一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置及方法，其技术特点是：该装置包括直流电压源、多个断线点定位单元和判据信息采样电阻，第一个断线点定位单元紧挨用户负载，该断线点定位单元与直流电压源、判据信息采样电阻串联并跨接在三相四线制供电电路上；其他断线点定位单元均布安装在供电变压器二次侧出线端与第一个断线点定位单元之间的三相四线制供电电路上；该方法根据测量判据信息采样电阻上的实际电压值，判断是否有中性线断线并确定断线位置。本发明只需要根据判据信息采样电阻上的电压值即可判断出中性线断线与否并且确定断线点所在位置，为故障发生后的快速检修提供很大的方便，具有准确可靠、易于实现、成本低廉等特点。
【专利说明】一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低压系统检测保护【技术领域】，尤其是一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置及方法。
【背景技术】
[0002]在三相四线制供电系统中，中性线与三条相线构成一个实用有效的整体。中性线的存在，使三相电压保持平衡稳定，不会因为三相负荷的不平衡而出现过大的中性点偏移，即使某相线熔丝熔断，其他两相负荷仍能在正常电压下工作。但是，如果中性线断线，将使由负荷不平衡引起的中性点电位偏移变大，三相电压不能保持平衡，负荷侧各相电压较正常电压过高或过低，电压过高的相可能会烧毁用电设备，电压过低的相可能会使用电设备不能正常工作，对用户造成很大的经济损失。
[0003]目前，低压供电系统中存在着大量不可预料的中性线断线事故，具体原因包括谐波过载、盗线、施工等，因此，急需一种能自动快速检测中性线是否断线并确定断线位置的装置。现有的中性线断线检测装置大多都只能做出中性线断线与否的检测，不能同时实现断线位置确定，这为发生断线故障后的维修带来了麻烦。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置及方法，能够有效地检测三相四线制供电系统中的中性线断线故障并实现断线点定位功能，为故障发生后的快速检修提供很大的方便。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0006]一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置，包括直流电压源、多个断线点定位单元和判据信息采样电阻，第一个断线点定位单元紧挨用户负载，该断线点定位单元与直流电压源、判据信息采样电阻串联，该断线点定位单元的A、B、C三端分别与三相四线制供电电路的三根相线相连，N端与直流电压源一端相连，判据信息采样电阻一端与直流电压源另一端相连，另一端与中性线N相连；其他断线点定位单元均布安装在供电变压器二次侧出线端与第一个断线点定位单元之间并将中性线分割为多段，其安装方式为:断线点定位单元A、B、C三端分别接在三相四线制供电电路的三根相线上，N端接在中性线上。
[0007]而且，所述的断线点定位单元由三组RLC谐振电路组成，其中电感L与电容C并联后再与电阻R串联。
[0008]一种低压系统中性线断线检测和断线定位方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1、将直流电压源、多个断线点定位单元和判据信息采样电阻安装到三相四线制供电电路中；
[0010]步骤2、根据等效电路建立判据信息采样电阻上的电压值计算模型；计算不同区间中性线断线的判据信息采样电阻上的理论电压值；测量判据信息采样电阻上的实际电压值，根据实际电压值与理论电压值进行比较，判断是否有中性线断线并确定断线位置。
[0011]本发明的优点和积极效果是:
[0012]本发明设计合理，其只需要根据判据信息采样电阻上的电压值即可判断出中性线断线与否并且确定断线点所在位置，实现了三相四线制供电系统中的中性线断线点定位功能，为故障发生后的快速检修提供很大的方便，具有准确可靠、易于实现、成本低廉等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明应用于三相四线制供电系统的接线图；
[0014]图2为断线点定位单元的电路图；
[0015]图3为本发明的中性线断线检测及断线点定位原理的等效电路图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
[0017]一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置，如图1所示，包括直流电压源1、多个断线点定位单元2和判据信息采样电阻3，所述直流电压源为供电回路注入直流检测信号；所述断线点定位单元为直流检测信号提供通路，同时具有阻断交流电的作用，使其对电网正常供电的影响非常小；所述判据信息采样电阻用于采集电压信息，并由此信息判断是否有中性线断线及断线位置，从而得到检测结果。所述直流电压源、断线点定位单元和判据信息采样电阻的具体连接关系为:
[0018]第一个断线点定位单元紧挨用户负载，该断线点定位单元与直流电压源、判据信息采样电阻串联，该断线点定位单元的A、B、C三端分别与三相四线制供电电路的三根相线相连，N端与直流电压源一端相连，判据信息采样电阻一端与直流电压源另一端相连，另一端与中性线N相连；其他断线点定位单元均布安装在供电变压器二次侧出线端与第一个断线点定位单元之间并将中性线分割为多段，其安装方式为:断线点定位单元A、B、C三端分别接在三相四线制供电电路的三根相线上，N端接在中性线上。
[0019]如图2所示,所述断线点定位单元由三组RLC谐振电路组成,其中电感L与电容C
并联后再与电阻R串联，当；% =5G〃Z时，LC并联部分对50Hz的交流电为并联谐振状态，等效阻抗为无穷大，起到了阻断交流的作用；而此时每组并联谐振网络对直流检测信号阻抗为R，从而实现了对电网供电本身不产生影响，同时为直流检测信号提供通路。
[0020]本低压系统中性线断线检测和断线定位装置的检测原理如下:
[0021]直流电压源发出直流电压检测信号，通过与之串联的一组断线点定位单元、相线、其他断线点定位单元和变压器二次侧、用户负载(三者并联关系)、中性线和判据信息采样电阻构成回路，判据信息采样电阻与回路其他部分串联分压。中性线无断线时，变压器二次侧绕组与全部直接跨接在相线与零线之间的断线点定位单元并联，由于变压器二次侧绕组对直流检测信号来说阻抗很小，可以认为变压器二次绕组基本将与其并联的断线点定位单元短路，仅一组断线点定位单元和变压器二次绕组与判据信息采样电阻串联分压，直流电压源的电压大部分降落在判据信息采样电阻上。当中性线有断线时，由于中性线断线位置不同，能构成回路的并联的断线点定位单元个数不同，因此与判据信息采样电阻串联的等效电阻大小随中性线断线位置的变化而变化，断线点越接近小信号注入器，能构成回路的并联的断线点定位单元的数量就越少，与判据信息采样电阻串联部分的等效电阻阻值越大，因此判据信息采样电阻上分得的电压越小；直到断线点紧挨判据信息采样电阻时，只有用户负载及与直流电压源串联的一组断线点定位单元与判据信息采样电阻串联，此时与判据信息采样电阻串联部分的等效电阻阻值较大，判据信息采样电阻上分得的电压只占直流电压源的一小部分。
[0022]综上所述，当中性线有无断线及断线位置不同时，判据信息采样电阻上的电压值大小不同，并且各种断线情况与判据信息采样电阻电压一一对应，因此，根据判据信息采样电阻上电压的大小即可判断中性线是否断线及断线位置。
[0023]一种低压系统中性线断线检测和断线定位方法，包括以下步骤:
[0024]步骤1、按照图1所示，将低压系统中性线断线检测和断线定位装置安装到三相四线制供电电路中。
[0025]步骤2、根据等效电路建立判据信息采样电阻Rz上的电压值计算模型；计算不同区间中性线断线的判据信息采样电阻艮上的理论电压值；测量判据信息采样电阻&上的实际电压值，根据实际电压值与理论电压值进行比较，判断是否有中性线断线并确定断线位置。
[0026]本检测方法的等效电路图如图3所示。本实施例以四个断线点定位单元为例进行说明，四个断线点定位单元将线路分为四个区间①、②、③、④，EsS直流电压源，Rz为判据信息采样电阻，Rdl、Rd2、Rd3、Rd4为断线点定位单元对直流检测信号的等效电阻，阻值相等。Rn为用户负载等效电阻、Rs为变压器二次侧绕组等效电阻。考虑三相四线制供电系统的实际情况，线路电阻可以忽略。当线路中性线无断线时，由于变压器二次侧绕组等效电阻Rs很
R E
小，可以认为Rs将与其并联的Rdl、Rd2、Rd3及Rn短路，此情况下Rz上的电压值P ^ ? I:;
Kz + Kd4
当线路中区间I内中性线断线时，Rs断路，左侧电路为3组断线点定位单元并联，此时与Rz
串联部分等效电阻变为Rn Il &] + ，采样电阻Rz上分得的电压为L，
VJK +^fi
由于Rfl>R<M，相对于无断线时vzl〈vz(l;同理当区间2内中性线断线时，R1断路，左侧电路为
2组断线点定位电阻并联，此时与Rz串联部分等效电阻变为f 11? +Am，采样电
V ^ J
阻Rz上分得的电压为K! = ^^7，由于Rf2>Rfl,相对于断线点在区间I内时? ；当区间3内中性线断线时，R2断路，左侧电路为I组断线点定位电阻，此时与Rz串联部分等效电阻变为Rf3 ^ (Rd3I Rn) +Rd4,采样电阻Rz上分得的电压为L v RRfR -，由于Rf3>Rf2，相对于断线点在区间2内时Vz3〈Vz2 ;当断线点在区间4内时，Rz与Rd4、Rn串联分压，此时
ΤΛR &
24 x R +R i R，因为Rd4+RN>Rf3J Si* vz4<vzSO由此可知，中性线未断及断线点分别在区
z d4 N
间1、2、3、4内时，判据信息采样电阻上的电压值计算模型如表I所示。
[0027]表1各种断线情况下判据信息采样电阻Rz上的电压值计算模型
[0028]
【权利要求】
1.一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置，其特征在于:包括直流电压源、多个断线点定位单元和判据信息采样电阻，第一个断线点定位单元紧挨用户负载，该断线点定位单元与直流电压源、判据信息采样电阻串联，该断线点定位单元的A、B、C三端分别与三相四线制供电电路的三根相线相连，N端与直流电压源一端相连，判据信息采样电阻一端与直流电压源另一端相连，另一端与中性线N相连；其他断线点定位单元均布安装在供电变压器二次侧出线端与第一个断线点定位单元之间并将中性线分割为多段，其安装方式为:断线点定位单元A、B、C三端分别接在三相四线制供电电路的三根相线上，N端接在中性线上。
2.根据权利要求1所述的一种低压系统中性线断线检测和断线定位装置，其特征在于:所述的断线点定位单元由三组RLC谐振电路组成，其中电感L与电容C并联后再与电阻R串联。
3.一种如权利要求1或2的低压系统中性线断线检测和断线定位装置的实现方法，包括以下步骤: 步骤1、将直流电压源、多个断线点定位单元和判据信息采样电阻安装到三相四线制供电电路中； 步骤2、根据等效电路建立判据信息采样电阻上的电压值计算模型；计算不同区间中性线断线的判据信息采样电阻上的理论电压值；测量判据信息采样电阻上的实际电压值，根据实际电压值与理论电压值进行比较，判断是否有中性线断线并确定断线位置。
【文档编号】G01R31/08GK104198876SQ201410474311
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】李玲玲, 王鹏冲, 许亚惠, 高建森, 刘伯颖, 刘博豪 申请人:河北工业大学