CN110780224A - 接地故障检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种接地故障检测电路及装置。接地故障检测电路包括：电阻分压支路，电阻分压支路包括采样电阻和至少一个分压电阻，至少一个采样电阻的第一端分别与待检测电路中至少一个支路对应连接，至少一个分压电阻的第二端并联连接与采样电阻的第一端连接，采样电阻的第二端接地；信号采样支路，信号采样支路与采样电阻连接，并采集采样电阻上的电信号。采用本发明的技术方案，能够在待检测电路发生接地故障时，有效地检测到故障接地端和电阻分压支路形成的回路中的电信号，从而方便根据采集的电信号判断待检测电路是否发生接地故障，在使用较低成本的情况下实现对接地故障的精确检测。

Description

接地故障检测电路及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及接地故障检测电路及装置。

背景技术

IT系统(Isolation terra system，不接地系统)中常见的三相变频器、变流器等电器设备的工作过程，都包括整流环节、直流母线环节和逆变环节，这三个环节中的任意一点发生接地故障时，设备都会出现异常，设备应该发出报警或故障提示，但是，由于单点接地故障通常不会影响设备的正常运行，造成通过检测相间电压和主回路的电流信号等方式检测接地故障，很难判断是否发生接地故障，需要采用较为精密的专用检测设备才能检测出接地故障，检测成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供接地故障检测电路及装置，以解决现有技术中接地故障检测成本较高的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种接地故障检测电路，包括：电阻分压支路，所述电阻分压支路包括采样电阻和至少一个分压电阻，所述至少一个分压电阻的第一端分别与待检测电路中至少一个支路对应连接，所述至少一个分压电阻的第二端并联连接后与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端接地；信号采样支路，所述信号采样支路与所述采样电阻连接，并采集所述采样电阻上的电信号。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述待检测电路包含依次连接的整流电路、直流母线电路、逆变电路；所述至少一个分压电阻的第一端分别与所述整流电路的输入端、所述直流母线、所述逆变电路的输出端中的至少一个对应连接。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述整流电路的输入端为三相输入端，所述逆变电路的输出端为三相输出端，所述直流母线包括正、负直流母线；所述至少一个分压电阻的第一端与所述整流电路的三个单相输入端，所述正、负直流母线，所述逆变电路的三个单相输出端中的至少一个对应连接。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述分压电阻的数量为至少二个，所述至少二个分压电阻的第一端分别与所述整流电路的三个单相输入端，所述正、负直流母线，所述逆变电路的三个单相输出端中的至少二个一一对应地连接；所述至少二个分压电阻的第二端并联连接后与所述采样电阻的第一端连接。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述待检测电路包括多个级联的单元电路，各所述单元电路包含依次连接的整流电路、直流母线电路、逆变电路；或者，所述待检测电路包括依次连接的整流单元、直流母线电路、逆变电路，所述整流单元包括多个级联的整流电路。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述信号采样支路包括电压采样支路，所述电压采样支路连接在所述采样电阻的两端，并采集所述采样电阻两端的电压数据。

在接地故障检测电路的一种示意性实施例中，所述信号采样支路包括电流采样支路，所述电流采样支路串联连接在所述采样电阻第一端或第二端，并采集所述采样电阻上的电流数据。

本发明的实施例还提供一种接地故障检测装置，所述接地故障检测装置包括前述任一项本发明实施例的接地故障检测电路，以及处理器，所述处理器与所述接地故障检测电路中的信号采样支路连接，并根据所述信号采样支路采样的电信号判断所述待检测电路是否发生接地故障。

在接地故障检测装置的一种示意性实施例中，所述处理器在所述电信号在预设时长内的变化量达到预设阈值时，确定所述待检测电路发生接地故障。

在接地故障检测装置的一种示意性实施例中，所述接地故障检测装置还包括：报警器，所述报警器与所述处理器连接，并在所述处理器判断所述待检测电路发生接地故障时发出报警信息。

在接地故障检测装置的一种示意性实施例中，所述接地故障检测装置为变流设备或变频设备。

本发明实施例的接地故障检测电路及装置，通过设置连接在待检测电路和接地端之间的电阻分压支路，以及检测采样电阻上的电信号的信号采样支路，可以在待检测电路发生接地故障时，有效地检测到故障接地端和电阻分压支路形成的回路中的电信号，从而可根据采集的电信号的值以及电信号的变化等来准确地判断出待检测电路是否发生接地故障，无需采用较为精密的专用检测设备即可进行接地故障检测，在使用较低成本的情况下实现了对接地故障的精确检测。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明一实施例提供的待检测电路的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的电路系统的第一结构示意图；

图3为图1的三相共模等效电路图；

图4为图2的三相共模等效电路图；

图5为本发明一实施例提供的接地故障检测电路的第一应用状态示意图；

图6为本发明一实施例提供的接地故障检测电路的第一结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的接地故障检测电路的第二应用状态示意图；

图8a至图8f分别为本发明一实施例提供的电路系统的第二至第七结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的接地故障检测电路的第三结构示意图；

图10为本发明一实施例提供的电路系统的第八结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

本发明实施例的接地故障检测电路包括电阻分压支路和信号采样支路，电阻分压支路包括采样电阻和至少一个分压电阻，至少一个分压电阻的第一端分别与待检测电路中至少一个支路对应连接，至少一个分压电阻的第二端并联连接后与采样电阻的第一端连接，采样电阻的第二端接地；信号采样支路，信号采样支路与采样电阻连接，并采集采样电阻上的电信号。

本发明实施例的接地故障检测电路用于对IT系统中的待检测电路进行接地故障检测。在接地故障检测电路中，电阻分压支路通过至少一个分压电阻的第一端，与待检测电路中不同的至少一个支路一一对应连接，并通过采样电阻的第二端接地；也即，电阻分压支路连接在接地端与待检测电路的至少一个支路之间。在待检测电路的工作过程中，如果待检测电路未发生接地故障，电阻分压支路中没有电流产生，信号采样支路无法采集到采样电阻上电信号，或采集的电流、电压等电信号为零；如果待检测电路发生接地故障时，发生接地故障的支路会和电阻分压支路形成回路，采样电阻上有电流产生，采样电阻两端有电压，信号采样支路可以采集到采样电阻上的电流信号，以及采样电阻两端的电压信号等电信号。

根据电压采样支路采集到的电信号，例如电流信号或电压信号是否为零，以及电流信号或电压信号的变化，即可准确地判断出待检测电路是否发生接地故障；并且，电阻分压支路可以采用普通电阻组成，信号采样支路可以采用常规电流、电压等信号采集设备，无需采用较为精密的专用检测设备即可进行接地故障检测，在使用较低成本的情况下实现对接地故障的精确检测。

在实际应用中，电阻分压支路中的至少一个分压电阻，可以分别与待检测电路中具有不同电压信号的支路连接，例如，与待检测电路中不同器件的输入端或输出端连接。

以及，信号采样支路可以为连接在采样电阻的两端的电压采样支路，电压采样支路采集采样电阻两端的电压数据。信号采样支路还可以为串联连接在采样电阻第一端或第二端的电流采样支路，以采集采样电阻上的电流数据。这里，电流采样支路可连接在采样电阻的第二端与接地端之间，也可以连接在至少一个分压电阻的第二端并联后的连接端与采样电阻的第一端之间。

根据本发明的示例性实施例，如图1所示，待检测电路可以包含依次连接的整流电路(AC/DC)、直流母线电路(DC bus)、逆变电路(DC/AC)，在利用接地故障检测电路对该待检测电路进行接地故障检测时，将至少一个分压电阻的第一端分别与整流电路的输入端、直流母线电路、逆变电路的输出端中的至少一个对应连接。图中位于整流电路输入侧的AC为交流源，相当于电网侧；位于整流电路输出侧的M为电机，相当于负载侧。

这里，待检测电路中传输的电能可以为三相电，整流电路的输入端为三相输入端，逆变电路的输出端为三相输出端，直流母线包括正、负直流母线；在将接地故障电路与待检测电路连接时，可将至少一个分压电阻的第一端与整流电路的三相输入端中的三个单相输入端，正、负直流母线，逆变电路的三个单行输入端中的至少一个一一对应连接。

在图1示出的待检测电路中，A、B、C分别为整流电路的三个单相输入端各自对应的输入线路上的任一点，D、E分别为正、负直流母线上的任一点，F、G、H分别为逆变电路的三个单相输出端各自对应的输出线路上的任一点。

在将接地故障检测电路与待检测电路连接时，可将分压电阻的第一端连接在A、B、C、D、E、F、G、H中的任一点上。

在一种可选的实施方式中，如图2所示的电路系统(包括待检测电路和接地故障检测电路)中，接地故障检测电路包括采样电阻R0和一个分压电阻R1，可将分压电阻R1的第一端连接在A、B、C、D、E、F、G、H中的任一点上(图中实线标识实际连接位置，虚线标识可替换的连接位置)。这里，信号采样支路为电压采样支路，电压采样支路的具体结构未示出，仅以采样电阻R0两端的电压表示；下文中在其他图的描述中对此不再赘述。

对于三相共模模型而言，图1所示待检测电路中的整流电路、直流母线电路和逆变电路都可以认为是短路的，因此，图1所示的待检测电路可以等效为图3所示电路。在待检测电路正常工作时，其共模回路是开路的。图中的AC1为交流源中的共模成分，AC2为逆变输出电压中的共模成分。

在将分压电阻R1与A、B、C、D、E、F、G、H中的任一点连接后，图2中待检测电路的共模回路如图4所示(图中实线标识实际连接位置，虚线标识可替换的连接位置)。在待检测电路正常工作时，其共模回路也是开路的，采样电阻R0上没有电流流过，电压采样电路采集的电压数据为零。在待检测电路发生接地故障时，如图5所示，逆变电路的输出端接地(Rg为接地端的电阻)，R0和Rg连通，共模回路导通；此时，采样电阻R0上有电流流过，电压采样电路采集到的电压数据不为零，根据采集的电压数据的变化即可确定待检测电路发生接地故障。

在另一种可选的实施方式中，接地故障检测电路中的分压电阻的数量为至少二个，该至少二个分压电阻的第一端分别与整流电路的三个单相输入端，正、负直流母线，以及逆变电路的三个单相输出端中的至少二个一一对应地连接；至少二个分压电阻的第二端并联连接后与采样电阻的第一端连接。

例如，图6示出了包括两个分压电阻(R1和R2)的接地故障检测电路，图7示出了将该接地故障检测电路连接到图1所示的待检测电路中的等效电路图。在待检测电路正常工作时，其共模回路是开路的；在待检测电路发生接地故障时(Rg为接地端的电阻)，R0和Rg连通，共模回路导通；此时，采样电阻R0上有电流流过，电压采样电路采集到的电压数据不为零，根据采集的电压数据的变化即可确定待检测电路发生接地故障。

其中，在将该接地故障检测电路连接到图1所示的待检测电路中时，可将分压电阻R1和R2的第一端分别与A、B、C、D、E、F、G、H中的任两点对应连接，具体的连接方式共有28种

图8a至图8f的电路系统中示出了六种连接方式示例。

在该电路系统中，A、B、C分别为整流电路的三相输入端对应的输入线路(电网侧)上的任一点，这三点是对称的，选择这三点中的任意两点来对应连接分压电阻R1和R2，共3种类似的连接方式。具体连接方式可参考图8a示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在A点和B点。

D、E分别为正、负直流母线上的任一点，选择这两点来对应连接分压电阻R1和R2，只有一种连接方式，也即图8b示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在D点和E点。

F、G、H分别为逆变电路的三相输出端对应输出线路(电机侧)上的任一点，这三点也是对称的，选择这三点中的任意两点来对应连接分压电阻R1和R2，共3种类似的连接方式。具体连接方式可参考图8b示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在G点和H点。

连接分压电阻R1和R2的两个采样点还可分别从整流电路的三相输入端和逆变电路的三相输出端中选取，也即，从A、B、C三点中选择一个采样点，从F、G、H三点中选择一个采样点，共有9种类似的连接方式。具体连接方式可参考图8d示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在B点和H点。

连接分压电阻R1和R2的两个采样点还可分别从整流电路的三相输入端和正、负直流母线中选取，也即，从A、B、C三点中选择一个采样点，从D、E两点中选择一个采样点，共有6种类似的连接方式。具体连接方式可参考图8e示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在B点和E点。

连接分压电阻R1和R2的两个采样点还可分别从正、负直流母线和逆变电路的三相输出端中选取，也即，从D、E两点中选择一个采样点，从F、G、H三点中选择一个采样点，共有6种类似的连接方式。具体连接方式可参考图8f示出的电路系统中，采用的连接方式示例：将R1和R2的第一端分别连接在D点和H点。

在又一种可选的实施方式中，接地故障检测电路中的分压电阻的数量为多个，例如图9示出的包括n个分压电阻(R1、R2…Rn)的接地故障检测电路。在将该接地故障检测电路连接到图1所示的待检测电路时，可从A、B、C、D、E、F、G、H中选择任意n个点，将n个分压电阻的第一端分别与选择的n个点一一对应连接，共有

种连接方式。这里，n小于8。

例如，在图10示出的电路系统中，故障检测电路包括4个分压电阻(R1、R2、R3、R4)，4个分压电阻分别连接在点B、E、F、H。

在本发明实施例中，故障检测电路的分压电阻的数量为至少二个时，即使有一个分压电阻与待检测电路的连接处发生接地故障(如果仅有一个分压电阻，且接地故障发生在分压电阻与待检测电路的连接处，虽然形成了回路，但回路中没有电压差，电压采样支路采样的电压数据为零，无法判断出待检测电路发生接地故障)，或者有一个分压电阻的连接处发生开路故障(如果仅有一个分压电阻，且分压电阻与待检测电路的连接处发生开路，电压采样支路无法采样到电压信号，导致无法判断出待检测电路发生接地故障)，也能利用其他分压电阻与待检测电路中的接地端形成回路，保证至少有一个闭合的电流回路流经大地，从而提高接地故障检测电路的可靠性。

在这里说明，本发明实施例中的各分压电阻(包括R1、R2…Rn)，可以采用单电阻来实现，也可以采用多电阻串联的方式来实现；并且各分压电阻的阻值可以相等，也可以不相等。

以及，本发明实施例仅以图1所示的待检测电路为例，来说明本发明实施例的接地故障检测电路，与待检测电路的连接方式及接地故障检测方法，但本领域技术人员应当清楚，本发明实施例的待检测电路中的整流电路、直流母线电路、逆变电路的具体连接方式不限于图1所示，以及，本发明实施例的接地故障检测电路也不限于对包含整流电路、直流母线电路、逆变电路的电路系统进行检测，在其他实施例中，还可以参考本实施例，将本发明实施例的接地故障检测电路与其他任意电路连接，以进行接地故障检测。

例如，在本发明的一些实施例中，待检测电路还可以为多单元电路级联结构，每个单元电路中均包括依次连接的整流电路、直流母线电路、逆变电路，也即，每个单元可以为图1中所示待检测电路。针对这种情况，可参照本发明实施例，将接地故障检测电路中的至少一个分压电阻的第一端，与各单元电路中的整流电路的输入端(包括三相输入端)，正、负直流母线，以及逆变电路的输出端(包括三相输出端)中的至少一个对应连接。

再例如，在本发明的另一些实施例中，待检测电路还可以包括依次连接整流单元、直流母线电路、逆变电路，所述整流单元包括多个级联的整流电路，也即，多个整流电路级联后组成的整理单元与直流母线电路、逆变电路连接。针对这种情况，可参照本发明实施例，将接地故障检测电路中的至少一个分压电阻的第一端，与各整流电路的输入端(包括三相输入端)，正、负直流母线，以及逆变电路的输出端(包括三相输出端)中的至少一个对应连接。

本发明实施例的接地故障检测电路，通过设置连接在待检测电路和接地端之间的电阻分压支路，以及检测采样电阻上的电信号的信号采样支路，可以在待检测电路发生接地故障时，有效地检测到故障接地端和电阻分压支路形成的回路中的电信号，从而可根据采集的电信号的值以及电信号的变化等来准确地判断出待检测电路是否发生接地故障，无需采用较为精密的专用检测设备即可进行接地故障检测，在使用较低成本的情况下实现了对接地故障的精确检测。

在此基础上，本发明实施例还提供接地故障检测装置，该接地故障检测装置包括前述本发明实施例的接地故障检测电路，以及与接地故障检测电路中的信号采样支路连接的处理器，处理器用于获取信号采样支路采集的采样电阻上的电信号，并根据获取的电信号判断待检测电路是否发生接地故障。

具体地，处理器可根据获取的电信号是否为零，或者在预设时长内的变化量，判断待检测电路是否发生接地故障。例如，在获取的电流信号或电压信号为零时，确定待检测电路未发生接地故障；或者，在获取的电流信号或电压信号在预设时长内的变化量达到预设阈值时，确定待检测电路发生接地故障。

在本发明的一些实施例中，本发明实施例的接地故障检测装置还可以包括报警器，报警器与处理器连接，以在处理器判断出待检测电路发生接地故障时发出报警信息，通知工作人员对待检测电路及时进行检修，避免接地故障造成重大损失。例如，报警器可以为声光报警设备，已在处理器确定待检测设备发生接地故障时发出声光报警信号，或者用于发送微信或短信的通信设备，以在处理器确定待检测设备发生接地故障时，向已关联的工作人员的通信设备发出指示待检测设备发生接地故障的信息。

在实际的应用场景中，本发明实施例的接地故障检测装置可以为变流设备(例如三相变流器)或者变频设备(例如三相变频器)。也即，在常用的变流器、变频器等设备中，可设置本发明实施例的接地故障检测电路，以在变流器、变频器等设备中集成接地故障检测功能，从而对整流电路、直流母线电路、逆变电路等设备内部电路进行接地故障检测，从而能够及时且准确地检测出设备发生的接地故障。当然，本发明实施例的接地故障检测装置还可以为独立的设备，用于与变流器或变频器等设备中的待检测电路连接，对变流器或变频器等设备进行准确的接地故障检测。

需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分组合成新的部件，以实现本发明实施例的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.接地故障检测电路，其特征在于，包括：

电阻分压支路，所述电阻分压支路包括采样电阻和至少一个分压电阻，所述至少一个分压电阻的第一端分别与待检测电路中至少一个支路对应连接，所述至少一个分压电阻的第二端并联连接后与所述采样电阻的第一端连接，所述采样电阻的第二端接地；

信号采样支路，所述信号采样支路与所述采样电阻连接，并采集所述采样电阻上的电信号。

2.如权利要求1所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述待检测电路包含依次连接的整流电路、直流母线电路、逆变电路；

所述至少一个分压电阻的第一端分别与所述整流电路的输入端、所述直流母线、所述逆变电路的输出端中的至少一个对应连接。

3.如权利要求2所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述整流电路的输入端为三相输入端，所述逆变电路的输出端为三相输出端，所述直流母线包括正、负直流母线；

所述至少一个分压电阻的第一端与所述整流电路的三个单相输入端，所述正、负直流母线，所述逆变电路的三个单相输出端中的至少一个对应连接。

4.如权利要求3所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述分压电阻的数量为至少二个；

所述至少二个分压电阻的第一端分别与所述整流电路的三个单相输入端，所述正、负直流母线，所述逆变电路的三个单相输出端中的至少二个一一对应地连接；

所述至少二个分压电阻的第二端并联连接后与所述采样电阻的第一端连接。

5.如权利要求2所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述待检测电路包括多个级联的单元电路，各所述单元电路包含依次连接的整流电路、直流母线电路、逆变电路；或者，

所述待检测电路包括依次连接的整流单元、直流母线电路、逆变电路，所述整流单元包括多个级联的整流电路。

6.如权利要求1至5中任一项所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述信号采样支路包括电压采样支路，所述电压采样支路连接在所述采样电阻的两端，并采集所述采样电阻两端的电压数据。

7.如权利要求1至5中任一项所述的接地故障检测电路，其特征在于，所述信号采样支路包括电流采样支路，所述电流采样支路串联连接在所述采样电阻第一端或第二端，并采集所述采样电阻上的电流数据。

8.接地故障检测装置，其特征在于，所述接地故障检测装置包括如权利要求1至7中任一项所述接地故障检测电路，以及处理器，所述处理器与所述接地故障检测电路中的信号采样支路连接，并根据所述信号采样支路采样的电信号判断所述待检测电路是否发生接地故障。

9.如权利要求8所述的接地故障检测装置，其特征在于，所述处理器在所述电信号在预设时长内的变化量达到预设阈值时，确定所述待检测电路发生接地故障。

10.如权利要求8所述的接地故障检测装置，其特征在于，所述接地故障检测装置还包括：

报警器，所述报警器与所述处理器连接，并在所述处理器判断所述待检测电路发生接地故障时发出报警信息。

11.如权利要求8至10中任一项所述的接地故障检测装置，其特征在于，所述接地故障检测装置为变流设备或变频设备。

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