CN108473057A - 用于监视电力系统中的电绝缘电阻的方法和系统 - Google Patents

用于监视电力系统中的电绝缘电阻的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及监视电力系统(3)中的电绝缘电阻的方法，该方法包括：从外部电源经第一导体(5)和第二导体(6)(4)供应电力；把电力经第一集流器(7)和第二集流器(8)馈送到电力系统(3)，第一和第二集流器中的每个被配置成分别经由第一主接触器(10)和第二主接触器(11)电连接到电力系统(3)；以及借助与控制单元(12)相关联并连接到主接触器(10、11)中每个的绝缘电阻监视单元(16)监视绝缘电阻。方法进一步包括：当集流器(7、8)从导体(5、6)断开时维持主接触器(10、11)处于闭合状态，从而允许监视绝缘电阻；断开主接触器(10、11)并随后将集流器(7、8)连接到导体(5、6)；以及闭合主接触器(10、11)，从而允许监视绝缘电阻。本发明还涉及一种用于监视电力系统中的电绝缘电阻的装置。

Description

用于监视电力系统中的电绝缘电阻的方法和系统
技术领域
本发明涉及监视电力系统中的电绝缘电阻的方法。该方法包括：从外部电源经由第一导体和第二导体供应电力；把电力经由第一集流器和第二集流器馈送到所述电力系统，第一集流器和第二集流器的每个被配置成分别经由第一主接触器和第二主接触器电连接到所述电力系统；以及利用与控制单元相关联并且连接到所述主接触器中每个的绝缘电阻监视单元监视所述绝缘电阻。
本发明还涉及监视电力系统中的电绝缘电阻的装置，该装置经由第一导体和第二导体连接到外部电源。所述装置包括：第一集流器和第二集流器，其每个被配置成电连接到所述导体并且用于经由第一主接触器和第二主接触器将所述电力馈送到所述电力系统；以及绝缘电阻监视单元，其与控制单元相关联并且连接到所述主接触器中的每一者以用于监视所述绝缘电阻。
本发明可应用于诸如汽车、卡车、公共汽车和施工设备等车辆中。
虽然下文将相对于电动公共汽车形式的应用来描述本发明，但本发明不限于这种特定类型的车辆，而是可在其它车辆中使用。所述车辆可为电动车辆或混合动力车辆。
背景技术
在车辆领域中，使用替代能源即作为对常规内燃机的替选方案已经变得越来越普遍。明确地说，电动车辆已经成为极有前途的方案。
电动车辆可单独地利用电机来推进或利用包括电机和内燃机两者的装置来推进。后者类型被称为混合动力车辆(HEV)，并且可按如下方式使用，即在市区之外行驶时使用内燃机操作车辆，而在市区中或在需要限制诸如一氧化碳和氮氧化物等有害污染物排放的环境中使用电机。此外，混合动力车辆采用具有向电机提供电力的可再充电电池组的电能存储系统。
存在可利用诸如电机等牵引单元来操作的其它类型的车辆，例如，有轨电车和列车(即，在铺设于地面上的轨道中运行的有轨车辆)以及公共汽车和运输车辆(其通常不是有轨的)。此类车辆可通过架空电流导体即电力接触电线来供电，所述架空电流导体形成向车辆中的电机供应电力的外部电源的一部分。出于这个原因，所述车辆被提供有集流器，诸如受电弓，其定位在车辆的车顶上并且被配置用于在操作期间与所述电流导体接触。在这些类型的车辆中，通常不需要任何可再充电电池组，因为在车辆的操作期间连续地向电机供电。
总之，具有电机的车辆——单独使用电机的车辆或混合动力车辆——需要从外部电源供应电力。电力用于对能量存储系统进行充电或用于直接推进车辆。此外，外部电源可呈常见电网电力系统的形式，其可经由(例如)常规架空电流导体(如上提及)来接入。替选地，外部电源可为特别适合作为车辆的电源的独立单元。
外部电源向机载电力系统提供电力，所述机载电力系统的用途是控制车辆的某些电气功能，尤其是为了控制电机的操作。
对于具有上述种类的电力装置的车辆，监视机载电力系统的电绝缘电阻是非常重要的。更确切地说，必须监视并仔细分析(例如)两个架空导体之间的绝缘电阻。绝缘电阻监视的一般目的是提供控制功能，其指示车辆的电力系统的状态，尤其是用于控制满足规范并且用于识别可能需要更换的任何故障部件。例如，由于不恰当的绝缘或接地引起的电绝缘电阻不足可造成部件损坏并且还可成为安全隐患。
在涉及具有电机并且由外部电源供电的车辆的情形中，通常有必要监视机载电力系统即第一电力网的绝缘电阻以及连接到所述外部电源的集流器即第二电力网之间的绝缘电阻两者。先前已知使用与第一电力网相关联的绝缘电阻监视单元和与第二电力网相关联的另一绝缘电阻监视单元来监视电力系统的绝缘电阻。针对两个不同电力网使用不同绝缘电阻监视单元的事实是基于对在多个监视单元连接到同一电力网的情况下其可能会干扰彼此的测量值的洞察。
出于这个原因，先前方案是使用中继设备，其被配置成在多个受监视电力网连接在一起的情况下在物理上断开一个监视单元。然而，这将导致额外部件和附加成本。另外，其可能导致关于是否真正关闭特定绝缘监视断开中继器的不确定性。如果没有，则可能无法准确地检测潜在绝缘故障。
基于上述缺点，与现有技术相关联的问题是减少必要的绝缘检测设备的数量，从而降低此类系统的成本和复杂性。
此外，专利文献JP 2012-223020教示一种用于监视车辆中的电绝缘电阻的系统，其在车辆与能够连接到外部电源的受电弓之间具有接触器。此外，电绝缘检测设备能够连接到受电弓。然而，即使JP 2012-223020针对于绝缘电阻监视领域，但依然需要能够使用少量绝缘监视单元在若干电力网中监视绝缘电阻而仍提供准确监视所借助的改进方法和系统。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种用于绝缘电阻监视的改进方法和系统，其涉及具成本效率并且准确的测量方法和装置。
一般来说，上述目的利用根据权利要求1所述的用于监视电力系统中的电绝缘电阻的方法来获得。所述方法包括：从外部电源经由第一导体和第二导体供应电力；将所述电力经由第一集流器和第二集流器馈送到所述电力系统，所述第一集流器和所述第二集流器中的每个被配置成分别经由第一主接触器和第二主接触器电连接到所述电力系统；以及利用绝缘电阻监视单元监视所述绝缘电阻，该绝缘电阻监视单元与控制单元相关联并且连接到所述主接触器中每个。所述方法进一步包括：当集流器从所述导体断开时维持所述主接触器处于闭合状态，从而允许监视绝缘电阻；断开所述主接触器并且随后将集流器连接到导体；以及关闭所述主接触器，从而允许监视绝缘电阻。
利用本发明，获得某些优点。主要可提到的是，获得用于绝缘电阻监视的改进方法，因为其使用最小数量的部件提供准确且具成本效益的监视。
根据实施例，在将集流器连接到导体的步骤之后但在闭合主接触器的步骤之前，所述方法包括激活预充电单元的步骤。这意味着预充电单元可用于提供电力系统的特殊启动模式，其中初始限制来自外部电源的电力的电流。以此方式，可保护接触器和其它电力部件。根据实施例，所述方法包括通过闭合与所述第二主接触器并联连接的开关来激活预充电单元的步骤。
此外，根据实施例，所述方法包括经由第一架空电压线和第二架空电压线或经由沿地面布置的导体从外部电源供应电力的步骤。因而，在电力系统的操作期间以有效方式从合适的导体装置向车辆提供电力。根据特定实施例，本发明包括利用第一受电弓和第二受电弓向电力系统馈送电力。受电弓是用于在不同类型的车辆上收集电流的稳固且有效的设备。
上述目的还利用根据权利要求9所述的用于监视电力系统中的电绝缘电阻并且经由第一导体和第二导体连接到外部电源的装置来获得。所述装置包括：第一集流器和第二集流器，其每个被配置成经由第一主接触器和第二主接触器电连接到所述导体并且把电力馈送到所述电力系统；以及绝缘电阻监视单元，其与控制单元相关联并且连接到所述主接触器中的每个以监视所述绝缘电阻。此外，所述控制单元被配置在集流器从所述导体断开时维持所述主接触器处于闭合状态，从而监视绝缘电阻；用于断开所述主接触器并且随后将集流器连接到导体；以及用于闭合所述主接触器，从而监视绝缘电阻。
在以下描述和附属权利要求项中公开本发明的进一步优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下文是对作为实例叙述的本发明的实施例的更详细描述。其中
图1示出可使用本发明的车辆的简化透视图；
图2是根据本发明实施例的监视电绝缘电阻的装置的示意图；
图3是对应图2但示出处于第一替选操作状况下的装置的示意图；
图4是对应图2但示出处于第二替选操作状况下的装置的示意图；
图5是对应图2但示出处于第三替选操作状况下的装置的示意图；
图6是对应图2但示出处于第四替选操作状况下的装置的示意图；
图7是示出本发明的实施例的操作的流程图。
具体实施方式
下文将参考附图更全面地描述本公开的不同方面。然而，本文所公开的方法和系统可以许多不同形式来实现，并且不应被理解为限于本文所陈述的方面。
初始参考图1，其示出公共汽车1形式的车辆的简化透视图，所述车辆根据该实施例被配置成利用电机2来操作。此外，电机2与机载电力系统3相关联，所述机载电力系统3在图1中示意性地示出并且将在下文中更详细地描述。
电力系统3的用途是通过以合适方式分配电能来控制车辆1的电力推进，并且还控制电机2和其它相关部件的操作。此外，电力系统3被布置用于向车辆1中的其它辅助电力部件诸如加热和通风设备等提供电力。出于这个目的，利用来自外部电源4的电流对电力系统3供电。更确切地说，外部电源4包括第一电流导体5和第二电流导体6，其根据实施例被布置为一对架空导体。导体5、6被配置用于传导具有特定电压的充电电流。根据实施例，第一导体5与第二导体6之间的额定电压为600V DC。
导体5、6经由布置在车辆1上的第一集流器7和第二集流器8连接到电力系统3。集流器7、8根据实施例由两个受电弓(pantograph)构成，受电弓安装在公共汽车1的车顶上并且被布置成分别与第一导体5和第二导体6形成接触。以此方式，车辆1的机载电力系统3可被供应电力，如下面将进一步解释的。
应当注意，图1示出呈简化形式的车辆1。根据实施例，车辆1被布置为仅利用电机2进行操作。可在车辆中使用电机以操作一个或多个车轮的方式先前本身就已知，并且出于这个原因，此处不再更详细地描述。
根据另一实施例(图中未示出)，车辆可为混合动力车辆，例如，所谓的插电式混合动力类型，其配备有经由离合器连接到彼此的内燃机和电机。可接着交替地或并行地使用内燃机和电机两者来操作车辆。在混合动力型车辆的情况下，还通常提供可再充电电能存储系统，其包括电池组。此外，本发明可在仅由电力提供动力的车辆中使用。在此类情况下，车辆可被提供有受电弓，其连接到架空导体用于对电池组充电，使得车辆可在没有连接到外部电源的情况下行驶特定距离。
电池组提供具有所需电压电平的输出DC电压。在车辆包括可充电电池组的实施例中，车辆可被布置为使得在例如在充电站处，诸如在公车总站或类似位置处车辆静止不动时发生电池组的充电。替选地，可在车辆的操作期间实行充电，尤其是在受电弓用于将电池组连接到外部电源的情况下。
如上所述，车辆1包括机载电力系统3，其被配置成经由导体5、6从外部电源4馈送电力。电力系统3此外被布置用于利用反相器将导体5、6上的传入电压变换为适合于电机2的电压，通常600V AC。电力系统3还被配置用于将输入电压变换为适合于车辆中的辅助负载(例如，加热器、通风设备等)的电平，通常24V DC。此外，电力系统3被布置用于控制车辆1的传动系的电机2和其它部件的操作。根据实施例，受电弓7、8和架空电线5、6被布置为在车辆1的操作期间形成接触。
即使本公开参考公共汽车形式的车辆1，但本发明可通常在利用至少电机操作的几乎任何类型的车辆中实施。此类车辆包括轿车、公共汽车、有轨电车、运输车辆和列车。
关于导体，可值得注意的是，其可被布置为架空电线。替选地，本发明可使用沿路面布置的电流传导电轨形式的导体来实施。这种装置被配置成与一个或多个集流器协作，一个或多个集流器能够移动并且朝向地面降低，并且可被配置成在车辆的操作期间与所述电流传导电轨连接。本发明还可利用其它类型的导体来实施，例如，沿车辆的侧面布置并且与车辆上的合适集流器对应的电流电线。
现将参考图2更详细地描述本发明的实施例，图2是包括上述电机2、电力系统3、集流器7、8以及被提供用于监视所述电力系统3中的电绝缘电阻的某些另外部件的装置9的安排。
如上文解释，外部电源4设置有第一导体5和第二导体6，其根据实施例构成用于具有量值600V的电压的导体。第一集流器7经由第一主接触器10连接到电力系统3的第一输入端子，而第二集流器8经由第二主接触器11连接到电力系统3的第二输入端子。主接触器10、11中的每一者构成含有可控开关的高电流中继器。接触器10、11两者连接到控制单元12，其被配置成控制每个开关的状况。
根据实施例，预充电单元13与第二主接触器11并联连接。预充电单元13的用途是当集流器7、8连接到导体5、6时立即起始电力系统3的启动模式。在这个启动模式期间，对来自外部电源4的供应电力进行电流限制以使得获得输入电压在初始阶段期间的受控上升时间是非常重要的。没有此类“预充电”，跨接触器10、11施加的高电压可造成可损坏接触器10、11和电力系统3的部件的电弧。因而，预充电单元13的用途是在上述上电阶段期间限制涌入电流。
为了致动预充电单元13，其包括与电阻器15串联连接的具有可控开关的预充电接触器14。预充电接触器14按照与两个上述接触器10、11类似的方式连接到控制单元12。
此外，控制单元12包括绝缘电阻监视单元16。控制单元12连接到底盘接地点，但这未在图中示出。如最初提及，对与机载电力系统3和受电弓7、8相关联的绝缘电阻进行监视是重要的。出于这个原因，绝缘电阻监视单元16以某种方式进行配置以确保两个受电弓7、8与地面之间、替选地在电力系统3的输入端子与地面之间的电绝缘足够高。这利用绝缘电阻监视单元16来实现，所述绝缘电阻监视单元16被配置用于测量绝缘电阻。在实践中，这意味着绝缘电阻应当尽可能接近无限大。通过绝缘电阻的这种监视，可确定电力系统3或受电弓7、8是否含有任何缺陷部件、不恰当电绝缘、疏忽接地或短路或者类似电缺陷。绝缘电阻监视单元16可被配置成在所检测的绝缘电阻低于预定阈值的情况下发起突发紧急情况信号。
绝缘电阻监视单元16与控制单元12相关联，并且在受电弓7、8与导体5、6的连接和断开期间，控制单元12被配置成断开和闭合形成第一主接触器10、第二主接触器11和预充电单元13的部分的开关。出于这个目的，控制单元12还被配置用于控制受电弓7、8的位置，即，以某种方式使得其可电连接到导体5、6以及从导体5、6断开。应当注意，图2示出受电弓7、8处于其从导体5、6断开的状况下。根据现将描述的特定顺序利用控制单元12实行用于控制受电弓7、8的连接和断开状况并且还用于控制第一主接触器10、第二主接触器11和预充电单元13的过程。
如图2中所指示，从第一导体5和第二导体6供应电力使得经由第一集流器7以及经由第二集流器8对电力系统3进行馈送。根据实施例由受电弓构成的集流器7、8分别经由第一主接触器10和第二主接触器11连接到电力系统3。图2示出集流器7、8从两个导体5、6断开的状况。在这个状况下，第一主接触器10和第二主接触器11处于其闭合状况下，并且监视电力系统3包括集流器7、8的绝缘电阻。根据图2中的实施例，还闭合预充电接触器14。只要主接触器10、11被维持处于其闭合状况下，支持电力系统3的绝缘电阻的监视。
当希望将电力系统3连接到外部电源时，将主接触器10、11设置在其断开状况下。这在图3中示出，图3还示出预充电接触器14被设置在其断开状况下。图4中示出下一个步骤即集流器7、8接着通过利用控制单元12进行控制来连接到对应导体5、6，同时接触器10、11、14被维持在其断开状况下。
随后，根据图5所示的实施例，预充电接触器14与第一主接触器10闭合在一起，从而起始预充电阶段，如上所述，所述预充电阶段预期限制从外部电源4供应的电力，使得在预充电阶段期间获得输入电压的受控上升时间。更确切地说，预充电接触器14的闭合将电阻器15与第二主接触器11并联连接。
图6中示出下一个步骤，其中闭合第二主接触器11，这结束预充电阶段并且将导体5、6两者连接到机载电力系统3。在这个状况下，在电力系统3的操作期间还存在对绝缘电阻的监视。
以相反方式实行将电力系统3从外部电源4断开。首先，将主接触器10、11和预充电接触器14设置在其断开状况下。接下来，将集流器7、8从导体5、6断开。最后，将主接触器10、11和预充电接触器14设置在其闭合状况下以便监视电绝缘电阻。
图7是示出根据本发明的实施例的程序的流程图。初始，系统处于外部电源4未连接到机载电力系统3的状况下(在图7中指示为“步骤17”)。这个操作状况对应于图2的公开内容，即，监视电力系统3的绝缘电阻。
接下来，将主接触器10、11设置在其断开状况下(步骤18)作为用于将电力系统3连接到外部电源4的准备。在装置9包括预充电单元13的实施例中，在这个阶段期间还将预充电接触器14设置在其断开状况下(步骤18a)。
接下来，将第一集流器7和第二集流器8分别连接到第一导体5和第二导体6(步骤19)。这在将接触器10、11、14维持在其断开位置中的同时执行。
所述过程的下一个步骤是闭合第一主接触器10(步骤20)。任选地，在包括预充电单元13的实施例中，还闭合预充电接触器14(步骤19a)，此后闭合第二主接触器11。以此方式，在电力系统3和车辆1的操作期间获得对绝缘电阻的继续监视(步骤21)。
以相反方式实行将集流器7、8从外部电源4断开，如上文解释。
应当理解，本发明不限于上文描述并且附图示出的实施例；而是，技术人员将认识到，可在所附权利要求书的范围内做出许多改变和修改。
例如，图2至6所示的实施例包括上述预充电单元13。然而，应当注意，本发明不限于此类实施例，而是可包括或不包括此类预充电单元。
此外，本发明可与如上所述的呈架空电线形式的电导体或与布置在地平面处的导体诸如导电铁轨或轨道一起使用。在后种情况下，所使用的集流器呈活动触点的形式，其在操作期间连续地与导体铁轨接触。本发明还可与沿车辆的侧面布置的电线一起实施。
另外，本发明适合于具有连续地与外部电源接触的集流器的车辆并且适合于使用以特定时间间隔充电的可再充电电池系统的那些车辆。
最后，本发明可在有轨和无轨的种类的电动车辆中实施。

Claims (16)

1.一种用于监视电力系统(3)中的电绝缘电阻的方法，所述方法包括：
-从外部电源(4)经由第一导体(5)和第二导体(6)供应电力；
-把所述电力经由第一集流器(7)和第二集流器(8)馈送到所述电力系统(3)，所述第一集流器(7)和所述第二集流器(8)的每个被配置成分别经由第一主接触器(10)和第二主接触器(11)电连接到所述电力系统(3)；以及
-利用绝缘电阻监视单元(16)监视所述绝缘电阻，该绝缘电阻监视单元(16)与控制单元(12)相关联并且连接到所述主接触器(10、11)的每个；
其特征在于，所述方法进一步包括：
-当所述集流器(7、8)从所述导体(5、6)断开时维持所述主接触器(10、11)处于闭合状态，从而允许监视所述绝缘电阻；
-断开所述主接触器(10、11)并且随后把所述集流器(7、8)连接到所述导体(5、6)；以及
-闭合所述主接触器(10、11)，从而允许监视所述绝缘电阻。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
-在所述的把所述集流器(7、8)连接到所述导体(5、6)的步骤之后但在所述的闭合所述主接触器(10、11)的步骤之前激活预充电单元(13)。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：
-通过闭合与所述第二主接触器(11)并联连接的开关(14)来激活所述预充电单元(13)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-监视具有车辆(1)的电压供应系统形式的电力系统(3)中的电绝缘电阻。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-经由第一架空电压线(5)和第二架空电压线(6)或经由沿地面布置的导体从所述外部电源(4)供应电力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-利用第一受电弓(7)和第二受电弓(8)把电力馈送到所述电力系统(3)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-利用所述控制单元(12)控制所述主接触器(10、11)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：
-当所述集流器(7、8)连接到所述导体(5、6)时维持所述主接触器(10、11)处于闭合状态，从而允许监视所述绝缘电阻；
-断开所述主接触器(10、11)并且随后把所述集流器(7、8)与所述导体(5、6)断开连接；以及
-闭合所述主接触器(10、11)，从而允许监视所述绝缘电阻。
9.一种用于监视电力系统(3)中的电绝缘电阻的装置(9)，并且该装置经由第一导体(5)和第二导体(6)连接到外部电源(4)，所述装置包括：第一集流器(7)和第二集流器(8)，所述集流器的每个被配置成经由第一主接触器(10)和第二主接触器(11)电连接到所述导体(5、6)并且把电力馈送到所述电力系统(3)；以及绝缘电阻监视单元(16)，该绝缘电阻监视单元与控制单元(12)相关联并且连接到所述主接触器(10、11)的每个以用于监视所述绝缘电阻；其特征在于，所述控制单元(12)被配置：当所述集流器(7、8)从所述导体(5、6)断开时维持所述主接触器(10、11)处于闭合状态，从而监视所述绝缘电阻；断开所述主接触器(10、11)并随后把所述集流器(7、8)连接到所述导体(5、6)；并且闭合所述主接触器(10、11)，从而监视所述绝缘电阻。
10.根据权利要求9所述的装置(9)，其中，所述装置包括预充电单元(13)，该预充电单元(13)具有串联的可控开关(14)和电阻(15)，所述预充电单元(13)与所述第二主接触器(11)并联耦接。
11.根据权利要求9或10所述的装置(9)，其中所述电力系统(3)由车辆(1)中的电压供应系统构成。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置(9)，其中所述第一集流器(7)和所述第二集流器(8)中的每个由受电弓构成。
13.一种车辆(1)，其包括根据权利要求9至12中任一项所述的用于监视电力系统(3)中的电绝缘电阻的装置。
14.一种计算机程序，其包括用于当在计算机上运行所述程序时执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法步骤的程序代码装置。
15.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括用于当在计算机上运行所述程序产品时执行根据权利要求1至8中任一项所述的步骤的程序代码装置。
16.一种控制单元(12)，其用于监视电力系统(3)中的电绝缘电阻并且被配置成执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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