CN108139437B - 用于自动高电阻接地脉冲激活和检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于定位HRG配电系统(60)中接地故障的系统(64)，包含：HRG脉冲系统(62)，具有接地故障传感器(37)以检测接地故障；脉冲接触器(40)，用以将脉冲电流引入到所述配电系统(60)中；以及控制器(82)，用以响应于由所述接地故障传感器(37)进行的接地故障检测而控制所述脉冲接触器(40)将所述脉冲电流引入到所述配电系统(60)中。所述配电系统(60)中的电流传感器(66、68)监测所述配电系统(60)的导体上的三相电流信号，所述电流传感器(66、68)位于所述配电系统(60)中的配送网络(24、26)上且在每个相应配送网络(24、26)上包含的保护装置(70、72)处。与每个保护装置(70、72)相关联且可操作地连接到所述保护装置处的所述电流传感器(66、68)的处理器(74、76)从所述电流传感器(66、68)接收信号，以用于识别所述配电系统(60)中接地故障的位置。

Description

用于自动高电阻接地脉冲激活和检测的系统和方法
背景技术
本发明大体上涉及配电系统，且更确切地说，涉及用于自动检测和定位高电阻接地(HRG)配电系统中的高电阻接地故障(HRGF)的系统和方法，用于定位HRGF的脉冲电流自动起始和终止。
接地故障是在其中电流流动到接地的电力系统中的非所要情况。当配送网络或传输网络中的电流泄漏到其既定流动路径之外时，会出现接地故障。配送网络和传输网络通常受到保护以免出现故障，方式为使得借助于相关联的断路器自动断开故障组件或传输线路。作为一个特定实例，HRG配电系统限制故障电流(通常限制到小于5安培)，以便最小化系统的停工时间，且只要仅存在单个接地故障，系统就会保持运行。然而，在此类HRG配电系统的情况下，应认识到，需要以及时的方式定位接地故障，以便实现停工时间最小化(即，当仅存在单个接地故障时定位接地故障)。
作为提供用于定位HRG配电系统中接地故障的方式，一些新近HRG配电系统已配置为HRG脉冲系统—此类系统利用引入到系统中在脉冲电流以提供定位接地故障。在通用电气公司的USP 7,180,300中阐述了利用测试信号或脉冲追踪HRGF的HRG电力系统的一个此类实例，其中处理器用于计算存在于配电系统中的电流与电压相位角之间的关系，利用技术读取电流和电压，计算零序电流(在减去电容充电电流之后)，接着通过低通模拟滤波器运行此信号，以确定在脉冲之前和之后零序电流的RMS幅值的改变—如果滤波器的输出的量值超过某个预定值，那么识别出故障馈线。因此，技术提供了用于定位HRG配电系统中接地故障的自动方式，尽管存在缺点：技术非常复杂且为计算密集型(同时，某些元件不能够稳定地检测到故障)，且由于需要额外的灵敏度来区分电容充电电流与实际脉冲接地电流，技术需要使用电压传感器，因此增加了系统的成本。
伊顿公司于2014年5月30日提交的第14/291,161号美国申请中描述了利用HRG脉冲系统来定位接地故障的HRG配电系统的另一实例，所述美国申请以全文引用的方式并入本文中。如本文中所描述，且如下文图1中所再现，HRG配电系统10包含具有输入侧14和输出侧16的电力变压器12。电力变压器12包括在图1的实例中根据初级和次级绕组的角度而耦合的三个相位，即，第一相位18、第二相位20和第三相位22。也就是说，初级上的第三相位22具有与示出为次级上的第一相位18相同的角度。类似地，初级上的第一相位18与次级上示出的第二相位20耦合，且初级上的第二相位20与示出为次级上的第三相位22耦合。
电力变压器12的三个相位18、20、22耦合到多个三相配送网络24、26。举例来说，例如感应电动机的负载28连接到每个配送网络24、26以从其接收三相电力。每个配送网络24、26还设置有断路器30。
HRG配电系统10包含在电力变压器12的输出侧16处的中性线32，所述中性线32经由包含于HRG脉冲系统36中的一个或多个接地电阻器34接地。接地电阻器34配置成减少接地故障电流，使得HRG配电系统10可在定位接地故障时保持在操作中。也就是说，当HRG配电系统10中出现接地故障时，接地电阻器34限制接地故障电流。
HRG脉冲系统36还包含接地故障传感器37，所述接地故障传感器37感测HRG配电系统10中接地故障的出现且发信号通知测试信号产生器38(即，“脉冲电路”)，所述测试信号产生器38结合到HRG脉冲系统36中且配置成将测试信号引入到HRG配电系统10中。脉冲电路38包含提供以在HRG配电系统10中产生脉冲电流44的脉冲开关或接触器40和相关联的控制器42。通过闭合脉冲接触器40(经由控制器42)来使接地电阻器34中的一个周期性地部分短接，或替代地，连接接地电阻器34中的一个以及另一接地电阻器34，以按所要间隔产生脉冲电流44。
如图1中进一步示出，提供用于HRG配电系统10的接地故障定位系统48。接地故障定位系统48包含耦合到三相HRG配电系统10的多个电流传感器50、52，以用于测量瞬时三相电流的值。电流传感器50、52位于相应的配送网络24、26上且定位于配送网络上以测量连接到其上的相应保护装置54处的三相电流信号。保护装置54可呈包含于接地故障定位系统48中的保护继电器单元的形式。保护继电器单元54用作具有电力监测、诊断和灵活通信功能—包含控制配送网络24、26上的接触器56—的高度可配置电动机、负载和线路保护装置。将由电流传感器50、52产生/测量的电流信号提供到结合到保护继电器单元54中的处理器58，处理器58执行计算，以识别存在指示HRG配电系统10中的HRGF情况的接地故障。
在激活HRG脉冲系统36之后且在接地故障存在于系统上的时间期间，HRG脉冲系统36对介于两个不同值之间(例如，在600V级或更低电压系统上介于5与10安培之间)的接地电流进行调制(施以脉冲)。接地故障定位系统48能够检测零序(接地)电流，以确定脉冲电流44是存在(如配送网络24中所示出)还是不存在(如配送网络26中所示出)。如果保护继电器单元54中的一个检测到脉冲电流44，那么所述电动机保护继电器单位定位在接地故障点与输入源之间的某处。利用便携式接地感测设备，当感测单元54中的一个刚好位于接地故障点的下游时，出现接地故障的隔离，在所述点处感测单元54无法检测到脉冲电流44。从检测到脉冲电流44到不再检测到脉冲电流44的转变是接地故障的准确位置。在永久安装的接地感测设备中，其中接地电流的位置不可移动，将接地的位置隔离在检测到没有故障的下游感测单元54与检测到故障的上游感测单元54之间的某处。
然而，在USP 7,180,300和第14/291,161号美国申请中阐述的HRG配电系统中的每一个中，目前经由对HRG脉冲系统36的手动控制来执行脉冲电流44的引入和终止。虽然脉冲电流的此手动引入和终止在利用手持式电流表来完成定位接地故障的HRG配电系统中并非限制或缺点，即，由于仍需要操作者携带便携式电流感测装置且读取和解译电流的脉冲信号，使得手动控制脉冲电流不是明显的额外负担，但应认识到手动控制自动HRGF检测/定位系统中的脉冲电流/测试信号并不理想。也就是说，由于HRG配电系统结合用于自动检测脉冲零序电流信号和定位接地故障的装置(因此不需要手动定位)，因此需要操作者手动引入和终止脉冲电流变成不必要的步骤，所述步骤不适当地延迟了检测和定位接地故障的过程，且HRG脉冲系统的手动激活使得无法在接地故障出现后的最佳时间范围内定位接地故障。
此外，应认识到，还十分需要在定位接地故障之后，尽可能快地移除/终止脉冲电流。也就是说，使HRG脉冲系统在超过定位HRG配电系统内接地故障所需时间的延长时间内处于开启状态，不仅增加了对切换电流的装置(例如脉冲接触器40)磨损，而且还增加了对HRG配电系统的绝缘材料的磨损，这是因为脉冲电流的产生造成瞬态电压，所述瞬态电压可建模为V＝L*di/dt(V是电压，L是携带电流的串联路径的电感，而di/dt是瞬时电流变化率)，其中dt项小且电压项V大。虽然现有系统依赖于操作者在定位接地故障后就手动去激活/终止脉冲电流，但应认识到，即使是最熟练的操作者也可能忘记脉冲电流是作用的且/或可能被叫离HRG配电系统系统，从而导致HRG脉冲系统延长时间内处于开启状态。即使当操作者以适当的方式操作以尽可能快地终止脉冲电流，在定位接地故障与操作者能够接入HRG脉冲系统以关闭脉冲电流之间仍始终存在延迟，且此时间可基于操作者效率和HRG脉冲系统的可接入性而变化。
因此，需要提供一种系统和方法，其提供用于引入和终止用于检测和定位三相配电系统中HRGF的脉冲电流的自动方法，以允许在最佳时间范围内定位接地故障，且防止对HRG电力系统中的脉冲接触器和绝缘材料产生不必要的磨损。系统和方法还将有利地消除手动引入和终止脉冲电流和(例如，利用手持式电流表)定位接地故障的需要，以便减少与此手动激活、终止和检测相关联的安全问题和成本。
发明内容
本发明的实施例提供用于自动检测配电系统中的HRGF和识别此类接地故障的位置的系统和方法，用于定位HRGF的脉冲电流自动起始和终止。
根据本发明的一个方面，用于定位HRG配电系统中接地故障的系统包含：HRG脉冲系统，具有配置成检测接地故障的接地故障传感器；脉冲接触器，配置成将脉冲电流引入到HRG配电系统中；以及控制器，配置成响应于由接地故障传感器进行的接地故障检测而自动控制脉冲接触器以将脉冲电流引入到HRG配电系统中。HRG配电系统还包含多个电流传感器，所述多个电流传感器适于监测存在于HRG配电系统的导体上的三相电流信号，其中多个电流传感器位于HRG配电系统中包含的许多配送网络上且在每个相应配送网络上包含的保护装置处。HRG配电系统进一步包含处理器，所述处理器与每个保护装置相关联且可操作地连接到保护装置处的电流传感器以从电流传感器接收信号，以用于识别HRG配电系统中接地故障的位置。
根据本发明的另一方面，用于自动检测和定位高电阻接地(HRG)配电系统中接地故障的方法包含在HRG配电系统中的许多配送网络中的每一个上提供保护装置，每个配送网络具有连接到其上的三相负载。方法还包含在每个保护装置处提供电流传感器，经由HRG脉冲系统检测HRG配电系统中的接地故障，响应于接地故障检测而自动控制HRG脉冲系统以将脉冲电流引入到HRG配电系统中，以及经由电流传感器监测在每个保护装置处的电流以收集三相电流数据。方法进一步包含将电流数据输入到与每个保护装置相关联的处理器，以及经由输入到相应保护装置的处理器的电流数据检测数个配送网络的相应配送网络上的三相电流数据中的脉冲电流，以便将HRG配电中的接地故障定位到相应配送网络。
根据本发明的又一方面，提供用于响应于接地故障检测而将脉冲电流自动引入到HRG配电系统中的HRG脉冲系统。HRG脉冲系统包含：接地故障传感器，配置成检测HRG配电系统中的接地故障；脉冲接触器，可选择性地控制以将脉冲电流引入到HRG配电系统中；以及控制器，配置成响应于由接地故障传感器进行的接地故障检测而控制脉冲接触器以将脉冲电流引入到HRG配电系统中。
从以下详细描述和图式将显而易见本发明的各种其它特征和优势。
附图说明
图式说明当前预期用于进行本发明的优选实施例。
在图式中：
图1是用于定位HRG配电系统中接地故障的已知系统的图解视图。
图2是根据本发明的实施例的用于定位HRG配电系统中接地故障的系统的图解视图。
图3是根据本发明的实施例的用于定位HRG配电系统中接地故障的系统的图解视图。
图4是说明根据本发明的实施例的用于检测和定位图2的HRG配电系统中的接地故障的技术的流程图。
图5是说明根据本发明的实施例的用于检测和定位图3的HRG配电系统中的接地故障的技术的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及用于自动检测和定位HRG配电系统中的HRGF的系统和方法，用于定位HRGF的脉冲电流自动起始和终止。HRG配电系统中可利用的系统包含多个结构和控制方案，且因此本发明的应用不意指严格地限于具有下文中所描述的特定结构的HRG配电系统。
参看图2，示出根据本发明的实施例的包含HRG脉冲系统62的HRG配电系统60。HRG配电系统60包含数个组件，所述组件类似于图1的HRG配电系统10的组件，且因此用以指示图1中组件的编号还将用以指示图2中的类似组件。HRG配电系统60包含图1的电力变压器12，输入侧14、输出侧16以及第一相位18、第二相位20和第三相位22以与图1的HRG系统10中相同方式耦合。虽然输出侧16示出为Y形配置，但输出侧16还可如输入侧14一样呈三角形配置。
电力变压器12的三个相位18、20、22耦合到多个三相配送网络24、26。虽然图2中仅说明两个配送网络24、26，但应认识到，更多数目个配送网络可包含于HRG配电系统60中。负载28耦合到每个配送网络24、26。每个配送网络24、26还配备有断路器30，以及必要时的其它保护装置(未示出)。
HRG配电系统60还包含接地故障定位系统64，所述接地故障定位系统64包含每个配送网络24、26上用于检测由HRG脉冲系统62引入到HRG配电系统60中的脉冲电流44的组件，如下文将进一步描述。接地故障定位系统64包含耦合到HRG相位配电系统60的多个电流传感器66、68，以用于测量瞬时三相电流的值。在一个示例性实施例中，例如其中与配电网络24、26上的负载28相关联的接触器和/或控制/保护装置为NEMA尺寸4、5或更大，电流传感器66、68可以是配置成产生表示通过每个相位的瞬时电流的反馈信号的电流互感器(CT)。当然可采用其它类型的电流传感器。
电流传感器66、68位于相应的配送网络24、26上且定位于配送网络24、26上以测量连接到其上的保护装置70、72处的三相电流信号。举例来说，根据各种实施例，保护装置70、72可呈智能电子装置(IED)形式，所述智能电子装置对例如电动机等所连接的负载28提供保护。根据示例性实施例，IED可呈(数字)继电保护装置的形式，所述继电保护装置包括微处理器以执行若干保护、控制和类似功能。然而，虽然此后具体参考为“IED”的保护装置70、72，但应理解，对于电动机或其它负载，其它保护装置被认为在本发明的范围内，且可包含断路器、变频驱动器，或甚至独立的计量装置。如图2中所示出，IED 70、72包含于接地故障定位系统64中且用作具有电力监测、诊断和灵活通信功能—包含控制配送网络24、26上的接触器56—的高度可配置的电动机、负载和线路保护装置。
将由电流传感器66、68产生/测量的电流信号提供到结合到IED 70、72中的处理器74、76。虽然处理器74、76示出和描述为结合到IED 70、72中，但应认识到，处理器74、76还可以是独立的装置/单元或结合/形成其它装置，包含基于微处理器的模块、专用或通用计算机、可编程逻辑控制器或逻辑模块。处理器74、76可实现对从电流传感器66、68接收的信号的模/数转换，对从电流传感器66、68接收的信号进行数字滤波，且执行计算以识别存在指示HRG配电系统60中的HRGF情况的脉冲电流44。
在操作中，每个IED 70、72的处理器74、76从其相关联的电流传感器66、68接收关于存在于电流传感器所附接的配送网络24、26上(即在IED处)的所测量的三相电流的信号。取决于配电系统10中的接地故障的位置，由电流传感器66、68测量的电流可以仅是存在于电流传感器66、68下游的正常出现的系统“电容系统充电电流”(加上可能存在的任何标称额外电流，即“无接地故障”标称电流)的量度，如图2中负载28上的寄生电容69所示出，或可以是存在于配送网络24、26中的一个上的由位于其上的接地故障产生的电容系统充电电流和接地电流的量度。如上文先前所提及，HRG脉冲系统62用以在出现接地故障后就将脉冲电流44引入到配电系统10中。周期性地引入此脉冲电流信号(例如，1Hz的频率)且用以增加HRG配电系统60中存在的接地故障电流，若存在，接地电流的增加可通过电流传感器66、68测量且可通过处理器74、76辨别。根据实施例，脉冲电流信号用以将接地故障增加1.5到3.0倍，在示例性实施例中提供电流加倍。在示例性实施例中，处理器74、76在多个循环(例如，4到5个循环)期间从电流传感器66、68接收三相电流信号的测量且跨多个循环识别三相电流信号中所关注的模式，以便检测脉冲电流，由脉冲电流提供的接地电流的增加产生处理器74、76分析的可识别的模式，以便验证接地故障的存在，如伊顿公司的第14/291,161号美国申请中所详细描述。
在一些实施例中，处理器74、76配置成向显示器78指示脉冲电流44存在或不存在。举例来说，显示器78可包含可用于显示此指示的任何类型的显示器，例如图形用户接口或计算机监视器。显示器78可接着以操作者可读格式显示来自处理器74、76的指示。在于显示器78上显示脉冲电流44存在或不存在的指示时，处理器74、76能够指示接地故障存在于哪个配送网络24、26中。在图2的情况下，处理器74将向显示器78指示在配送网络24中存在脉冲电流44，且处理器76将向显示器78指示在配送网络26中不存在脉冲电流44。因此，将警告操作者配送网络24中接地故障的位置。
如图2中所示出，在电力变压器12的输出侧16处的中性线32经由HRG脉冲系统62中包含的一个或多个接地电阻器34接地。当输出侧16呈三角形配置时，中性线32是推导出的中性线，使用Y形/三角形或Y形/断开三角形变压器推导出，如本领域中所已知。虽然在图2中接地电阻器34示出为并联连接，但在一些实施例中，接地电阻器34串联连接。接地电阻器34配置成减少接地故障电流，使得HRG配电系统60可在定位接地故障时保持在操作中。也就是说，当HRG配电系统60中存在接地故障时，接地电阻器34限制接地故障电流。
HRG脉冲系统62包含根据已知技术感测HRG配电系统60中出现接地故障的接地故障传感器37。举例来说，接地故障传感器37可以是适合于检测接地故障的任何类型的传感器，例如过流传感器或过压传感器。接地故障传感器37与结合到HRG脉冲系统62中的测试信号产生器80(即，“脉冲电路”)连接，所述HRG脉冲系统62配置成将测试信号引入到HRG配电系统60中。举例来说，在典型实施例中，测试信号呈脉冲电流44的形式且以0.5Hz到10Hz的频率以所要间隔产生。在图2中说明的实施例中，脉冲电路80包含脉冲开关或接触器40和配置成控制接触器40的操作的相关联的控制器82，以便在HRG配电系统60中产生脉冲电流44。在产生脉冲电流44时，通过(经由控制器82)控制(即，断开和闭合)脉冲接触器40周期性地部分短接接地电阻器34中的一个，以按所要间隔产生脉冲电流44。
如图2中所示出，根据本发明的一个实施例的，控制器82包含用于控制脉冲接触器40的脉冲计时器84。脉冲计时器84耦合到接地故障传感器37，使得接地故障传感器37可将指示已检测到接地故障的接地故障检测信号发送到脉冲计时器84。当接地故障传感器37将接地故障检测信号发送到脉冲计时器84时，脉冲计时器84通电且通过控制脉冲接触器40的操作来将脉冲电流44引入到HRG配电系统60中。以此方式，脉冲计时器84配置成响应于由接地故障传感器37进行的接地故障检测而将脉冲电流44自动引入到HRG配电系统60中。
控制器82还包含复位计时器86，所述复位计时器86配置成在预定量的时间之后自动使脉冲计时器84断电。复位计时器86耦合到接地故障传感器37，使得当接地故障传感器37检测到接地故障时，接地故障传感器37将接地故障检测信号发送到复位计时器86。在复位计时器86从接地故障传感器37接收到接地故障检测信号后，使复位计时器86通电以开始监测从复位计时器86接收到接地故障检测信号已经历了多长时间。在预定量的时间之后，复位计时器86使脉冲计时器84断电(且使自身断电)，使得脉冲接触器40受控，以便终止由脉冲电路80提供的脉冲电流。选择预定量的时间，使得接地故障定位系统64的IED 70、72的处理器74、76具有足够的时间检测脉冲电流44和识别接地故障的位置，即，处理器74、76在足够数目次循环(例如4到5次循环)期间接受三相电流测量结果。因此，在一些实施例中，预定量的时间可以是例如约10秒。
由于复位计时器86包含于HRG脉冲系统62的控制器82中，因此HRG脉冲系统62与接地故障定位系统64之间无需通信以指示脉冲计时器84可能断电。由于接地故障定位系统64与HRG脉冲系统62之间的通信无需包含于HRG配电系统60中，因此降低了与制造和安装HRG配电系统60相关联的成本。然而，由于HRG配电系统条件随时间推移而改变，因此可能需要添加高于最少时间量的额外脉冲时间。因此，虽然降低了制造成本，但由于额外脉冲时间对于接地故障定位可能不是必要的，因此脉冲接触器40可能受到额外磨损。
参看图3，示出根据本发明的另一实施例的包含HRG脉冲系统90的HRG配电系统88。HRG配电系统88包含类似于图1的HRG配电系统10和图2的HRG配电系统60的组件的数个组件，且因此用以指示图1和图2中的组件的编号还将用以指示图3中的类似组件。然而，HRG配电系统88的HRG脉冲系统90在结构和操作方面与图2的HRG脉冲系统62不同。
如图3中所示出，根据本发明的一个实施例，HRG脉冲系统90包含测试信号产生器92(即，“脉冲电路”)，所述测试信号产生器92结合到HRG脉冲系统90中且配置成将测试信号引入到HRG配电系统88中。举例来说，测试信号是脉冲电流44且以0.5Hz到10Hz的频率按所要间隔产生。在图3中所说明的实施例中，脉冲电路92包含提供以在HRG配电系统88中产生脉冲电流44的脉冲开关或接触器40和相关联控制器94。通过(经由控制器94)控制(即，断开和闭合)脉冲接触器40来周期性地部分短接HRG脉冲系统90的接地电阻器34中的一个，或替代地，连接接地电阻器34中的一个以及另一接地电阻器34，以按所要间隔产生脉冲电流44。控制器94可通过插入式接触器96任选地控制脉冲接触器40。如果脉冲接触器40需要控制器94无法适应的电压和/或电流，那么插入式接触器96可能是必要的。
逻辑电路97包含于HRG配电系统88中，实现对HRG脉冲系统90和IED 70、72的选择性控制。虽然此后具体参考“逻辑电路”，但应理解，其它类型的控制器被视为在本发明的范围内。逻辑电路97可呈中心逻辑电路的形式，其中逻辑电路97的所有组件为集中式的，或呈分布式逻辑电路的形式，其中逻辑电路97的一些组件远离其它组件。举例来说，逻辑电路97可包含远程输入/输出电路(未示出)。根据本发明的实施例，且如图3中的虚线中所示出，逻辑电路97可集成于显示器78中，作为用于经由通信线路103控制HRG配电系统88的“主智能仪表板”的部分，或可以是单独控制器(未示出)的部分或作为HRG脉冲系统90的控制器94的部分。替代地，逻辑电路97可以是由IED 70、72中的一个或多个控制的远程输入/输出电路。
逻辑电路97与HRG脉冲系统90的接地故障传感器37通信，使得接地故障传感器37可将指示已检测到接地故障的接地故障检测信号发送到逻辑电路97。当接地故障传感器37将接地故障检测信号发送到逻辑电路97时，逻辑电路97使控制器94控制脉冲接触器40(即，断开/闭合接触器40)以按所要频率将脉冲电流44引入到HRG配电系统88中。以此方式，逻辑电路97配置成响应于由接地故障传感器37进行的接地故障检测而使脉冲电流44自动引入到HRG配电系统88中。
在图3中所说明的实施例中，逻辑电路97与保护装置70、72(即，IED 70、72，例如继电保护装置)通信。逻辑电路97经由例如通信线路98、99、100、101等任何类型的适当有线或无线通信线路与IED 70、72通信。在一些实施例中，存储于IED 70、72的处理器74、76中或编程于IED 70、72的处理器74、76上以用于检测脉冲电流的脉冲电流检测逻辑在HRG配电系统88作用时始终作用。然而，在图3中所说明的实施例中，使处理器74、76的脉冲电流检测逻辑去激活，直到逻辑电路97将激活信号发射到IED 70、72为止。更具体地说，逻辑电路97在将脉冲电流44引入到HRG配电系统88中后就将激活信号发射到IED 70、72，每个相应IED 70、72的处理器74、76的脉冲电流检测逻辑在从逻辑电路97接收到激活信号后就激活。以此方式，将处理器74、76的脉冲电流检测逻辑控制成仅在将脉冲电流44引入到HRG配电系统88中时作用，使得IED 70、72作用最少时间量且不浪费HRG配电系统88中的电力。另外，通过操作处理器74、76以在将脉冲电流引入到HRG配电系统88中时仅监测由HRG脉冲系统90产生的脉冲电流，可降低处理器74、76的计算功率要求，使得较低成本处理器可实施于IED 70、72中。因此，在逻辑电路97发指令给HGR脉冲系统90以开始将脉冲电流44引入到HRG配电系统88中时，逻辑电路97还通过经由通信线路98、100将激活信号发送到IED 70、72来激活处理器74、76的脉冲电流检测逻辑。
当IED 70、72的处理器74、76中的任一个检测到脉冲电流时，检测到脉冲电流44的处理器74、76经由相关联的通信线路98、99、100、101将脉冲电流检测信号(即，反馈)发送到逻辑电路97。在图3的情况下，IED 70的处理器74将脉冲电流检测信号发送到逻辑电路97。在逻辑电路97从IED 70接收到脉冲电流检测信号后，逻辑电路97用以使控制器94控制脉冲接触器40，以便终止脉冲电流44(即，停止引入脉冲电流44)。另外，根据一个实施例，逻辑电路97经由通信线路98、99、100、101将去激活信号发送到IED 70、72以使处理器74、76的脉冲电流检测逻辑去激活，使得IED 70、72中的处理器74、76(或与其相关联的处理器)出于检测接地故障的目的停止处理电流数据。
由于逻辑电路97与IED 70、72通信以接收脉冲电流检测信号，因此逻辑电路97能够(经由控制器94)控制脉冲接触器40以最优方式引入脉冲电流44，即，始终存在充足但绝不过多的时间检测接地故障。也就是说，逻辑电路97控制脉冲接触件40以在定位接地故障所需的最小或最佳时间量内引入脉冲电流44，同时控制脉冲接触件40以在将接地故障定位到特定位置后就立即终止脉冲电流44。以此方式(经由逻辑电路97)进行的对脉冲接触器40的控制用于限制/减少HRG配电系统88中的瞬态过压，且减少脉冲接触器40上的磨损，这是因为认识到，脉冲接触器40在高频(例如，多达10Hz)下在断开位置与闭合位置之间的切换致使接触器操作计数快速增加。
参看图4且返回参看图2，示出用于检测和定位HRG配电系统60中的接地故障的方法102，方法102由HRG配电系统60中的或与HRG配电系统60相关联的HRG脉冲系统和接地故障检测系统执行，例如根据示例性实施例的HRG配电系统60的HRG脉冲系统62和接地故障检测系统64。当电力输入到HRG配电系统60中时，方法102开始于步骤104。在步骤106处，由HRG脉冲系统62的接地故障传感器37检测接地故障。在步骤108处，响应于从接地故障传感器37接收的接地故障检测信号，通过控制脉冲接触器40的控制器82的脉冲计时器84将脉冲电流44引入到HRG配电系统60中。在步骤110处，接地故障定位系统64的IED 70检测HRG配电系统60的配送网络24中的脉冲电流44，IED 70的处理器74分析由此在多个循环期间(从电流传感器66)接收的三相电流信号的测量结果，以识别三相电流信号中所关注的模式，以便检测脉冲电流。在步骤112处，IED 70将脉冲电流检测信号输出到显示器78以显示接地故障位于配送网络24中。
在进行步骤110和步骤112的方法的同时，在步骤114处HRG脉冲系统62的控制器82的复位计时器86使脉冲计时器84断电以使脉冲计时器84停止控制脉冲接触器40引入脉冲电流44。如上文所阐述，复位计时器86配置成在预定时间量之后使脉冲计时器84自动断电，选择此预定时间量，使得IED 70的处理器74具有足够时间检测脉冲电流44和识别接地故障的位置。
参看图5且返回参看图3，示出用于检测和定位HRG配电系统88中的接地故障的方法116，方法116由HRG配电系统88中的或与HRG配电系统88相关联的HRG脉冲系统和接地故障检测系统执行，例如根据示例性实施例的HRG配电系统88的HRG脉冲系统90和接地故障检测系统64。当电力输入到HRG配电系统88中时，方法116开始于步骤118。在步骤120处，由HRG脉冲系统88的接地故障传感器37检测接地故障。在步骤122处，响应于从接地故障传感器37接收的接地故障检测信号，通过(经由控制器94)控制脉冲接触器40的HRG脉冲系统88的逻辑电路97将脉冲电流44引入到HRG配电系统88中。同样在步骤122处，响应于从接地故障传感器37接收的接地故障检测信号，逻辑电路97激活接地故障定位系统64的处理器74、76的脉冲电流检测逻辑，使得处理器74、76可开始监测和分析电流数据，以检测脉冲电流。在步骤124处，接地故障定位系统64的IED 70检测HRG配电系统88的配送网络24中的脉冲电流44，IED 70的处理器74分析由此在多个循环期间(从电流传感器66)接收的三相电流信号的测量结果，以识别三相电流信号中所关注的模式，以便检测脉冲电流且提供接地故障的定位。
在步骤126处，在经由脉冲电流44的检测而定位接地故障后，IED 70就将脉冲电流检测信号输出到显示器78以显示接地故障位于配送网络24中，接着在步骤128处，显示器78产生指示接地故障位于配送网络24中的图像。在步骤126处，在经由脉冲电流44的检测而定位接地故障后，IED 70就还将提供为反馈的脉冲电流检测信号输出到逻辑电路97。在步骤130处，响应于从IED 70接收到脉冲电流检测信号，逻辑电路97使自身断电(即，停止控制脉冲接触器40引入脉冲电流44)且还使处理器74、76的脉冲电流检测逻辑去激活，终止脉冲电流44用以限制/减少HRG配电系统88中的瞬态过压和脉冲接触器40上的磨损。
有益的是，本发明的实施例因此提供具有多个配送网络及其相关联的负载的HRG配电系统中自动接地故障检测和定位的系统和方法，本文中所利用的HRG脉冲系统受控以将脉冲电流自动引入到分配系统中且终止到分配系统中的脉冲电流。HRG脉冲系统响应于接地故障检测自动通电以将脉冲电流引入到HRG配电系统中，且在经由基于计时器的终止或基于逻辑的反馈回路定位接地故障之后断电。相比于需要操作者手动使HRG脉冲系统通电/断电的现有HRG脉冲系统，本发明的实施例解除手动使HRG脉冲系统通电、手动定位接地故障和手动使HRG脉冲系统断电的需要。在一个实施例中，由于不需要HRG脉冲系统与接地故障定位系统之间的通信，因此降低了制造和设施成本。在另一实施例中，HRG脉冲系统与接地故障定位系统之间的通信用以使HRG脉冲系统和接地故障定位系统操作最优时间量，因此减小对系统的磨损、降低系统的操作成本，且提高系统可靠性。
根据本发明的一个实施例，用于定位HRG配电系统中接地故障的系统包含：HRG脉冲系统，具有配置成检测接地故障的接地故障传感器；脉冲接触器，配置成将脉冲电流引入到HRG配电系统中；以及控制器，配置成响应于由接地故障传感器进行的接地故障检测而自动控制脉冲接触器以将脉冲电流引入到HRG配电系统中。HRG配电系统还包含多个电流传感器，所述多个电流传感器适于监测存在于HRG配电系统的导体上的三相电流信号，其中多个电流传感器位于HRG配电系统中包含的许多配送网络上且在每个相应配送网络上包含的保护装置处。HRG配电系统进一步包含处理器，所述处理器与每个保护装置相关联且可操作地连接到保护装置处的电流传感器以从电流传感器接收信号，以用于识别HRG配电系统中接地故障的位置。
根据本发明的另一实施例，用于自动检测和定位高电阻接地(HRG)配电系统中接地故障的方法包含在HRG配电系统中的许多配送网络中的每一个上提供保护装置，每个配送网络具有连接到其上的三相负载。方法还包含在每个保护装置处提供电流传感器，经由HRG脉冲系统检测HRG配电系统中的接地故障，响应于接地故障检测而自动控制HRG脉冲系统以将脉冲电流引入到HRG配电系统中，以及经由电流传感器监测在每个保护装置处的电流以收集三相电流数据。方法进一步包含将电流数据输入到与每个保护装置相关联的处理器，以及经由输入到相应保护装置的处理器的电流数据检测数个配送网络的相应配送网络上的三相电流数据中的脉冲电流，以便将HRG配电中的接地故障定位到相应配送网络。
根据本发明的又一实施例，提供用于响应于接地故障检测而将脉冲电流自动引入到HRG配电系统中的HRG脉冲系统。HRG脉冲系统包含：接地故障传感器，配置成检测HRG配电系统中的接地故障；脉冲接触器，可选择性地控制以将脉冲电流引入到HRG配电系统中；以及控制器，配置成响应于由接地故障传感器进行的接地故障检测而控制脉冲接触器以将脉冲电流引入到HRG配电系统中。
已就优选实施例描述了本发明，且应认识到，除明确规定的那些内容以外，等效物、替代方案和修改是可能的且在所附权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种用于定位高电阻接地(HRG)配电系统(60)中接地故障的系统(64)，所述系统(64)包括：
HRG脉冲系统(62)，包括：
接地故障传感器(37)，配置成检测接地故障；
脉冲接触器(40)，配置成将脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中；以及
控制器(82)，配置成响应于由所述接地故障传感器(37)进行的接地故障检测而自动控制所述脉冲接触器(40)以将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中；
多个电流传感器(66、68)，适于监测存在于所述HRG配电系统(60)的导体(18、20、22)上的三相电流信号，其中所述多个电流传感器(66、68)位于所述HRG配电系统(60)中包含的数个配送网络(24、26)上且在每个相应配送网络(24、26)上包含的保护装置(70、72)处；以及
处理器(74、76)，与每个保护装置(70、72)相关联且可操作地连接到所述保护装置处的所述电流传感器(66、68)以从所述电流传感器(66、68)接收信号，以用于识别所述HRG配电系统(60)中接地故障的位置；
其中所述HRG脉冲系统(62)的所述控制器(82)包括：
脉冲计时器(84)，配置成响应于由所述接地故障传感器(37)进行的接地故障检测而控制所述脉冲接触器(40)以将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中；
所述系统的特征在于，所述控制器还包括：
复位计时器(86)，配置成在所述脉冲计时器(84)控制所述脉冲接触器(40)以将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中之后使所述脉冲计时器(84)断电预定时间。
2.根据权利要求1所述的系统(64)，其中所述HRG脉冲系统(62)的所述控制器(82)配置成在将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中后就将激活信号发射到所述保护装置(70、72)。
3.根据权利要求2所述的系统(64)，其中在从所述控制器(82)接收到指示已将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中的所述激活信号后就激活每个相应保护装置(70、72)的所述处理器(74、76)的脉冲电流检测逻辑，所述处理器(74、76)监测当激活所述脉冲电流检测逻辑时由所述HRG脉冲系统(62)产生的所述脉冲电流。
4.根据权利要求1所述的系统(64)，其中所述接地故障传感器(37)包括过压继电器和过流继电器中的一个。
5.根据权利要求1所述的系统(64)，进一步包括显示器(78)，所述显示器配置成响应于由所述数个配送网络(24、26)中的配送网络(24、26)的保护装置(70、72)的处理器(74、76)进行的接地故障检测而显示接地故障的位置。
6.一种用于自动检测和定位高电阻接地(HRG)配电系统(60)中接地故障的方法，所述方法包括：
在所述HRG配电系统(60)中的数个配送网络(24、26)中的每一个上提供保护装置(70、72)，每个配送网络(24、26)具有连接到其上的三相负载(28)；
在每个保护装置(70、72)处提供电流传感器(66、68)；
经由HRG脉冲系统(62)检测所述HRG配电系统(60)中的接地故障；
响应于所述接地故障检测而自动控制所述HRG脉冲系统(62)以将脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中；
经由所述电流传感器(66、68)监测在每个保护装置(70、72)处的电流，以收集三相电流数据；
将所述电流数据输入到与每个保护装置(70、72)相关联的处理器(74、76)；以及
经由输入到所述相应保护装置(70、72)的所述处理器(74、76)的所述电流数据检测所述数个配送网络(24、26)的相应配送网络(24、26)上的所述三相电流数据中的所述脉冲电流，以便将所述HRG配电中的接地故障定位到所述相应配送网络(24、26)；
所述方法的特征在于，
在所述HRG脉冲系统(62)开始将所述脉冲电流引入到所述HRG配电系统(60)中之后使所述HRG脉冲系统(62)的脉冲计时器(84)和复位计时器(86)将所述HRG脉冲系统(62)断电预定时间，以便终止所述脉冲电流。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在显示器(78)上指示在其中检测到所述脉冲电流的所述配送网络(24、26)。
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