CN109613386A - 三相电源进线零线错接的检测方法及装置、自动转换开关 - Google Patents

三相电源进线零线错接的检测方法及装置、自动转换开关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相电源进线零线错接的检测方法，包括以下步骤：步骤1、对电源的三路相电压进行检测，并利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；步骤2、对所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差进行修正，以得到该过零时间差/相位差的修正值；步骤3、判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接。本发明还公开了一种三相电源进线零线错接的检测装置及一种自动转换开关。本发明可以极低成本实现对三相电源进线零线错接情况的及时准确检测。

Description

三相电源进线零线错接的检测方法及装置、自动转换开关
技术领域
本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种三相电源进线零线错接的检测方法。
背景技术
为了保证供配电系统的供电可靠性，如医院、酒店、数据中心等重要场合均要求配备双电源(或多路电源)自动转换开关。在实际使用过程中，常用或备用电源的进线电源接线时，出现有零线错接为其它相相线的情况，这种情况一方面造成自动转换开关输出电源电压异常，影响负载设备的正常运行，另一方面造成自动转换开关控制器辅助电源本应通相电压而误通线电压而烧毁损坏，造成很大的经济损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种三相电源进线零线错接的检测方法，可以极低成本实现对三相电源进线零线错接情况的及时准确检测。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
三相电源进线零线错接的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、对电源的三路相电压进行检测，并利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
步骤2、判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
步骤3、判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
三相电源进线零线错接的检测装置，包括：
相电压检测电路，用于对电源的三路相电压进行检测；
过零检测模块，用于利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
测量值修正模块，用于判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
判定模块，用于判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
作为其中一个优选方案，所述相电压检测电路包括第一～第九电阻及第一～第三电压互感器，第一～第三电压互感器的初级第一端分别连接三相电源的零线，第一～第三电压互感器的初级第二端分别通过第一～第三电阻与三相电源的三条相线一一对应连接，第一～第三电压互感器的初级第一端的次级同名端分别通过第七～第九电阻连接基准电压，并分别通过第四～第六电阻与自身的次级另一端连接。
作为其中又一个优选方案，所述相电压检测电路包括第一～第三电压互感器、第一～第三整流电路、第一～第三电阻，第一～第三电压互感器的初级一端分别连接三相电源的零线，第一～第三电压互感器的初级另一端分别与三相电源的三条相线一一对应连接，第一～第三电压互感器的次级分别连接第一～第三整流电路输入端，第一～第三整流电路的正输出端分别通过第一～第三电阻接地，第一～第三整流电路的负输出端直接接地。
进一步地，该装置还包括用于在判定进线零线错接时进行报警的报警模块。
一种自动转换开关，包括至少一个如上任一技术方案所述三相电源进线零线错接的检测装置。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明技术方案简单易行，实现成本低，尤其是对于自动转换开关，不需要增加任何新的硬件，只需要对软件部分稍作调整即可实现，进而有效提高系统整体的安全可靠性。
附图说明
图1为第一个具体实施例的相电压检测电路图(正确接线)；
图2为第一个具体实施例的相电压检测电路的采样电压波形(正确接线，相序为A、B、C、N)；
图3为第一个具体实施例的相电压检测电路图(N相与B相错接)；
图4为第一个具体实施例的相电压检测电路的采样电压波形(零线错接，相序为A、N、C、B)；
图5为本发明检测方法的具体实现算法流程图；
图6为第二个具体实施例的相电压检测电路图(正确接线)；
图7为第二个具体实施例的相电压检测电路的采样电压波形(正确接线，相序为A、B、C、N)；
图8为第二个具体实施例的相电压检测电路图(N相与B相错接)；
图9为第二个具体实施例的相电压检测电路的采样电压波形(零线错接，相序为A、N、C、B)。
具体实施方式
针对三相电源进线零线错接的检测问题，本发明的解决思路是利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差，并根据所获取的过零时间差/相位差判定进线零线是否错接。
过零鉴相法是一种通过检测两列波形的过零点位置来得到两列波形的过零时间差，进而获得其相位差的技术。但由于过零鉴相法需要很高的采样频率，并且对于谐波、直流偏置、噪声等过于敏感，因此并未在相位测量中得到广泛应用。而本发明只是要对零线是否接错进行定性判定，并不需要相位的准确测量，并且本发明所针对的自动转换开关这样的主要应用场合均具有相电压检测电路、A/D采样电路和微处理器，因此正好利用这种简单技术。
具体而言，本发明三相电源进线零线错接的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、对电源的三路相电压进行检测，并利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
步骤2、判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
步骤3、判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
本发明三相电源进线零线错接的检测装置，包括：
相电压检测电路，用于对电源的三路相电压进行检测；
过零检测模块，用于利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
测量值修正模块，用于判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
判定模块，用于判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
其中，所述相电压检测电路可以带有整流电路，也可以不带整流电路。为了便于公众理解，下面通过两个具体实施例并结合附图来对这两种情况分别进行详细说明：
第一个实施例的相电压检测电路如图1所示，三相四线制电源接线顺序正确。该相电压检测电路包括电压互感器T1、T2、T3，限流电阻R1、R2、R3，负载电阻R4、R5、R6，限流电阻R7、R8、R9。电压互感器T1、T2、T3的初级第一端分别经电阻R1、R2、R3接A相、B相、C相，电压互感器T1、T2、T3的初级另一端连在一起接N相；电压互感器T1、T2、T3的初级第一端的次级同名端分别接微处理器的A/D输入口，电压互感器T1、T2、T3的次级另一端分别经电阻R7、R8、R9接REF0，REF0为抬升基准电压，降压后的输出电压UAN、UBN、UCN分别连接至微处理器的A/D输入口。电压互感器T1的次级两输出端接电阻R4，电压互感器T2的次级两输出端接电阻R5，电压互感器T3的次级两输出端接电阻R6。
图2显示了图1电路的采样电压波形图(相序为A、B、C、N)，微处理器采集三相电压检测信号UAN、UBN、UCN的波形数据，并计算出各相电压检测信号的正向过零时刻R、S、T(电压从小于REF0至大于REF0区间的等于REF0时刻，当然也可以采用负向过零时刻)，以A相正过零时刻R为计时起始时刻开始计时，至B相正过零时刻S计算间隔时间t1、C相正过零时刻T计算间隔时间t2，根据t1和t2计算B相正过零时刻S和C相正过零时刻T的间隔时间t3(t3＝∣t2-t1∣)间隔时间对应三相电压检测信号之间的相位差，间隔时间t1对应A相与B相过零点之间的相位差间隔时间t2对应A相与C相过零点之间的相位差间隔时间t3对应B相与C相过零点之间的相位差为便于说明，下文中的相位差采用度作为单位， 其中t1、t2、t3的单位为毫秒，QT为相电压检测信号周期(本实施例中其与电网电压的周期相同，因此Q的值为1)，单位为毫秒。在三相接线正确的情况下，为120°，为120°，为240°，(本实施例中的第一相位差阈值)，对进行修正，用360°减去240°，修正后的等于120°，因此，均大于90°(本实施例中的第二相位差阈值)，不满足零线错接判别条件，零线连接正确。
当三相电压相序接错时，以错接为A、N、C、B为例进行说明，如图3所示，原UAN电压变为UAB、UBN电压变为UNB、UCN电压变为UCB，微处理器采集的三相电压检测信号波形变为UAB、UNB、UCB，如图4所示，微处理器采集各相正过零时刻及各相正过零时刻见间隔时间的方法不变，所获得的间隔时间t1＝18.33ms，t2＝16.67ms，t3＝1.67ms， 经修正 为300°，经修正 为30°，因为都小于第二相位差阈值(90°)所以，存在零线错接；同理进行其它可能的零线错接,分析发现，每两相之间的相位差仅会出现两种值：30°和60°。因此，当检测到的至少一个相位差小于90°(本实施例中的第二相位差阈值)时，就可判断为零线错接。具体实现算法流程如图5所示。本实施例中，选择第一阈值为180°(阈值范围是120°～240°)，第二阈值为90°(阈值范围是60°～120°)。
本实施例中采用了相位差进行判定，实际上也完全可以将相位差改为过零时间差来等效，仅需将本说明书中的改为过零时间差t1、t2、t3即可，无需转换，当tˊ大于T/2时，将t修正为t＝T-tˊ即可，对应的第一过零时间差阈值为T/2，第二过零时间差阈值为T/4。
第二个实施例的相电压检测电路如图6所示。三相四线制电源接线顺序正确，相电压检测电路包括电压互感器1T1、1T2、1T3，桥堆B1、B2、B3，负载电阻1R1、1R2、1R3，负载电阻上的二次输出电压UAN、UBN、UCN分别连接至微处理器的A/D输入口。
图7显示了图6的相电压检测电路的采样电压波形(正确接线，相序为A、B、C、N)，微处理器采集三相电压检测信号UAN、UBN、UCN的波形数据，并计算出各相电压检测信号的过零时刻R、S、T(电压从小于过零判断阀值至大于过零判断阀值的时刻)，以A相过零时刻R为计时起始时刻开始计时，至B相过零时刻S计算间隔时间t1、C相过零时刻T计算间隔时间t2，根据t1和t2计算B相过零时刻S和C相过零时刻T的间隔时间t3(t3＝t2-t1)，间隔时间对应三相之间的相位差，间隔时间t1对应A相与B相过零点之间的相位差间隔时间t2对应A相与C相过零点之间的相位差间隔时间t3对应B相与C相过零点之间的相位差 其中t1、t2、t3的单位为毫秒，QT为相电压检测信号周期(本实施例中其为电网电压周期T的一半，因此Q的值为1/2)，单位为毫秒。在三相接线正确的情况下，为120°，经修正 为120°，经修正 为-60°(即C相超前A相60°)，对相位差取绝对值，
当三相电压相序接错时，以错接为A、N、C、B为例进行说明，如图8所示，原UAN电压变为UAB、UBN电压变为UNB、UCN电压变为UCB，微处理器采集的三相电压检测信号波形变为UAB、UNB、UCB，如图9所示，微处理器采集各相正过零时刻及各相正过零时刻见间隔时间的方法不变，所获得的间隔时间t1＝8.33ms，t2＝6.67ms，t3＝-1.67ms，对应的为150°，为120°，为-30°(即C相超前A相30°)，相位差取绝对值。为便于微处理器的计算，当微处理器计算得到的相位差大于90°(即本实施例的第一相位差阈值)时进行修正，修正方法为：修正后相位差＝180°-原相位差。因此， 实际上，无论零线如何错接，仅会出现两种值：30°和60°。因此，当中有一个小于45°(即本实施例的第二相位差阈值)时即说明存在N相错接。本实施例中，选择第一阈值为90°(阈值范围是60°～120°)，第二阈值为45°(阈值范围是30°～60°)。
同样的，可以将相位差改为过零时间差来等效，仅需将上述改为过零时间差t1、t2、t3即可，无需转换，当tˊ大于T/4时，将t修正为t＝T/2-tˊ即可，对应的第一过零时间差阈值为T/4，第二过零时间差阈值为T/8。
根据以上分析可知，以上技术方案中的第一、第二过零时间差阈值/相位差阈值可以在一定范围内任意取值，并不会影响最终的判定准确性，即所述第一过零时间差阈值的取值范围优选为所述第一相位差阈值优选为所述第二过零时间差阈值的取值范围优选为所述第二相位差阈值的取值范围优选为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值。
本发明监测装置应用在双电源自动转换开关时，常用电源接常用电压检测电路，备用电源接备用电压检测电路。当常用电源供电时，微处理器通过常用电压采样电路获取常用电源信号，用以判断三相四线制电源接线顺序是否接错，也就是零线是否错接。当备用电源供电时，微处理器通过备用电压采样电路获取备用电源信号，用以判断三相四线制电源接线顺序是否接错，也就是零线是否错接。

Claims (6)

1.三相电源进线零线错接的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对电源的三路相电压进行检测，并利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
步骤2、判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
步骤3、判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
2.三相电源进线零线错接的检测装置，其特征在于，包括：
相电压检测电路，用于对电源的三路相电压进行检测；
过零检测模块，用于利用过零鉴相法获取三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差；
测量值修正模块，用于判断所述三路相电压检测信号两两之间的过零时间差/相位差是否大于预设的第一过零时间差阈值/第一相位差阈值，如是，则用Q T/2Qπ减去该过零时间差/相位差，并以所得结果作为该过零时间差/相位差的测量值，如否，则直接以该过零时间差/相位差作为其测量值；所述第一过零时间差阈值的取值范围为所述第一相位差阈值为其中，T为电源周期，Q为电源进线零线正确连接情况下的相电压检测信号周期与电源周期T的比值；
判定模块，用于判断所得到的三个过零时间差/相位差的测量值是否均不小于第二过零时间差阈值/第二相位差阈值，如否，则判定进线零线错接；所述第二过零时间差阈值的取值范围为所述第二相位差阈值的取值范围为
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述相电压检测电路包括第一～第九电阻及第一～第三电压互感器，第一～第三电压互感器的初级第一端分别连接三相电源的零线，第一～第三电压互感器的初级第二端分别通过第一～第三电阻与三相电源的三条相线一一对应连接，第一～第三电压互感器的初级第一端的次级同名端分别通过第七～第九电阻连接基准电压，并分别通过第四～第六电阻与自身的次级另一端连接。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述相电压检测电路包括第一～第三电压互感器、第一～第三整流电路、第一～第三电阻，第一～第三电压互感器的初级一端分别连接三相电源的零线，第一～第三电压互感器的初级另一端分别与三相电源的三条相线一一对应连接，第一～第三电压互感器的次级分别连接第一～第三整流电路输入端，第一～第三整流电路的正输出端分别通过第一～第三电阻接地，第一～第三整流电路的负输出端直接接地。
5.如权利要求2所述装置，其特征在于，该装置还包括用于在判定进线零线错接时进行报警的报警模块。
6.一种自动转换开关，其特征在于，包括至少一个如权利要求2～5所述三相电源进线零线错接的检测装置。
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