CN117761579A - 用于检测电气设备的线路状态的方法和电压监测设备 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及一种用于检测电气设备的线路状态的方法，电气设备连接在三相四线的供电电路中，并且包括分别连接在相线线路中的相端子以及连接在中性线线路中的中性端子，方法包括：检测相端子中的至少一个相端子处以及中性端子处的电压信号；基于电压信号，确定至少一个相端子与中性端子之间的相电压；以及基于相电压的至少一个周期内的电压平均值以及与相电压关联的参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态。以这样的方式，通过电压平均值以及与相电压关联的参考值，能够消除不同的电压的影响，使得断线检测更加准确。

Description

用于检测电气设备的线路状态的方法和电压监测设备

技术领域

本公开的实施例总体上涉及电气领域，更具体地涉及一种用于检测电气设备的线路状态的方法和电压监测设备。

背景技术

在电气领域中，应用有各种样式的电压监测设备。电压监测设备通常用于三相四线供电电路中，以检测每个相线以及中性线中的电压。然而，当电压检测设备的连线异常时，例如出现断线故障时，电压监测设备所确定出的电压是不准确的。因此，一些电压监测设备还具备通过监测到的线路中的电压来执行断线检测的功能。

发明内容

本公开的实施例提供了一种检测电气设备的线路状态的方案，旨在至少能够克服现有技术中的检测电气设备的线路状态时所存在的问题。

本公开的第一方面涉及一种用于检测电气设备的线路状态的方法。该电气设备连接在三相四线的供电电路中，并且包括分别连接在相线线路中的相端子以及连接在中性线线路中的中性端子。方法包括获取在相端子中的至少一个相端子处以及中性端子处检测的电压信号。该方法还包括基于电压信号，确定至少一个相端子与中性端子之间的相电压。该方法还包括基于相电压的至少一个周期内的电压平均值以及与相电压关联的参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态。

根据本公开的实施例，不同的供电电路可以具有不同的电压等级，并且电气设备在不同电压等级的供电电路中的电压也不同。通过电压平均值以及与相电压关联的参考值，能够消除不同的电压的影响，使得断线检测更加准确，并且能够适用于更大范围的电压等级供电电路中。

在一些实施例中，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态包括：基于相电压的电压平均值以及与相电压关联的参考值计算一特征值；比较特征值与预定断线阈值；以及基于特征值与预定断线阈值的比较结果，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态。在这样的实施例中，能够基于电压平均值与参考值计算一个与供电电路的电压无关的特征值，通过特征值与预定的断线阈值的比较，能够确定线路的连接状态。

在一些实施例中，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态还包括：响应于确定特征值大于预定断线阈值中的第一断线阈值，确定中性端子所在的线路断线。通常，电压平均值在正常状态下是所检测的电压信号的最大值与最小值的中值。然而在中性线断线的情况中，电压平均值在中值与最大值之间。相对地，在相线断线的情况中，电压平均值在中值与最小值之间。因此，在这样的实施例中，会选择一个大于中值的值和一个小于中值的值作为第一断线阈值和第二断线阈值。通过判断所计算的特征值与预定断线阈值中的第一断线阈值，能够确定中性线是否断线。

在一些实施例中，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态还包括：响应于确定特征值小于第一断线阈值，比较特征值与预定断线阈值中的第二断线阈值，其中第二断线阈值小于第一断线阈值；以及响应于确定特征值小于第二断线阈值，确定与相电压对应的至少一个相端子所在的线路断线。在这样的实施例中，如上所述讨论的，当确定特征值小于较大的第一断线阈值时，确定中性线没有断，则将特征值与较小的第二断线阈值，当特征值小于第二断线阈值时，则可以确定相线断线。

在一些实施例中，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态还包括：响应于确定特征值小于第一断线阈值，比较特征值与预定断线阈值中的第二断线阈值，其中第二断线阈值小于第一断线阈值；以及响应于确定特征值大于第二断线阈值，确定与相电压对应的至少一个相端子所在线路连接正常。在这样的实施例中，当确定特征值小于较大的第一断线阈值时，确定中性线没有断，则将特征值与较小的第二断线阈值，当确定特征值大于第二断线阈值小于第一断线阈值，则可以确定线路连接正常。

在一些实施例中，参考值为相电压的至少一个周期内的最大值或有效值；并且特征值为相电压的电压平均值与参考值的比值。在这样的实施例中，通常相电压的最大值或有效值也会随着供电电路的电压变化，通过计算电压平均值与参考值的比值能够消除供电电路的电压等级的影响。

在一些实施例中，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态包括：基于相电压的在第一采样周期内的第一电压平均值以及与在第一采样周期内的相电压关联的第一参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的第一连接状态；基于相电压的在第二采样周期内的第二电压平均值以及与在第二采样周期内的相电压关联的第二参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的第二连接状态；比较第一连接状态与第二连接状态；以及响应于第一连接状态与第二连接状态相同，确定与相电压对应的至少一个相端子所在的线路的连接状态。在此，采样周期包括一个或多个电压周期。在这样的实施例中，通过两次确认连接状态，能够更准确地确定电气线路的连接状态。

在一些实施例中，第二采样周期紧接第一采样周期。在一些实施例中，第二采样周期和第一采样周期为175毫秒。在这样的实施例中，能够快速地确定电气线路的连接状态。

在一些实施例中，方法还包括：基于所述连接状态，生成指示信号；以及向所述电气设备的指示装置发送所述指示信号，以使得所述指示装置指示所述连接状态。在这样的实施例中，能够将检测结果呈现给用户，以便用户即使做出对策。

本公开的第二方面提供了一种电压监测设备。该电压监测设备包括：处理器；以及与处理器耦合的存储器，存储器具有存储于其中的指令，指令在被处理器执行时使电压监测设备执行根据本公开第一方面的用于检测电气设备的线路状态的方法。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本公开实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本公开的多个实施例进行说明，其中：

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例系统的示意图；

图2示出了根据本公开的实施例的检测电气设备的线路状态的示例方法的流程图；

图3示出了根据本公开的实施例的确定线路状态的示例方法的流程图；以及

图4示出了可以用于实施本公开的实施例的示例设备的示意性框图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本公开的原理。

如本文所使用的，术语“包括”及其变体将被解读为意指“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”将被解读为“至少基于部分”。术语“一个实施例”和“实施例”应被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同的对象。在下面可能包含其他明确的和隐含的定义。除非上下文另外明确指出，否则术语的定义在整个说明书中是一致的。

如上所述的，一些电压监测设备还具备通过监测到的线路中的电压来执行断线检测的功能。在常规上，基于所检测的电压信号能够还原其正弦波形。所使用的断线检测方法是基于正弦波形正负对称的特征。电压监测设备在不同连接状态下的示例电压值如下表所示。

表1示例电压平均值

从表1中可以看到，在正常工作的情况下，电压在采样时间内的平均值大致为零。然而在中性线断线的情况下电压平均值大于零，而在相线断线中性线没断的情况下电压平均值小于零。

根据表1中的数据，可以选择供电电压50VAC下中性线和一相断线时的电压0.198V与正常工作状态下的0V之间的一个值作为中性线断线阈值，例如选择0.40。相应地，可以选择供电电压50VAC下二相断线时的电压-0.114V与正常工作状态下的0V之间的一个值作为相线断线阈值，例如选择-0.40。之后，通过比较所检测的电压平均值与断线阈值的大小便能够确定线路的连接状态。即，当所检测的电压平均值大于中性线断线阈值时，可以确定中性线断线。当所检测的电压平均值小于相线断线阈值时，可以确定相线断线。然而，在实际中可以遇到各种因素的干扰而使得电压平均值在没哟断线的情况下超过预定的断线阈值，导致断线判断错误。

有鉴于此，本公开的实施例提供了一种用于检测电气设备的线路状态的方案。在本公开的方案中，同时考虑电压平均值以及与相电压关联的参考值，由此能够消除不同电压的影响以及其他因素的干扰，使得断线检测更加准确，并且能够适用于更大范围的电压等级供电电路中。

下面将结合图1至图4，描述根据本公开的一个示例性实施例的插座的结构以及提供安全保护的原理。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例系统100的示意图。如图1所示，电气设备10连接在三相四线的供电电路中。供电电路包括3个相线L1、L2和L3，以及一个中性线N。电气设备10包括分别连接在相线线路中的相端子21、22、23以及连接在中性线线路中的中性端子24。电气设备10还包括控制器11。控制器11与四个端子连接并且可以对来四个端子的采样信号进行处理。例如，在电气设备10为过欠压保护器的情况中，控制器11可以将检测到的采样信号转换为正弦波，再通过针对正弦波的特征进行分析以判断是否需要脱扣以进行电压保护。应理解，控制器11可以是能够被编程以实现期望计算功能的微控制单元，也可以是能够实现逻辑运行功能的逻辑电路。本公开不旨在对此进行限制。

图2示出了根据本公开的实施例的检测电气设备的线路状态的示例方法200的流程图。方法200例如可以由图1中的控制器11来执行。

在202处，控制器11获取在相端子21、22、23中的至少一个相端子处以及中性端子24处检测的电压信号。在端子处检测到的电压信号例如可以是相对地的电压。由于每个端子处的电压信号都是对地的相对电压，因此电压信号可以进行后续的处理和比较。

在204处，控制器11基于电压信号，确定至少一个相端子与中性端子之间的相电压。控制器11例如可以通过计算在每个相端子处检测到的电压信号与中性端子处的相应电压信号的差，来确定两个端子之间的电压差以作为相电压。

在206处，控制器11基于相电压的至少一个周期内的电压平均值以及与相电压关联的参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态。与相电压关联的参考值例如可以是相电压的有效值或者最大值，或者是能够指示相电压大小的相应值。由于最大值和有效值与供电电压有关，因此参考值还可以是供电电压。电路的连接状态的确定方法将在下面参考图3来详细描述。

以这样的方式，不同的供电电路可以具有不同的电压等级，并且电气设备在不同电压等级的供电电路中的电压也不同。通过电压平均值以及与相电压关联的参考值，能够消除不同的电压的影响，使得断线检测更加准确，并且能够适用于更大范围的电压等级供电电路中。

图3示出了根据本公开的实施例的确定线路状态的示例方法300的流程图。方法300例如可以由图1中的控制器11来执行。方法300可以是图2中的步骤206的具体实施方式。

在302处，控制器11基于相电压的电压平均值以及与相电压关联的参考值计算一特征值。在一些实施例中，参考值为相电压的至少一个周期内的最大值或有效值；并且特征值为相电压的电压平均值与参考值的比值。表2示出了在不同供电电压下的不同连接状态下的相电压平均值以及相应的最大值和有效值。

表2示例电压平均值以及特征值

从表2中可以看出，相电压的最大值或有效值也会随着供电电路的电压变化。在同一中连接状态下，电压平均值与最大值或者有效值的比值是基本相等的。因此，通过计算电压平均值与参考值的比值消除了供电电路的电压等级的影响。

在304处，控制器11比较特征值与预定断线阈值。通常，电压平均值在正常状态下是所检测的电压信号的最大值与最小值的中值。如表2所示，电压平均值为0V。然而在中性线断线的情况中，电压平均值在中值与最大值之间。相对地，在相线断线的情况中，电压平均值在中值与最小值之间。因此，根据表2中的实验数据，在以电压平均值与最大值的比值作为特征值的实施例中，可以选择一个大于中值的值，例如0.2来作为第一断线阈值，以及一个小于中值的值，例如-0.2来作为第二断线阈值。相对应地，在以电压平均值与有效值的比值作为特征值的实施例中，可以选择一个大于中值的值，例如0.5来作为第一断线阈值，以及一个小于中值的值，例如-0.5来作为第二断线阈值。通过使断线阈值尽可能接近特征值，能够使状态的确定更加准确。

应理解，前文中所述的阈值“0.2”、“-0.2”、“0.5”以及“-0.5”都是示例性的。阈值的选择可以根据实际电路的测量数据来选择，本公开不旨在对此进行限制。

在306处，控制器11判断特征值是否大于第一断线阈值。如果特征值大于第一断线阈值，方法300前进至308处。在308处，控制器11根据确定特征值大于预定断线阈值中的第一断线阈值的比较结果，确定中性端子所在的线路断线。如果特征值小于第一断线阈值，方法300前进至310处。在310处，控制器11比较特征值与预定断线阈值中的第二断线阈值。

在312处，控制器11判断特征值是否小于第二断线阈值。如果特征值小于第二断线阈值，方法300前进至314处。在314处，控制器11根据特征值小于第二断线阈值的比较结果，确定与相电压对应的至少一个相端子所在的线路断线。如果特征值大于第二断线阈值，方法300前进至316处。此时，特征值被确定为大于第二断线阈值并小于第一断线阈值。在316处，控制器11根据特征值大于第二断线阈值并小于第一断线阈值的比较结果，确定线路连接正常。

以这样的方式，能够利用特征值与两个断线阈值的比较结果来准确地确定每个相线和中性线所在电路的连接状态。

在一些实施例中，为了确定至少一个相端子和中性端子所在线路的连接状态，控制器11可以基于相电压的在第一采样周期内的第一电压平均值以及与在第一采样周期内的相电压关联的第一参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的第一连接状态。之后，控制器11再基于相电压的在第二采样周期内的第二电压平均值以及与在第二采样周期内的相电压关联的第二参考值，确定至少一个相端子和中性端子所在线路的第二连接状态。然后，控制器11比较第一连接状态与第二连接状态，并且在确定第一连接状态与第二连接状态相同时，确定与相电压对应的至少一个相端子所在的线路的连接状态。在这样的实施例中，通过两次确认连接状态，能够更准确地确定电气线路的连接状态。应理解，两次确认仅为示例性的。判断过程可以包括任意次数的判断。在一些实施例中，第一采样周期和第二采样周期可以是连续的，或者部分重叠的。第一采样周期的时长可以与第二采样周期的时长相同，并且都是175ms。

在一些实施例中，控制器11可以基于所确定的连接状态，生成对应的指示信号，并将指示信号发送至电气设备10的指示装置。之后，利用电气设备的指示装置指示所述连接状态。在这样的实施例中，电气设备例如包括指示灯，利用不同的颜色来指示不同的连接状态。

图4示出了可以用于实施本公开的实施例的示例设备400的示意性框图。设备400可以用于实现如图1所示的电压监测设备10。如图4所示，设备400包括作为处理器的中央处理单元(CPU)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序指令或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。例如，在作为存储器的ROM 402、RAM403或存储单元408中存储有在被处理器执行时使设备400执行根据本公开实施例的检测电气设备的线路状态的方法的指令。在RAM 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据。CPU 401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理单元401执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法200或300。例如，在一些实施例中，方法200、300可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由CPU 401执行时，可以执行上文描述的方法200的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法200、300。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种用于检测电气设备的线路状态的方法，所述电气设备连接在三相四线的供电电路中，并且包括分别连接在相线线路中的相端子以及连接在中性线线路中的中性端子，所述方法包括：

获取在所述相端子中的至少一个相端子处以及所述中性端子处检测的电压信号；

基于所述电压信号，确定所述至少一个相端子与所述中性端子之间的相电压；以及

基于所述相电压的至少一个周期内的电压平均值以及与所述相电压关联的参考值，确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态包括：

基于所述相电压的电压平均值以及与所述相电压关联的参考值计算一特征值；

比较所述特征值与预定断线阈值；以及

基于所述特征值与预定断线阈值的比较结果，确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态还包括：

响应于确定所述特征值大于所述预定断线阈值中的第一断线阈值，确定所述中性端子所在的线路断线。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态还包括：

响应于确定所述特征值小于所述第一断线阈值，比较所述特征值与所述预定断线阈值中的第二断线阈值，其中所述第二断线阈值小于所述第一断线阈值；以及

响应于确定所述特征值小于所述第二断线阈值，确定与所述相电压对应的所述至少一个相端子所在的线路断线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态还包括：

响应于确定所述特征值小于所述第一断线阈值，比较所述特征值与所述预定断线阈值中的第二断线阈值，其中所述第二断线阈值小于所述第一断线阈值；以及

响应于确定所述特征值大于所述第二断线阈值，确定与所述相电压对应的所述至少一个相端子所在线路连接正常。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述参考值为所述相电压的至少一个周期内的最大值或有效值；并且

所述特征值为所述相电压的所述电压平均值与所述参考值的比值。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的连接状态包括：

基于所述相电压的在第一采样周期内的第一电压平均值以及与在所述第一采样周期内的所述相电压关联的第一参考值，确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的第一连接状态；

基于所述相电压的在第二采样周期内的第二电压平均值以及与在所述第二采样周期内的所述相电压关联的第二参考值，确定所述至少一个相端子和所述中性端子所在线路的第二连接状态；

比较所述第一连接状态与所述第二连接状态；以及

响应于所述第一连接状态与所述第二连接状态相同，确定与所述相电压对应的所述至少一个相端子所在的线路的连接状态。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二采样周期紧接所述第一采样周期。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述连接状态，生成指示信号；以及

向所述电气设备的指示装置发送所述指示信号，以使得所述指示装置指示所述连接状态。

10.一种电压监测设备，包括：

处理器；以及

与所述处理器耦合的存储器，所述存储器具有存储于其中的指令，所述指令在被处理器执行时使所述电压监测设备执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。