包括根據所述中央處理單元的判斷結果，給出當前供電正常或供電異常的信息提示單元。
9.如權利要求1-8中任一項所述的零線斷線檢測控制器，其特徵在於，所述零線斷線檢測控制器還包括根據所述中央處理單元的轉換計算結果，輪流顯示當前的各相相電壓和零線電流值的信號顯示單元。
【文檔編號】G01R19/25GK204214977SQ201420533748
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】王曉川, 馮德倫, 李博, 葉笛, 楊孟, 魏林, 王尉 申請人:國家電網公司, 國網重慶市電力公司南岸供電分公司