用于在供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法，該供電系統(tǒng)由主系統(tǒng)(其包括經(jīng)由中性點(diǎn)電阻而高電阻接地的中性點(diǎn))和可選地至少一個(gè)子系統(tǒng)組成，其中，主系統(tǒng)和子系統(tǒng)各自具有用于記錄差動(dòng)電流的差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]為了確保電氣供電的高可用性和運(yùn)行安全以及保證在電氣安裝的操作區(qū)域內(nèi)的人員安全，供電網(wǎng)絡(luò)被廣泛地使用，與接地網(wǎng)絡(luò)類型形成對(duì)比，該供電網(wǎng)絡(luò)的有源元件與接地電位分離。在這種被稱為未接地IT系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)中，有源導(dǎo)體可以表現(xiàn)出絕緣故障而沒有必要中斷正在進(jìn)行的安裝操作，這是因?yàn)橛捎谠趯?dǎo)體和大地之間的理想的無(wú)限高阻抗值而不會(huì)在這個(gè)第一故障情況下形成閉合電路。在這種情況下，絕緣故障是IT系統(tǒng)的故障狀態(tài)，該IT系統(tǒng)使絕緣電阻下降到低于允許的絕緣水平。
[0003]除了這些未接地IT系統(tǒng)以外，世界范圍內(nèi)存在另一種類型的網(wǎng)絡(luò)，其中，中性點(diǎn)經(jīng)由足夠高的阻抗連接到大地。所述阻抗可以設(shè)計(jì)作為歐姆電阻并且可以被配置為具有高或低電阻。此處考慮高電阻接地(在國(guó)際上被稱為HRG)的情況下，所述中性點(diǎn)電阻將正在發(fā)生的故障電流限制到尚未引起觸發(fā)過電流保護(hù)設(shè)備的值。
[0004]通常，這種HRG系統(tǒng)被配置為如下方式:在第一絕緣故障情況下故障電流被限制到在5A和1A之間的值，并且除非故障電流上升到超過10A，否則HRG系統(tǒng)不會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，300mA值的故障電流限制(其在很多歐洲的用于消防目的的接地供電系統(tǒng)中是常見的)在HRG系統(tǒng)中是不可能的。
[0005]在具有單相對(duì)地的死接地故障的600V三相網(wǎng)絡(luò)中，從故障電流限制到5A開始，在HRG系統(tǒng)的限流電阻處產(chǎn)生約1.8kff的有功功率。看來(lái)似乎HRG系統(tǒng)的支持者和運(yùn)營(yíng)商還沒有充分地考慮以下認(rèn)識(shí):開始于有功功率值高于60W(亦即，即使具有由于高電阻絕緣故障電阻而更低的故障電流)，火災(zāi)危險(xiǎn)變?yōu)榭赡堋?br>[0006]然而，由于與IT系統(tǒng)相比的相對(duì)低電阻HRG到大地的連接，絕緣監(jiān)視設(shè)備的使用(其在IT系統(tǒng)中是常見的，并且其通常假設(shè)理想的無(wú)限高的IT系統(tǒng)對(duì)地(絕緣)電阻)在大多數(shù)情況下是不可能的。因此無(wú)法檢測(cè)到其中留有由高電阻絕緣故障導(dǎo)致的低故障電流的絕緣(低)損耗。HRG系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)主要借助于在中性點(diǎn)連接處的差動(dòng)電流測(cè)量來(lái)監(jiān)視。證明在這方面不利的是借助于中性點(diǎn)電流的中心差動(dòng)電流測(cè)量，也無(wú)法檢測(cè)到對(duì)稱性故障，該對(duì)稱性故障相互補(bǔ)償漏電流和故障電流，以及有源導(dǎo)體之間的流經(jīng)大地的串電流。
[0007]進(jìn)一步，在具有經(jīng)由大地的電容性串電流的HRG系統(tǒng)中的故障組合的仿真結(jié)果表明，在由于絕緣故障(電阻)而具有約30A的峰值的故障電流的情況下，經(jīng)由中性點(diǎn)電阻的可測(cè)差動(dòng)電流是低于5A的峰值的。這意味著，即使在中性點(diǎn)連接中的電流流動(dòng)受到限制，恰恰引起了那些本應(yīng)該通過在中性點(diǎn)中的電流限制被預(yù)防的危險(xiǎn)的火災(zāi)。
[0008]類似地如在IT系統(tǒng)中，在第一絕緣故障的情況下，在HRG系統(tǒng)中也必須盡可能快地定位以及消除故障。從現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)中已知用于在HRG系統(tǒng)中的故障定位的方法，其中，中性點(diǎn)電阻的部分受脈沖作用并且周期性被跨接。周期性降低的中性點(diǎn)電阻值導(dǎo)致在HRG系統(tǒng)的故障輸出電力饋電中的故障電流值的脈沖增加。可以借助于差動(dòng)電流測(cè)量值檢測(cè)這個(gè)脈沖故障電流。然而，這種用于絕緣故障定位的方法具有的缺點(diǎn)是，作為被動(dòng)的方法，它無(wú)法擴(kuò)展到監(jiān)視絕緣的對(duì)稱損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明基于提出用于在HRG供電系統(tǒng)中的絕緣監(jiān)視的設(shè)備和方法的目的，該供電系統(tǒng)還可以可靠地確定對(duì)地高電阻絕緣故障電阻，以及可以確定絕緣電阻，特別是在對(duì)稱故障的情況下。被開發(fā)的系統(tǒng)將能夠集成到現(xiàn)有的HRG系統(tǒng)中，并且還允許在整個(gè)HRG供電系統(tǒng)中的絕緣故障定位。
[0010]關(guān)于設(shè)備，通過用于生成主動(dòng)測(cè)量信號(hào)并且用于將主動(dòng)測(cè)量信號(hào)饋送到主系統(tǒng)中的測(cè)量信號(hào)發(fā)生器，并且通過連接到差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備并且連接到測(cè)量信號(hào)發(fā)生器以評(píng)估差動(dòng)電流測(cè)量信號(hào)的評(píng)估設(shè)備，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的在供電系統(tǒng)中用于絕緣監(jiān)視的設(shè)備來(lái)達(dá)到這個(gè)目的，所述供電系統(tǒng)由主系統(tǒng)和可選地至少一個(gè)子系統(tǒng)組成，所述主系統(tǒng)包括經(jīng)由中性點(diǎn)電阻高電阻接地的中性點(diǎn)，所述主系統(tǒng)和所述子系統(tǒng)各自具有用于記錄差動(dòng)電流的差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備。
[0011]有利地，本發(fā)明的基本思想是基于經(jīng)由主動(dòng)測(cè)量方法將測(cè)量信號(hào)饋送進(jìn)可選地有分支的HRG系統(tǒng)中，記錄將要借助于差動(dòng)電流測(cè)量來(lái)監(jiān)視的輸出電力饋電中的測(cè)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)的故障電流，以及使用所記錄的故障電流以確定供電系統(tǒng)的總絕緣電阻和確定主系統(tǒng)以及可能存在的子系統(tǒng)的部分絕緣電阻。為此，絕緣監(jiān)視設(shè)備具有測(cè)量信號(hào)發(fā)生器，其生成針對(duì)HRG系統(tǒng)的測(cè)量信號(hào)，并且在主系統(tǒng)的饋電點(diǎn)將其饋送進(jìn)主系統(tǒng)中以及饋送進(jìn)可能存在的子系統(tǒng)中。通過主系統(tǒng)中的差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備，以及在可選地安裝子系統(tǒng)的情況下，還通過以分散的方式布置于子系統(tǒng)中的差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備，來(lái)記錄由測(cè)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)的故障電流，并且在每種情況下作為(差動(dòng)電流)測(cè)量信號(hào)提供給評(píng)估設(shè)備。
[0012]主動(dòng)測(cè)量信號(hào)的饋送允許檢測(cè)對(duì)稱絕緣故障，其相互補(bǔ)償漏電流和故障電流，以及在導(dǎo)體之間的流經(jīng)大地的串電流，其中，測(cè)量信號(hào)作為共模信號(hào)經(jīng)由供電系統(tǒng)的有源導(dǎo)體來(lái)驅(qū)動(dòng)正在發(fā)生的故障電流作為可測(cè)差動(dòng)電流部分。
[0013]因此，根據(jù)本發(fā)明的絕緣監(jiān)視設(shè)備即使在HRG系統(tǒng)中也能夠預(yù)防性地確定顯著較高電阻的絕緣電阻以及伴隨的絕緣故障。
[0014]此外，由于檢測(cè)到更低絕緣損耗(亦即，在具有小故障電流的高電阻絕緣電阻的情況下)的可能性，因此可以觀察到以上所引用的在故障電阻中的60W有功功率限制。
[0015]在一個(gè)便利的實(shí)施例中，主動(dòng)測(cè)量信號(hào)是串聯(lián)饋送到中性點(diǎn)電阻的測(cè)量電壓
(Umess)。
[0016]在這個(gè)實(shí)施例中，用于饋送測(cè)量電壓的測(cè)量信號(hào)發(fā)生器被配置為與中性點(diǎn)電阻串聯(lián)連接的低電阻電壓源。
[0017]在代替的實(shí)施例中，主動(dòng)測(cè)量信號(hào)是并聯(lián)饋送到中性點(diǎn)電阻的測(cè)量電流。
[0018]在這種情況下，用于饋送測(cè)量電流的測(cè)量信號(hào)發(fā)生器被配置為高電阻電流源并且并聯(lián)連接到中性點(diǎn)電阻。
[0019]因?yàn)橹行渣c(diǎn)電阻幾乎存在于所有現(xiàn)有的HRG系統(tǒng)中，所以可以有利地利用這個(gè)事實(shí)以技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的簡(jiǎn)單方式來(lái)饋送測(cè)量信號(hào)。中性點(diǎn)電阻代表了在HRG系統(tǒng)中的電氣上和空間上的中心點(diǎn)，以便使在中性點(diǎn)與大地之間饋送的測(cè)量信號(hào)充當(dāng)驅(qū)動(dòng)源，用于所有由于絕緣故障而在網(wǎng)絡(luò)中的任何點(diǎn)處發(fā)生的故障電流。當(dāng)絕緣故障發(fā)生時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)和大地之間的測(cè)量電路經(jīng)由絕緣故障電阻閉合，并且生成故障電流，可以通過所有位于該電路中的差動(dòng)電流測(cè)量設(shè)備將該故障電流作為差動(dòng)電流記錄。
[0020]饋送主動(dòng)測(cè)量信號(hào)的兩種選擇都具有中性點(diǎn)電阻值保持不變的優(yōu)勢(shì)，亦即，沒有發(fā)生受脈沖作用的中性點(diǎn)電阻的變化，并且因此作為特定系統(tǒng)屬性的電流限制也保持在恒定值上。通過對(duì)測(cè)量信號(hào)和差動(dòng)電流之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，與改變中性點(diǎn)電阻相比，即使在高阻絕緣阻抗的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)顯著更好的分辨率。
[0021]此外，絕緣監(jiān)視設(shè)備在主系統(tǒng)的外導(dǎo)體處具有人工中性點(diǎn)，經(jīng)由該中性點(diǎn)可以分接對(duì)地電壓信號(hào)。
[0022]通過在主系統(tǒng)的外導(dǎo)體處形成人工中性點(diǎn)，可以獲得對(duì)地電壓信號(hào)，該信號(hào)允許結(jié)合差動(dòng)電流測(cè)量值來(lái)計(jì)算絕緣電阻或者可以使用該信號(hào)來(lái)控制測(cè)量信號(hào)。
[0023]在另一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量信號(hào)發(fā)生器具有用于控制所生成的主動(dòng)測(cè)量信號(hào)的控制單元，其中，出現(xiàn)在主系統(tǒng)中的所述主動(dòng)測(cè)量信號(hào)作為可以經(jīng)由人工中性點(diǎn)分接的電壓信號(hào)來(lái)反饋。
[0024]控制單元確保即使在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的發(fā)電機(jī)或變壓器之后，對(duì)測(cè)量信號(hào)發(fā)生器中的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量信號(hào)參數(shù)的特定調(diào)整也正確地出現(xiàn)在主網(wǎng)絡(luò)側(cè)，以便保證對(duì)由測(cè)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)的故障電流的可靠檢測(cè)。在這個(gè)過程中，出現(xiàn)在主系統(tǒng)處的饋送測(cè)量信號(hào)被分接作為在主系統(tǒng)的外導(dǎo)體處的共模信號(hào)，并且經(jīng)由人工中性點(diǎn)反饋回測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的控制單
J L.ο
[0025]在簡(jiǎn)化的電路布置中，特別是在不太復(fù)雜形狀的測(cè)量信號(hào)的情況下，在人工中性點(diǎn)處的持續(xù)電壓測(cè)量以及在評(píng)估單元中的這個(gè)電壓信號(hào)的相應(yīng)處理也足夠可以代替反饋控制。
[0026]以有利的方式，主動(dòng)測(cè)量信號(hào)的信號(hào)形狀和信號(hào)參數(shù)可以適用于要監(jiān)視的供電系統(tǒng)的電氣特性。