CN113009380A - 基于电能表的中性线断线故障检测方法及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电能表的中性线断线故障检测方法，通过计算电能表的三相电压中两两相电压之间电压夹角值以及各电压夹角值相对120°夹角的偏差值是否大于预设偏差阈值来初步确定该电能表是否疑似出现中性线断线故障，一旦任一所述电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值且判定为疑似出现中性线断线故障的统计次数超过预设次数阈值时，就判定该电能表所接的中性线出现了断线故障，从而利用发电机所产生的任意两相电压之间的原始夹角均为120°的本质特性来检测中性线断线故障，提高了中性线断线故障检测准确度和效率。

Description

基于电能表的中性线断线故障检测方法及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种基于电能表的中性线断线故障检测方法及可读存储介质。
背景技术
在当前的低压配电系统中，广泛地采用三相四线制或者三相五线制的供电系统，该类供电系统中的中性线(即零线)为负载侧提供零电位，以维持供电系统内三相电压的稳定。如果供电系统中的三相负载完全对称，那么在中性线出现断线故障后，供电系统的三相电压不会发生变化。
但是，在供电系统中的三相负载出现不对称时，一旦中性线出现了断线故障，断线故障点后端的负载侧就会出现过电压的现象，而且中性线还会带电，甚至会烧毁用电器，引起触电事故。
因此，如何对供电系统中的中性线断线故障做出准确检测，是确保供电系统正常安全运行的重要条件。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种基于电能表的中性线断线故障检测方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种可读存储介质。该可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于电能表的中性线断线故障检测方法。
本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：基于电能表的中性线断线故障检测方法，适用于三相四线制的供电系统，其特征在于，包括如下步骤1～步骤8：
步骤1，电能表按照预设检测频率对中性线做断线故障检测；
步骤2，获取电能表的三相电压有效值；其中，电能表的A相电压有效值标记为UA，电能表的B相电压有效值标记为UB，电能表的C相电压有效值标记为UC；
步骤3，分别计算电能表的三相电压中两两相电压之间的电压夹角值；其中，电能表的A相电压与B相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000021
电能表的A相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000022
电能表的B相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000023
步骤4，根据计算得到的各电压夹角值做出判断处理：
当任一电压夹角值大于预设夹角阈值时，将该任一电压夹角值减去预设角度值，然后转入步骤5；否则，不予做任何处理；其中，预设夹角阈值标记为
Figure BDA0002877428590000024
预设角度值标记为θ；
步骤5，分别计算最新的各电压夹角值相对120°夹角的偏差值；其中，电压夹角值
Figure BDA0002877428590000025
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA0002877428590000026
Figure BDA0002877428590000027
电压夹角值
Figure BDA0002877428590000028
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA0002877428590000029
Figure BDA00028774285900000210
电压夹角值
Figure BDA00028774285900000211
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA00028774285900000212
Figure BDA00028774285900000213
步骤6，根据电能表的各三相电压做出判断处理：
当任意两相电压均大于预设的电压阈值时，且该任意两相电压之间的电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值时，判定该电能表出现疑似中性线断线故障，转入步骤7；否则，判定该电能表未出现疑似中性线断线故障，转入步骤8；其中，预设的电压阈值标记为Uth，预设偏差阈值标记为
Figure BDA00028774285900000214
步骤7，电能表对提前设置的针对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间加W秒，以及电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第一预设时间阈值T1时，判定该电能表出现中性线断线故障；否则，转入步骤1；其中，W>0，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s；
步骤8，电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间加W秒，以及电能表对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当判定电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第二预设时间阈值T2时，判定该电能表未出现中性线断线故障或者该电能表的中性线断线故障已经结束，转入步骤1；否则，转入步骤1；其中，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s。
改进地，所述基于电能表的中性线断线故障检测方法还包括：将该电能表出现中性线断线故障的判定结果发送给主站做处理。
优选地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，所述预设检测频率为1次/秒。
改进地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，步骤4中的所述预设夹角阈值
Figure BDA0002877428590000031
再改进，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，步骤4中的预设角度值θ＝120°。
进一步地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，步骤6中预设的电压阈值Uth＝k·Un，k∈(0,1)，Un为预设的电能表所处供电系统的标准电压值。
再进一步地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，步骤6中的所述预设偏差阈值
Figure BDA0002877428590000032
改进地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，所述第一预设时间阈值T1与所述第二预设时间阈值T2等值。
优选地，在所述基于电能表的中性线断线故障检测方法中，所述第一预设时间阈值T1与所述第二预设时间阈值T2均为5s。
本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现任一项所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在与电能表相连接的三相相电压中，任意两相电压之间夹角均由发电机的特性决定，即在发电机给电力系统的正常供电情况下，电力系统中的电能表检测到的任意两相电压之间夹角均为120°。该发明的中性线断线故障检测方法，通过计算电能表的三相电压中两两相电压之间电压夹角值以及各电压夹角值相对120°夹角的偏差值是否大于预设偏差阈值来初步确定该电能表是否疑似出现中性线断线故障，一旦任一所述电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值且判定为疑似出现中性线断线故障的持续时间超过对应的预设时间阈值时，就判定该电能表所接的中性线出现了断线故障，从而利用发电机所产生的任意两相电压之间的原始夹角均为120°的本质特性来检测中性线断线故障，提高了中性线断线故障检测准确度和效率。
附图说明
图1为本发明实施例中基于电能表的中性线断线故障检测方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例提供一种基于电能表的中性线断线故障检测方法，适用于三相四线制的供电系统。具体地，参见图1所示，该基于电能表的中性线断线故障检测方法包括如下步骤1～步骤8：
步骤1，电能表按照预设检测频率对中性线做断线故障检测；其中，在该实施例中，此处的预设检测频率为1次/秒；
步骤2，获取电能表的三相电压有效值；其中，电能表的A相电压有效值标记为UA，电能表的B相电压有效值标记为UB，电能表的C相电压有效值标记为UC；
步骤3，分别计算电能表的三相电压中两两相电压之间的电压夹角值；其中，电能表的A相电压与B相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000041
电能表的A相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000042
电能表的B相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure BDA0002877428590000043
步骤4，根据计算得到的各电压夹角值做出判断处理：
当任一电压夹角值大于预设夹角阈值时，将该任一电压夹角值减去预设角度值，然后转入步骤5；否则，不予做任何处理；其中，预设夹角阈值标记为
Figure BDA0002877428590000044
预设角度值标记为θ；在该实施例中，预设夹角阈值
Figure BDA0002877428590000045
预设角度值θ＝120°；
例如，假设电压夹角值
Figure BDA0002877428590000046
大于预设夹角阈值
Figure BDA0002877428590000047
即
Figure BDA0002877428590000048
那么就将该电压夹角值
Figure BDA0002877428590000049
减去预设角度值θ，即
Figure BDA00028774285900000410
然后此时将角度值
Figure BDA00028774285900000411
作为电能表的A相电压与C相电压之间的最新电压夹角值
Figure BDA00028774285900000412
即
Figure BDA00028774285900000413
然后转入到步骤5中；
步骤5，分别计算最新的各电压夹角值相对120°夹角的偏差值；其中，电压夹角值
Figure BDA00028774285900000414
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA00028774285900000415
Figure BDA00028774285900000416
电压夹角值
Figure BDA00028774285900000417
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA00028774285900000418
Figure BDA00028774285900000419
电压夹角值
Figure BDA00028774285900000420
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure BDA00028774285900000421
Figure BDA00028774285900000422
步骤6，根据电能表的各三相电压做出判断处理：
当任意两相电压均大于预设的电压阈值时，且该任意两相电压之间的电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值时，判定该电能表出现疑似中性线断线故障，转入步骤7；否则，判定该电能表未出现疑似中性线断线故障，转入步骤8；其中，预设的电压阈值标记为Uth，预设偏差阈值标记为
Figure BDA0002877428590000051
其中，在该实施例中，此处的预设偏差阈值
Figure BDA0002877428590000052
预设的电压阈值Uth＝k·Un，k∈(0,1)，Un为预设的该电能表所处供电系统的标准电压值；
步骤7，电能表对提前设置的针对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间加1s，以及电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第一预设时间阈值T1时，电能表判断疑似断线持续了一定时间，此时就确定发生断线故障，判定该电能表出现中性线断线故障；否则，转入步骤1；其中，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间t1的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间t2的初始值为0s；
步骤8，电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间加1s，以及电能表对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当判定电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第二预设时间阈值T2时，判定该电能表未出现中性线断线故障或者该电能表的中性线断线故障已经结束，转入步骤1；否则，转入步骤1。其中，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s。在该实施例中，第一预设时间阈值T1与第二预设时间阈值T2等值。例如，此处可以设置为T1＝T2＝5s。
在与电能表相连接的三相相电压中，任意两相电压之间夹角均由发电机的特性决定，即在发电机给电力系统的正常供电情况下，电力系统中的电能表检测到的任意两相电压之间夹角均为120°。该实施例的中性线断线故障检测方法，通过计算电能表的三相电压中两两相电压之间电压夹角值以及各电压夹角值相对120°夹角的偏差值是否大于预设偏差阈值来初步确定该电能表是否疑似出现中性线断线故障，一旦任一所述电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值且判定为疑似出现中性线断线故障的统计次数超过预设次数阈值时，就判定该电能表所接的中性线出现了断线故障，从而利用发电机所产生的任意两相电压之间的原始夹角均为120°的本质特性来检测中性线断线故障，提高了中性线断线故障检测准确度和效率。
考虑到针对电力系统的维修以及保证其正常运行的需要，还可以将该电能表出现中性线断线故障的判定结果发送给主站做处理。
另外，该实施例还提供了一种可读存储介质。具体地，该可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于电能表的中性线断线故障检测方法。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于电能表的中性线断线故障检测方法，适用于三相四线制的供电系统，其特征在于，包括如下步骤1～步骤8：
步骤1，电能表按照预设检测频率对中性线做断线故障检测；
步骤2，获取电能表的三相电压有效值；其中，电能表的A相电压有效值标记为UA，电能表的B相电压有效值标记为UB，电能表的C相电压有效值标记为UC；
步骤3，分别计算电能表的三相电压中两两相电压之间的电压夹角值；其中，电能表的A相电压与B相电压之间的电压夹角值标记为
Figure FDA0002877428580000011
电能表的A相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure FDA0002877428580000012
电能表的B相电压与C相电压之间的电压夹角值标记为
Figure FDA0002877428580000013
步骤4，根据计算得到的各电压夹角值做出判断处理：
当任一电压夹角值大于预设夹角阈值时，将该任一电压夹角值减去预设角度值，然后转入步骤5；否则，不予做任何处理；其中，预设夹角阈值标记为
Figure FDA0002877428580000014
预设角度值标记为θ；
步骤5，分别计算最新的各电压夹角值相对120°夹角的偏差值；其中，电压夹角值
Figure FDA0002877428580000015
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure FDA00028774285800000112
Figure FDA0002877428580000016
电压夹角值
Figure FDA0002877428580000017
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure FDA00028774285800000113
Figure FDA0002877428580000018
电压夹角值
Figure FDA0002877428580000019
相对120°夹角的偏差值标记为
Figure FDA00028774285800000114
Figure FDA00028774285800000110
步骤6，根据电能表的各三相电压做出判断处理：
当任意两相电压均大于预设的电压阈值时，且该任意两相电压之间的电压夹角值相对120°夹角的偏差值大于预设偏差阈值时，判定该电能表出现疑似中性线断线故障，转入步骤7；否则，判定该电能表未出现疑似中性线断线故障，转入步骤8；其中，预设的电压阈值标记为Uth，预设偏差阈值标记为
Figure FDA00028774285800000111
步骤7，电能表对提前设置的针对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间加W秒，以及电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第一预设时间阈值T1时，判定该电能表出现中性线断线故障；否则，转入步骤1；其中，W>0，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s；
步骤8，电能表对提前设置的针对自身未出现疑似中性线断线故障的持续时间加W秒，以及电能表对自身出现疑似中性线断线故障的持续时间清零，且根据持续时间做出判断处理：
当电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间大于第二预设时间阈值T2时，判定该电能表未出现中性线断线故障或者该电能表的中性线断线故障已经结束，转入步骤1；否则，转入步骤1；其中，提前设置的针对电能表出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s，提前设置的针对电能表未出现疑似中性线断线故障的持续时间的初始值为0s。
2.根据权利要求1所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，还包括：将该电能表出现中性线断线故障的判定结果发送给主站做处理。
3.根据权利要求1所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，预设检测频率为1次/秒。
4.根据权利要求1所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，步骤4中的所述预设夹角阈值
Figure FDA0002877428580000021
5.根据权利要求4所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，步骤4中的预设角度值θ＝120°。
6.根据权利要求5所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，步骤6中预设的电压阈值Uth＝k·Un，k∈(0,1)，Un为预设的电能表所处供电系统的标准电压值。
7.根据权利要求6所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，步骤6中的所述预设偏差阈值
Figure FDA0002877428580000022
8.根据权利要求1～7任一项所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，所述第一预设时间阈值T1与所述第二预设时间阈值T2等值。
9.根据权利要求8所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法，其特征在于，所述第一预设时间阈值T1与所述第二预设时间阈值T2均为5s。
10.可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～9中任一项所述的基于电能表的中性线断线故障检测方法。
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