CN113795992A - 直流电网中的接地故障的定位 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于定位可接入多个负载区(3、4、5)的直流电网(1)中的接地故障的方法。在所述方法中，预先给定时间窗口，并且在检测到接地故障之后，将接地故障与如下负载区(3、4、5)相关联，该负载区在检测到接地故障之前在该时间窗口内接入了直流电网(1)。

Description

直流电网中的接地故障的定位
技术领域
本发明涉及一种用于定位多个负载区可接入的直流电网中的接地故障的方法。
背景技术
相对于地电势绝缘的或者通过高阻抗接地的直流电网，可以在直流电压电势发生接地故障的情况下继续运行。通过测量和评估直流电网的直流电压电势与接地电势之间的电压，可以在运行期间容易地检测接地故障本身。然而，很难识别连接到直流电网的发生接地故障的负载区。然而，为了断开有故障的负载区并且消除接地故障，识别发生接地故障的负载区是重要的。为了识别有故障的负载区，例如可以在每个负载区与直流电网的连接部位处，例如在开关柜的输入端处，测量所谓的共模电流(Common-Mode-Strom)、即故障电流，该故障电流是连接负载区与直流电网的主线路的两个连接线路中的电流的总和。如果共模电流中的一个不是零，那么这表明在相关的负载区中发生了接地故障。例如，共模电流的测量可以永久地或者由维护人员手动执行。然而，这种测量在任何情况下都是昂贵的。
从DE 10 2017 108822 A1中已知一种用于定位消防系统的接地故障的方法，其中，在通过接地故障识别模块识别出接地故障时或者之后，通过断开开关元件，使一个、多个或者所有连接点的连接线路分离，直到至少通过接地故障识别模块识别不出接地故障为止。随后，通过闭合相应的开关元件，针对每个连接点逐渐对连接线路进行连接。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，给出一种改进的用于定位多个负载区可接入的直流电网中的接地故障的方法。
根据本发明，上述技术问题通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求14的特征的直流电网和具有权利要求15的特征的直流电网来解决。
本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。
在根据本发明的用于定位可接入多个负载区的直流电网中的接地故障的方法中，预先给定时间窗口，并且在检测到接地故障之后，将接地故障与如下负载区相关联，该负载区在检测到接地故障之前在该时间窗口内接入了直流电网。换言之，将接地故障与如下负载区相关联，该负载区尤其是在接地故障检测之前，在小于或等于预先给定的时间窗口的、与接地故障检测的时间间隔中，接入了直流电网。这里和下面始终假定，直流电网相对于地电势绝缘或者通过高阻抗接地。
也就是说，根据本发明的方法将直流电网中的接地故障的检测与负载区到直流电网的接入相关，以定位发生接地故障的负载区。所述方法基于以下考虑，即，如果在接入负载区之后立即在直流电网中检测到接地故障，那么显然在接入之前已经在该负载区中存在接地故障。为了确定该负载区，所述方法设置时间窗口的预先给定，以便将接地故障的检测与负载区的接入相关。将接地故障与如下负载区相关联，该负载区在检测到接地故障之前在预先给定的时间窗口内接入了直流电网。如果在检测到接地故障之前在预先给定的时间窗口内没有负载区接入直流电网，则不将接地故障与负载区相关联，或者必须以其它方式定位接地故障。作为时间窗口，例如预先给定几毫秒的持续时间。所述方法可以非常简单地并且以低开销、因此也以成本低廉的方式来实现，因为仅必须评估检测到接地故障和接入负载区的时间点。为了检测接地故障，在此仅需要在直流电网的单个位置处测量直流电网的直流电压电势和地电势之间的电压。
在所述方法的一个设计方案中，如果在检测到接地故障之前在该时间窗口内，多个负载区接入了直流电网，那么将接地故障与这些负载区中的如下负载区相关联，该负载区在该时间窗口内最晚接入直流电网。即使在检测到接地故障之前在预先给定的时间窗口内，两个或者更多个负载区紧接着依次接入了直流电网的情况下，所述方法的这种设计方案也使得能够定位接地故障。
在所述方法的另一个设计方案中，将与接地故障相关联的负载区与直流电网分离。此外，可以设置为，在将负载区与直流电网分离之后，检查在直流电网中是否仍然存在接地故障，并且如果在将负载区与直流电网分离之后仍然存在接地故障，那么取消接地故障与负载区的关联，并且将该负载区重新接入直流电网。所述方法的这种设计方案特别是使得能够检查所进行的接地故障与负载区的关联。也就是说，如果在将该负荷区与直流电网分离之后，在直流电网中仍然总是存在接地故障，那么显然接地故障不在该负荷区中，而是直流电网的其它位置，从而接地故障与负载区的关联可能是错误的。
在所述方法的另一个设计方案中，评估单元存储检测到接地故障的检测时间点、时间窗口，并且针对负载区的每一次接入，存储接入的接入时间点以及接入时间点与所接入的负载区的接入关联，并且根据所存储的这些数据，评估单元将接地故障与负载区相关联。在此，评估单元可以单独实施，或者可以是控制负载区的接入的控制单元，或者可以是被配置为用于检测接地故障的接地故障监视单元。如果评估单元单独实施或者是接地故障监视单元，那么例如由控制负载区的接入的控制单元向评估单元报告每个接入时间点和其接入关联。如果评估单元单独实施或者是控制单元，那么接地故障例如由接地故障监视单元检测并且报告给评估单元。
也就是说，在前面提到的所述方法的设计方案中，由评估单元存储并且评估接入负载区和检测接地故障的时间点。在此，评估单元可以有利地实施为控制负载区的接入的控制单元，或者实施为被配置为用于检测接地故障的接地故障监视单元，特别是当这种单元原本就设置在直流电网中时。
在所述方法的一个替换的设计方案中，直流电网针对每个负载区具有与负载区相关联的接入单元，通过接入单元可以将负载区接入直流电网，并且由每个接入单元存储时间窗口，并且针对与接入单元相关联的负载区的每一次接入，确定是否在检测到接地故障之前在该时间窗口内进行了接入。例如由接地故障监视单元检测接地故障，并且报告给每个接入单元，或者每个接入单元被配置为用于独立地检测接地故障。
也就是说，代替评估所有负载区的接入的时间点的评估单元，前面提到的所述方法的设计方案设置为，针对每一个负载区，由相应的负载区的接入单元单独评估这些时间点。附加地可以设置为，接入单元还独立地检测直流电网中的接地故障。
在所述方法的另一个设计方案中，在检测到接地故障之后，首先将所有负载区与直流电网分离。之后，在彼此不同的接入时间点，分别在大于时间窗口并且不与其它负载区的接入持续时间重叠的接入持续时间内，将负载区依次接入直流电网，并且针对负载区的每一次接入，检查是否在接入之后在该时间窗口内出现接地故障。所述方法的这种设计方案使得能够实现发生接地故障的负载区的系统性搜索。
与上面提到的根据本发明的方法的一个设计方案对应，根据本发明的可接入多个负载区的第一直流电网具有评估单元，评估单元被配置为用于，存储检测到接地故障的检测时间点、可预先给定的时间窗口，并且针对负载区的每一次接入，存储接入的接入时间点以及接入时间点与所接入的负载区的接入关联，并且将接地故障与如下负载区相关联，该负载区在检测到接地故障之前在该时间窗口内接入了直流电网。
与上面同样提到的根据本发明的方法的一个设计方案对应，根据本发明的可接入多个负载区的第二直流电网，针对每个负载区，具有与负载区相关联的接入单元，通过接入单元可以将负载区接入直流电网，并且接入单元被配置为用于，存储可预先给定的时间窗口，并且针对与接入单元相关联的负载区的每一次接入，确定是否在检测到接地故障之前在该时间窗口内进行了接入。
附图说明
上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式，结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述，将变得更清楚并且更容易理解。
在此，唯一的附图示意性地示出了可接入多个负载区3、4、5的直流电网1。直流电网1相对于地电势绝缘或者通过高阻抗接地。
具体实施方式
直流电网1具有两个电气主线路7、9、多个接入单元10至12、控制单元13、接地故障监视单元15和评估单元17。
在附图中示例性地示出了三个负载区3、4、5。第一负载区3和第二负载区4分别具有变流器9、20和电机21、22。第三负载区5具有变流器23、用于交流电的开关和保护单元25以及交流电网27，其中，开关和保护单元25连接在交流电网27和变流器23之间。每个变流器19、20、23与接入单元10、11、12连接。
第一主线路7处于直流电网1的第一直流电压电势。第二主线路9处于直流电网1的第二直流电压电势。
每个接入单元10、11、12与一个负载区3、4、5相关联，负载区3、4、5可以通过接入开关单元10、11、12接入直流电网1。
由控制单元13控制负载区3、4、5的接入。为此，接入单元10、11、12可以由控制单元13控制。此外，控制单元13被构造为用于，针对负载区域3、4、5的每一次接入，向评估单元17报告接入的接入时间点以及接入时间点与所接入的负载区域3、4、5的接入关联。
接地故障监视单元15被配置为用于检测直流电网1的直流电压电势的接地故障。为此，接地故障监视单元15与每个主线路7、9连接，并且被配置为用于测量接地电势和主线路7、9所处的直流电压电势之间的电压。此外，接地故障监视单元15被配置为用于向评估单元17报告检测到的接地故障。
评估单元17被配置为用于，存储检测到接地故障的检测时间点、可预先给定的时间窗口以及由控制单元13报告给评估单元17的接入时间点和接入关联，并且根据存储的这些数据，将接地故障与负载区相关联。在此，将接地故障与在检测到接地故障之前的时间窗口内接入了直流电网1的负载区3、4、5相关联。如果在检测到接地故障之前的时间窗口内，没有负载区3、4、5接入直流电网1，那么评估单元17不将接地故障与负载区3、4、5相关联。如果在检测到接地故障之前的时间窗口内，多个负载区3、4、5接入了直流电网1，那么评估单元17将接地故障与在该时间窗口内最晚接入直流电网1的负载区3、4、5相关联。作为时间窗口，例如预先给定几毫秒的持续时间，并且由评估单元17进行存储。
根据附图描述的根据本发明的直流电网1和根据本发明的方法的实施例，可以以不同的方式修改为另外的执行例。
例如，可以设置为，不是由控制单元13，而是由接入单元10、11、12，向评估单元17报告负载区3、4、5的接入时间点和接入关联。
此外，例如可以设置为，通过与负载区3、4、5相关联的接入单元10、11、12，将与接地故障相关联的负载区3、4、5与直流电网1分离，并且在将负载区3、4、5与直流电网1分离之后，检查是否仍然存在接地故障。如果在将负载区3、4、5与直流电网1分离之后仍然存在接地故障，那么取消接地故障与负载区3、4、5的关联，并且将负载区3、4、5重新接入直流电网中。
此外，在存在接地故障的情况下，可以设置为，在接地故障之后，首先将所有负载区3、4、5通过它们的接入单元10、11、12与直流电网1分离。之后，系统性地搜索有故障的负载区3、4、5，其方法是，在彼此不同的接入时间点，分别在大于时间窗口并且不与其它负载区3、4、5的接入持续时间重叠的接入持续时间内，将负载区3、4、5依次接入直流电网1，并且针对负载区3、4、5的每一次接入，检查在接入之后的时间窗口内是否出现接地故障。
此外，代替单独的评估单元17，可以设置为，控制单元13或者接地故障监视单元15被构造为评估单元17。在控制单元13被构造为评估单元l7的情况下，接地故障监视单元l5将接地故障报告给控制单元13，并且控制单元l3被配置为用于，在存在接地故障的情况下，检查是否在检测到接地故障之前的时间窗口内，将负载区3、4、5接入了直流电网l。在接地故障监视单元l5被构造为评估单元l7的情况下，控制单元13或者接入单元10、11、12向接地故障监视单元15报告负载区3、4、5的接入时间点和接入关联，并且接地故障监视单元15被配置为用于，在存在接地故障的情况下，检查是否在检测到接地故障之前的时间窗口内，将负载区3、4、5接入了直流电网1。
此外，代替评估单元17，可以设置为，在存在接地故障的情况下，由每个接入单元10、11、12自动确定是否在检测到接地故障之前的时间窗口内，进行了与接入单元10、11、12相关联的负载区3、4、5的接入。在此，每个接入单元10、11、12被配置为用于，存储与接入单元10、11、l2相关联的负载区3、4、5的接入时间点和时间窗口，并且在存在接地故障的情况下，检查接入时间点是否在检测到接地故障之前的时间窗口内。由接地故障监视单元15向所有接入单元10、11、12报告接地故障，或者每个接入单元10、11、12被构造为用于独立地检测接地故障。
虽然在细节上通过优选实施例详细说明并且描述本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中推导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于定位直流电网(1)中的接地故障的方法，多个负载区(3、4、5)能够接入所述直流电网，其中，
-预先给定时间窗口，
-并且在检测到接地故障之后，将接地故障与如下负载区(3、4、5)相关联，该负载区在检测到接地故障之前在所述时间窗口内接入了直流电网(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在检测到接地故障之前在所述时间窗口内，多个负载区(3、4、5)接入了直流电网(1)，那么将接地故障与这些负载区(3、4、5)中的如下负载区相关联，该负载区在所述时间窗口内最晚接入直流电网(1)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将与接地故障相关联的负载区(3、4、5)与直流电网(1)分离。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在将负载区(3、4、5)与直流电网(1)分离之后，检查是否仍然存在接地故障，并且如果在将负载区(3、4、5)与直流电网(1)分离之后，在直流电网(1)中仍然存在接地故障，那么取消接地故障与负载区(3、4、5)的关联，并且将负载区(3、4、5)重新接入直流电网(1)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，评估单元(17)存储检测到接地故障的检测时间点和所述时间窗口，并且针对负载区(3、4、5)的每一次接入，存储接入的接入时间点以及接入时间点与所接入的负载区(3、4、5)的接入关联，并且根据所存储的这些数据，将接地故障与负载区(3、4、5)相关联。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述评估单元(17)是控制单元(13)，由所述控制单元控制负载区(3、4、5)的接入。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述评估单元(17)是接地故障监视单元(15)，所述接地故障监视单元被配置为用于检测接地故障。
8.根据权利要求5或7所述的方法，其中，由控制负载区(3、4、5)的接入的控制单元(13)向所述评估单元(17)报告每个接入时间点和其接入关联。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其中，由接地故障监视单元(15)检测接地故障，并且向所述评估单元(17)报告接地故障。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，直流电网(1)针对每个负载区(3、4、5)具有与负载区(3、4、5)相关联的接入单元(10、11、12)，通过所述接入单元能够将负载区(3、4、5)接入直流电网(1)，并且由每个接入单元(10、11、12)存储所述时间窗口，并且针对与接入单元(10、11、12)相关联的负载区(3、4、5)的每一次接入，确定是否在检测到接地故障之前在所述时间窗口内进行了接入。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，由接地故障监视单元(15)检测接地故障，并且向每个接入单元(10、11、12)报告接地故障。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，每个接入开关单元(10、11、12)被配置为用于检测接地故障。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在检测到接地故障之后，因为在检测到接地故障之前在所述时间窗口内没有负载区(3、4、5)接入直流电网(1)，因此不能将接地故障与负载区(3、4、5)相关联，其中，确定有故障的负载区，其方式是，首先将所有负载区(3、4、5)与直流电网(1)分离，之后在彼此不同的接入时间点，分别在大于所述时间窗口并且不与其它负载区(3、4、5)的接入持续时间重叠的接入持续时间内，将负载区(3、4、5)接入直流电网(1)，并且针对负载区(3、4、5)的每一次接入，检查在接入之后在所述时间窗口内是否出现接地故障。
14.一种用于直流电网(1)的评估单元(17)，所述评估单元被配置为用于，存储检测到接地故障的检测时间点和能够预先给定的时间窗口，并且针对负载区(3、4、5)的每一次接入，存储接入的接入时间点以及接入时间点与所接入的负载区(3、4、5)的接入关联，并且根据所存储的这些数据，借助根据权利要求1至13中任一项所述的方法，将接地故障与负载区相关联。
15.一种直流电网(1)，多个负载区(3、4、5)能够借助相应的接入单元(10、11、12)接入所述直流电网，并且所述直流电网具有接地故障监视单元(15)以及根据权利要求14所述的评估单元(17)，其中，所述接地故障监视单元(15)被配置为用于，向所述评估单元(17)报告检测到的接地故障。
16.一种直流电网(1)，所述直流电网具有电气主线路(7、9)、与电气主线路连接的接地故障监视单元(15)以及能够接入的多个负载区(3、4、5)，所述直流电网针对每个负载区(3、4、5)具有与负载区(3、4、5)相关联的接入单元(10、11、12)，通过所述接入单元能够将负载区(3、4、5)接入直流电网(1)，并且所述接入单元被配置为用于，存储能够预先给定的时间窗口，并且针对与所述接入单元相关联的负载区(3、4、5)的每一次接入，确定是否在所述接地故障监视单元(15)报告接地故障之前在所述时间窗口内进行了接入。
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