CN101371149A - 用于检测供电电缆内的接地故障的方法及设备 - Google Patents

Abstract

为了提供一种用于检测多股式交流输电供电电缆(3)的接地故障的方法，该方法可靠且费用低地探测接地故障，在该方法中，确定供电电缆的中点电位，将根据该中点电位导出的量或该中点电位本身提供给分析单元(7)，并且该分析单元(7)将该中点电位或由该中点电位导出的量与阈值相比较，本发明建议在低于该阈值的情况下判定接地故障。

Description

用于检测供电电缆内的接地故障的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测传输交流电的多股供电电缆的接地故障的方法，利用该方法确定供电电缆的中点电位，将根据中点电位导出的量或者中点电位本身传输到分析单元，而该分析单元将该中点电位或该由中点电位导出的量与阈值相比较。

本发明还涉及一种用于为负载提供能量的设备，该设备具有通过多股式供电电缆与负载相连的供电逆变器；本发明还涉及与分析单元相连、用于确定供电电缆中点电位的装置。

背景技术

一般的现有技术中，这样一种方法以及这样一种设备业已公知。因此，例如在高压放电器的范围内普遍的是，分别测量流过多相供电导线的各个相的电流并将各个相电流累加成一个总电流。在无故障的状态下，以这种方式计算出的总电流为零。而在故障情况下，一部分电流通过地线流出，因此各个相电流之和不再为零。如果总电流因此超出预定阈值，那么用来探测故障状态的分析单元就会触发必要的保护措施。

在ZEVrail Glaser年度报告的选印本中Blank、Engel、Hellinger、Hoke和Nothaft的标题为“Antrieb und Energieversorgung des Transrapid，Transrapid的驱动及供电”的特刊“Transrapid 2003”的第17页、图23公开了一种测量多股式交流传输供电电缆的电压的方法，其中，采用零电压准则来探测接地故障。

不过，在Transrapid的情况下，必须可靠地检测尤其是在定子的马达段的馈电电缆中以及在马达绕组本身中的接地故障。在此，必须在规定的时间窗口内断开接地故障，从而避免由于供电系统的过高的跨距电压或电压过载而可能扩展成短路或人身危害。接地故障扩展成两相接地故障会引起短路，由此可能会使机动车短时间地丧失其悬浮状态。

对于Transrapid的马达段中接地故障的检测来说，在系统星形连接中性点附近进行接地故障的检测是有问题的。而该范围却被赋予了重要的意义。这种接地故障检测的缺点还在于，供给能量的变流器在故障电压频率上产生了宽且可变的频谱。该故障电压频率阻碍了对接地故障的可靠检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种本文开头部分所述类型的方法及设备，利用所述方法及设备可以可靠地且成本低廉地测定接地故障。

本发明从本文开头部分所述类型的方法出发这样解决上述技术问题，即，在低于阈值时推断出接地故障。

本发明从本文开头部分所述类型的设备出发这样解决上述技术问题，即，建立用于根据直流电压偏移来识别接地故障的分析单元。

根据本发明，利用一个所施加的或者本来存在的中点电位来可靠地推断出接地故障。在此，根据如下来推断，即这样的中点电位在接地故障的情况下会抵消。因此根据本发明，并不是象在已知方法和设备中那样监测多相供电导线的对称负载。相反，在根据本发明的故障识别的情况下，根据直接或间接检测到的中点电位的消除来推断接地故障。

根据本发明的一种有利的扩展，通过对称的中性点补偿器来确定中点电位。中性点补偿器例如由三个电阻构成，这三个电阻的一侧分别与供电电缆的一相相连，其中所述电阻在远离供电电缆的一侧相互电连接，以便在该处构成一个星形连接中性点。

根据与此相关的另一扩展，通过检测在中性点补偿器的星形连接中性点与地电位之间连接的负载上的电压降以获取电压值，并把该电压值传递给分析单元。以这种方式，将中点电位作为这种、即将中点电位直接地用于对接地故障进行探测。如果中点电位(即在所提及的电阻上的电压降)低于事先在分析单元里确定的例如作为参数存储的阈值，那么就判定出现了接地故障。

根据与此不同的一种设计，通过测量在中性点补偿器的星形连接中性点和地电位之间流过的电流而获取电流值，并将该电流值传递给分析单元。例如借助校准的电流互感器对星形连接中性点处的电流进行检测。如果存在中点电位，那么可以在星形连接中性点和地之间探测到电流。在常规运行时是这种情况。在接地故障的情况下，中点电位崩溃，随后由中点电位驱动的电流趋于零。如果电流低于设在分析单元内的阈值，那么可以因此判定接地故障。

根据本发明的设备的另外一种有利扩展，逆变器通过变压器与供电电缆相连，其中设置有用于在供电电缆中产生直流电压偏移的附加装置。由于供电电缆通过变压器与逆变器连接而使由于逆变器造成的直流电压偏移消失。因此，需要有产生这种直流电压偏移的附加装置。用于直流电压偏移的附加装置原则上可以任意地设计。

不过，根据另一优选扩展，用于产生直流电压偏移的附加装置包括在变压器星形连接中性点处的非对称无源整流电路。这样一种无源整流电路例如是由齐纳二极管和电阻的串联电路组成，其中，所提及的串联电路布置在地电位和变压器的次级线圈的星形连接中性点之间

根据本发明的一个与此不同的变化，用于产生直流电压偏移的附加装置包括非对称有源整流电路。这样一种有源整流电路例如包括任意的直流电压源。直流电压源可以由交流电网供电或者作为储能器来实现。太阳能电池也能够应用于这种情况。其它的可能性包括以燃料电池、可再充电的电池单元等作为储能器。

附图说明

本发明的其它合适设计和优点是对本发明的实施例参考附图进行的下列描述的内容，其中，作用相同的零件参阅相同的附图标记，并且，在附图中:

图1以示意图示出了根据本发明的设备的实施例，

图2以示意图示出了根据本发明的设备的另一实施例，

图3示出了为了产生中点电位用于检测直流电压偏移的附加装置的实施例，

图4示出了为了产生中点电位用于检测直流电压偏移的附加装置的另外两个实施例，

图5示出了为了产生中点电位用于检测直流电压偏移的附加装置的另一实施例，以及

图6示出了用于产生直流电压偏移的另一附加装置以及中性点补偿器。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的设备1的实施例。所示设备1包括通过多相供电电缆3与负载4相连的逆变器2。供电电缆3具有容性接地阻抗，该容性接地阻抗借助电容5示意地示出。逆变器2的耦合阻抗2a通过接地电容以及与该接地电容并联连接的电阻示意地表示出。负载阻抗4a相应地示出。逆变器2的耦合阻抗2a是指不可消失的耦合阻抗。它们基于变流器电路的系统结构，该变流器具有从负极指向正极空转二极管。变流器的不可消失的耦合阻抗在此非对称地对地充电。以这种方式，由电容5表示出的容性接地阻抗平均地预充电为负的直流电压。由于耦合阻抗2a而高欧姆地进行直流电压充电并独立于逆变器2的脉冲图形(Pulsmuster)。以这种方式产生的中点电位由作为确定中点电位的装置的检测单元6进行检测，并且传递给分析单元7，该分析单元在中点电位低于预定的阈值的情况下触发故障消息，从而触发没有绘出的开关和开关单元。

图2示出了根据本发明的设备1的另一实施例。在图2中示出的设备1与图1所示设备1的不同之处在于，逆变器2通过变压器8与供电电缆3相连。因此，不会出现由逆变器2导致的直流电压偏移。因此，设置有用于产生中点电位的附加装置9，该附加装置在所示实施例中包括电位形成器10以及用于使中点电位发生直流电压偏移的充电装置11。

图3示出了检测单元6的实施例。检测单元6具有由三个电阻13构成的中性点补偿器12，所述电阻在输入侧分别与供电电缆3的一相相连。电阻13在远离供电电缆3的一侧相互连接以构成一个星形连接中性点14。星形连接中性点14通过测量电阻15与地电位相连，使得在直流电压偏移的情况下可以测得测量电阻15上的中点电位。这以本领域技术人员所公知的常规手段实现。这样检测到的中点电位随后被传递给分析单元7，所述分析单元将所接收到的中点电位与阈值相比较，并在低于阈值时产生故障消息。

图4同时示出了检测单元6的另外两个实施例。在图4的左半部分再次示出了三个欧姆电阻13，所述电阻的输入端分别与供电电缆的一相相连。在远离供电电缆3的一侧，电阻13相互电连接以构成星形连接中性点14。不过与图3所示实施例不同的是，没有测量电阻。作为替代的是，校准的电流互感器17用于检测由中点电压驱动的电流。在接地故障的情况下，中点电位以及由此驱动对地电流的驱动力崩溃，从而在低于阈值时分析单元7产生故障消息。

图4的右半部分示出了用于产生中点电位的另一种可能。在此，设有三个电压表18，它们分别测量在一相和地电位之间的电压降并将测量值传递给分析单元7。分析单元7根据传递给其的电压值计算中点电位。如果中点电位降到阈值以下，那么再次起动故障处理过程。

图5示出了用于直流电压偏移的附加装置9的实施例，其中，电位形成器10以与变压器8的次级线圈19的星形连接中性点相连的欧姆电阻的形式实现。用于直流电压偏移的充电装置11在所示实施例中通过简单的齐纳二极管20，该齐纳二极管连接在作为电位形成器10的欧姆电阻13和地电位之间。由于这种布置，实现了直流电压偏移。在常规运行情况下，检测单元6因此检测到恒定的直流电流。

图6示出了用于产生直流电压偏移的附加装置9的另一种实施例，其中，电位形成器10通过三个电阻13实现，所述电阻分别与供电电缆3的一相相连。在所述电阻远离供电电缆3的一侧，所述电阻13彼此相连而构成星形连接中性点14，其中，星形连接中性点14通过用于直流电压偏移的充电装置11与地电位相连。充电装置11由齐纳二极管20以及与该齐纳二极管20并联设置的有源电压单元21组成，例如由太阳能电池、电池单元等组成。换言之，提供一种有源直流电路。

Claims (13)

1.一种用于检测多股式交流输电供电电缆(3)的接地故障的方法，其中，确定该供电电缆的中点电位，将根据该中点电位导出的量或该中点电位本身传递给分析单元(7)，并且该分析单元(7)将该中点电位或由该中点电位导出的量与阈值相比较，其特征在于，在低于该阈值的情况下判定发生了接地故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该中点电位通过对称的中性点补偿器(6)确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，检测在连接在所述中性点补偿器(6)的星形连接中性点和地电位之间的负载上的电压降以获取电压值，并且将该电压值传递给所述分析单元(7)。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，检测在所述中性点补偿器(6)的星形连接中性点和地电位之间流过的电流以获取电流值，并且将该电流值传递给所述分析单元(7)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量供电电缆中每股的单个电位以获取各个电位值，将所述每股的单个电位值传递给所述分析单元(7)，并且，该分析单元(7)根据所有单个电位计算出中点电位。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为所述供电电缆(3)外加直流电压分量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助非对称有源整流电路外加所述直流电压分量。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过逆变器对所述供电电缆供电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述逆变器通过变压器与所述供电电缆相连，并且在该变压器的星形连接中性点处通过非对称无源整流电路(10，20)外加直流电压分量。

10.一种用于为负载(4)供电的设备(1)，该设备具有提供能量的逆变器(2)，该逆变器通过多股式供电电缆(3)与该负载(4)相连；还具有用于确定所述供电电缆的中点电位的装置(6)，该装置与分析单元(7)相连，其特征在于，将所述分析单元(7)构造为用于根据直流电压偏移识别接地故障。

11.根据权利要求10所述的设备(1)，其特征在于，所述逆变器(4)通过变压器(8)与所述供电电缆(3)相连，其中，设置有用于在所述供电电缆(3)中产生直流电压偏移的附加装置(9)。

12.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述用于产生直流电压偏移的附加装置(9)包括在所述变压器(8)的星形连接中性点处的非对称无源整流电路(10，20)。

13.根据权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述用于产生直流电压偏移的附加装置(9)包括非对称有源整流电路(10，20，21)。

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