CN105606908B - 三相交流电路缺相故障的检测方法和检测装置 - Google Patents
三相交流电路缺相故障的检测方法和检测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种三相交流电路缺相故障的检测方法。根据采样周期ts，相电压周期T，计算一个相电压周期内的采样个数N。选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，计算所述参考点处的相电压的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值。计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax。按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压进行连续采样，对采样数据分别取绝对值后，与参考值Y比较。若采样数据的绝对值小于等于参考值Y，对应的计数值加1，若采样数据的绝对值大于Y，对应的计数值减少1，且限定计数值的最小值为0。判断各相的计数值是否满足Nx≥k*Nmax，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相。
Description
技术领域
本发明涉及一种三相交流电路缺相故障的检测方法和检测装置。
背景技术
三相交流电路缺相故障检测在电力系统及工业自动化领域有着广泛的应用。电力系统的各种配电及安全保护设备均需具备缺相检测及缺相故障报警的能力；工业自动化领域中的变频器、逆变器等电气设备也需要集成缺相故障检测及故障报警的功能。
三相交流电路的缺相故障检测方法较多，但目前应用中的检测方法大部分为硬件检测，如高阻隔离整流法、双限比较法、相压差比较法等。近年来，随着计算机和数字信号处理技术的不断发展，交流电路缺相故障的检测方法也有向数字化发展的趋势。数字化检测的方法具有硬件成本低、适应性强的优势，对于某些应用场合基于系统原有硬件电路即可完成检测算法，无需额外增加硬件电路。数字检测法中比较典型的为移相检测法。
硬件电路的高阻隔离整流法是目前最为常用的缺相检测方法，其通过电阻与由二极管、稳压管等组成的整流、检测电路相连接，实现隔离及降压整流的目的。根据整流桥交流输入端电阻的不同取值可得到不同的整流电压值，在三相电路正常情况下，该整流电压值为一定值，当发生缺相故障时，该整流值比正常的定值低，通过此电压值的高低给出缺相信号。该检测方法比较简单，应用面比较广，但是整流桥输入侧电阻的阻值整定比较烦琐，交流额定电压改变，该电阻阻值需重新整定，且整流后的电压值比较低，易受干扰，产生误报故障，同时由于检测电路是通过电阻与被检主电路隔离，隔离效果较差，易发生安全隐患。
数字检测法中的移相检测法是利用正常情况下三相电压互差120°的原理，将测量得到的B相电压后延60°，之后与检测得到的A相电压相加；将测量得到的C相电压后延60°，之后与检测得到的B相电压相加。如果系统正常，上述两种相加的结果为零，如果发生缺相，相加的结果不为零，根据相加的结果判断是否发生缺相故障。该测量方法判断比较准确，且克服了硬件检测的安全隐患。但其算法需要分别将测得的两相电压后延60°，这就需要增加锁相环节，造成计算的烦琐，且实时性不高；且该方法严重依赖三相系统的对称性，其局限性比较大，如果三相电路系统存在不对称，该测量方法将失效。
发明内容
针对现有技术在实际应用中存在实现烦琐、存在安全隐患及实时性不高，特别是应用具有局限性等问题，本发明提供一种适用于三相交流电路缺相故障的检测方法和检测装置，采用本发明可以排除实现烦琐、存在安全隐患的缺点，可快速、准确检测到缺相故障，并且对三相电路的对称性没有严格要求，提高了应用的普适性。
为了实现上述目的，本发明的第一技术方案为一种三相交流电路缺相故障的检测方法，其特征在于，对交流电路的各相电压或相电流进行采样，通过对采样数进行计数检测三相交流电路的缺相，其步骤如下，步骤1，根据采样周期ts，相电压或相电流周期T，按照下式(1)计算一个相电压或相电流周期内的采样个数N，
N＝T/ts (1)
步骤2，选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(2)计算所述参考点处的相电压或相电流的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值，
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压或相电流的最大值 (2)
步骤3，根据下式(3)计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，
Nmax＝N*2Δθ/360° (3)
步骤4，按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压或相电流进行连续采样，得到三相交流电压或电流的离散采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)，其中，UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)为各相电压或相电流的在不同时刻的采样值，
步骤5，对采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)分别取绝对值后，与步骤2中的所述参考值Y比较，
步骤6，根据步骤5的比较结果，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，对应相的计数值NA、NB、NC加1，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值大于Y，对应相的计数值NA、NB、NC减少1，且限定计数值NA、NB、NC的最小值为0，
步骤7，判断计数值NA、NB、NC是否满足下式(4)，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相，
Nx≥k*Nmax (4)
其中x代表A、B、C，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数。
第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，所述Δθ取值为5°以下，优选3°。
第三技术方案，基于第一或第二技术方案，其特征在于，所述判断系数k在1至2的范围内选取，优选1.5。
第四技术方案为一种三相交流电路缺相故障的检测装置，其特征在于，对交流电路的各相电压或相电流进行采样，通过对采样数进行计数检测三相交流电路的缺相，包括，采样模块(11)、比较模块(12)、参考值寄存模块(13)、计数模块(14)、缺相判断模块(15)、缺相判断条件寄存模块(16)，
根据采样周期ts，相电压或相电流周期T，按照下式(5)计算一个相电压或相电流周期内的采样个数N，
N＝T/ts (5)
选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(6)计算所述参考点处的相电压或相电流的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值寄存在所述参考值寄存模块(13)中，
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压或相电流的最大值 (6)
根据下式(7)计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，该最大采样数Nmax寄存在所述缺相判断条件寄存模块(16)中，
Nmax＝N*2Δθ/360° (7)
所述采样模块(11)，按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压或相电流进行连续采样，得到三相交流电压或电流的离散采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)，其中，UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)为各相电压或相电流的在不同时刻的采样值，
所述比较模块(12)，对采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)分别取绝对值后，与所述参考值寄存模块(13)中的所述参考值Y比较，
所述计数模块(14)，根据比较模块(12)的比较结果，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，对应相的计数值NA、NB、NC加1，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值大于Y，对应相的计数值NA、NB、NC减少1，且限定计数值NA、NB、NC的最小值为0，
所述缺相判断模块(15)，判断计数值NA、NB、NC是否满足下式(8)，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相，
Nx≥k*Nmax(8)
其中x代表A、B、C，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数。
第五技术方案基于第四技术方案，其特征在于，所述缺相判断模块(15)在判定三相交流电路中有缺相时，发出报警或切断电源。
第六技术方案基于第四或第五技术方案，其特征在于，所述Δθ取值为5°以下，优选3°。
第七技术方案基于第四或第五技术方案，其特征在于，所述判断系数k在1至2的范围内选取，优选1.5。
附图说明
图1为本发明检测方法的原理说明图；
图2为本发明检测装置的具体实施方式的说明图；
图3为本发明检测装置的具体实施方式的方框图。
标号说明
11-采样模块 12-比较模块
13-参考值寄存模块 14-计数模块
15-缺相判断模块 16-缺相判断条件寄存模块
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明进行说明。
首先对本发明的原理进行说明。图1为本发明检测方法的原理说明图。
三相电路每相电压波形如图1所示，为周期正弦波，在0°～360°相角范围内，相电压值在-UN～NN之间变化，且相电压的绝对值的最小值在过零点附近。如果选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，该参考点处相电压值绝对值为Y＝|UN*sinΔθ|，据图1可发现，相电压值绝对值不大于Y的最大连续区域仅在过零点前、后各Δθ，共2Δθ区间内，如图中“180°-Δθ，180°+Δθ”区间。
如果相电压值绝对值不大于Y的连续区域范围超出2Δθ，即可判定缺相故障发生，而不受三相系统对称性的影响。
本发明的检测方法为，
检测交流电路的各相电压，并对其进行采样，通过对采样数进行计数检测三相交流电路的缺相，其步骤如下，
步骤1，根据采样周期ts，相电压或相电流周期T，按照下式(1)计算一个相电压或相电流周期内的采样个数N，
N＝T/ts (1)
步骤2，选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(2)计算所述参考点处的相电压或相电流的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值，Δθ可以根据实际需要确定，考虑到检测准确性与快速性，Δθ一般不超过5°，本实施方式中选取3°。
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压或相电流的最大值 (2)
步骤3，根据下式(3)计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，
Nmax＝N*2Δθ/360° (3)
步骤4，按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压或相电流进行连续采样，得到三相交流电压或电流的离散采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)，其中，UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)为各相电压或相电流的在不同时刻的采样值，
步骤5，对采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)分别取绝对值后，与步骤2中的所述参考值Y比较，
步骤6，根据步骤5的比较结果，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，对应相的计数值NA、NB、NC加1，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值大于Y，对应相的计数值NA、NB、NC减少1，且限定计数值NA、NB、NC的最小值为0，
步骤7，判断计数值NA、NB、NC是否满足下式(4)，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相，
Nx≥k*Nmax (4)
其中x代表A、B、C，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数，可以根据实际需要确定，考虑到检测准确性与快速性，在1至2的范围内选取，本实施方式中选取1.5。
由上可知，用本发明的方法检测三相交流电路的缺相，不仅测量方法准确，没有硬件检测的安全隐患，且需要的运算量很小，对硬件的要求低，实时性高。不受三相电路系统对称性的影响，能广泛适用于各种三相交流的缺相检测。
以下对利用本发明检测方法的检测装置进行说明。
图2为本发明的三相故障检测装置的具体实施方式的说明图。
在本实施方式中，三相故障检测装置用于检测三相PWM整流电路的缺相。
图3为本发明三相故障检测装置的方框图。如图3所示，三相故障检测装置10具有采样模块11、比较模块12、参考值寄存模块13、计数模块14、缺相判断模块15、缺相判断条件寄存模块16。各个模块由计算机软件实现。图3中，仅示出了交流电U相的检测，其余各相均相同，以下以U相为例进行说明。
首先根据采样周期ts，相电压周期T，按照下式(5)计算一个相电压周期内的采样个数N，
N＝T/ts (5)
选取过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(6)计算所述参考点处的相电压的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值寄存在所述参考值寄存模块13中，Δθ一般不超过5°，本实施方式中选取3°。
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压的最大值 (6)
根据下式7计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，该最大采样数Nmax寄存在所述缺相判断条件寄存模块16中，
Nmax＝N*2Δθ/360° (7)
采样模块11，按照采样周期ts，U相电压进行连续采样，得到三相交流电压的离散采样数据UA(Kt)，UA(Kt)为U相电压在不同时刻的采样值。
比较模块12，对采样数据UA(Kt)取绝对值后，与所述参考值寄存模块13中的所述参考值Y比较。
计数模块14，根据比较模块12的比较结果，若UA(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，计数值加1，若UA(Kt)的绝对值大于Y，计数值NA减少1，且限定计数值NA的最小值为0。
缺相判断模块15，判断计数值NA是否满足下式(8)，若满足，判定三相交流电路中U相缺相，
Nx≥k*Nmax (8)
其中x代表A，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数，在1至2的范围内选取，本实施方式中选取1.5。
缺相判断模块15在检测到缺相时，发出报警或切断电源。
由上可知，本发明的检测装置，由于需要的运算量很小，对硬件的要求低，实时性高。不仅没有硬件检测的安全隐患，且不受三相电路系统对称性的影响。除三相PWM整流电路的缺相检测外，还能广泛适用于各种三相交流的缺相检测。
在本发明的具体实施方式中，检测对象为相电压，但也可是相电流。
Claims (7)
1.一种三相交流电路缺相故障的检测方法，其特征在于，对交流电路的各相电压或相电流进行采样，通过对采样数进行计数检测三相交流电路的缺相，其步骤如下，
步骤1，根据采样周期ts，相电压或相电流周期T，按照下式(1)计算一个相电压或相电流周期内的采样个数N，
N＝T/ts (1)
步骤2，选取相电压或相电流过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(2)计算所述参考点处的相电压或相电流的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值，
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压或相电流的最大值(2)
步骤3，根据下式(3)计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，
Nmax＝N*2Δθ/360° (3)
步骤4，按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压或相电流进行连续采样，得到三相交流电压或电流的离散采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)，其中，UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)为各相电压或相电流的在不同时刻的采样值，
步骤5，对采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)分别取绝对值后，与步骤2中的所述参考值Y比较，
步骤6，根据步骤5的比较结果，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，对应相的计数值NA、NB、NC加1，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值大于Y，对应相的计数值NA、NB、NC减少1，且限定计数值NA、NB、NC的最小值为0，
步骤7，判断计数值NA、NB、NC是否满足下式(4)，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相，
Nx≥k*Nmax (4)
其中x代表A、B、C，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数。
2.根据权利要求1记载的一种三相交流电路缺相故障的检测方法，其特征在于，所述Δθ在3°至5°范围内选取。
3.根据权利要求1或2记载的一种三相交流电路缺相故障的检测方法，其特征在于，所述判断系数k在1至2的范围内选取。
4.一种三相交流电路缺相故障的检测装置，其特征在于，对交流电路的各相电压或相电流进行采样，通过对采样数进行计数检测三相交流电路的缺相，包括，采样模块(11)、比较模块(12)、参考值寄存模块(13)、计数模块(14)、缺相判断模块(15)、缺相判断条件寄存模块(16)，
根据采样周期ts，相电压或相电流周期T，按照下式(5)计算一个相电压或相电流周期内的采样个数N，
N＝T/ts (5)
选取相电压或相电流过零点前、后各Δθ的点为参考点，按照下式(6)计算所述参考点处的相电压或相电流的绝对值Y，该绝对值Y作为判断计数的参考值寄存在所述参考值寄存模块(13)中，
Y＝|UN*sinΔθ|其中，UN为相电压或相电流的最大值(6)
根据下式(7)计算在2Δθ区间内的最大采样数Nmax，该最大采样数Nmax寄存在所述缺相判断条件寄存模块(16)中，
Nmax＝N*2Δθ/360° (7)
所述采样模块(11)，按照采样周期ts，对三相交流电路的各相相电压或相电流进行连续采样，得到三相交流电压或电流的离散采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)，其中，UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)为各相电压或相电流的在不同时刻的采样值，
所述比较模块(12)，对采样数据UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)分别取绝对值后，与所述参考值寄存模块(13)中的所述参考值Y比较，
所述计数模块(14)，根据比较模块(12)的比较结果，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值小于等于判断参考值Y，对应相的计数值NA、NB、NC加1，若UA(Kt)、UB(Kt)、UC(Kt)的绝对值大于Y，对应相的计数值NA、NB、NC减少1，且限定计数值NA、NB、NC的最小值为0，
所述缺相判断模块(15)，判断计数值NA、NB、NC是否满足下式(8)，若满足，判定三相交流电路中与该计数值对应的相缺相，
Nx≥k*Nmax (8)
其中x代表A、B、C，Nmax为2Δθ区间内的最大采样数，k为判断系数。
5.根据权利要求4记载的一种三相交流电路缺相故障的检测装置，其特征在于，所述缺相判断模块(15)，在判定三相交流电路中有缺相时，发出报警或切断电源。
6.根据权利要求4或5记载的一种三相交流电路缺相故障的检测装置，其特征在于，所述Δθ在3°至5°范围内选取。
7.根据权利要求4或5记载的一种三相交流电路缺相故障的检测装置，其特征在于，所述判断系数k在1至2的范围内选取。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 No. two, No. 3 Boxing Road, Yizhuang economic and Technological Development Zone, Beijing Applicant after: Beijing Kang Kang Xin Polytron Technologies Inc Address before: 100176 Daxing District Yizhuang Economic Development Zone, Boxing Road No. two, No. 3, No. Applicant before: Beijing Hiconics Drive Technology Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |