CN1858610A - 诊断多相供电系统相故障的电压振幅无关的电网监控设备 - Google Patents

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CN1858610A
CN1858610A CNA2006100753783A CN200610075378A CN1858610A CN 1858610 A CN1858610 A CN 1858610A CN A2006100753783 A CNA2006100753783 A CN A2006100753783A CN 200610075378 A CN200610075378 A CN 200610075378A CN 1858610 A CN1858610 A CN 1858610A
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罗兰·弗莱希曼
彼得·哈姆森
马丁·梅尔
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Siemens AG
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Abstract

本发明涉及一种用于诊断多相供电系统中相故障和相位振幅下降的自供电的，与电压振幅无关的电网监控设备。本发明利用对三角形连接电压或星形电压零位置及其所出现的时间偏移来进行诊断。由此与电压振幅无关的电网监控设备还解决了与电压振幅相关的电网监控设备的无法识别相故障和相位振幅下降的公知问题。该诊断是可靠的，因为借助时间窗可以将相关参数与可能由用电器引起的干扰电压分开。

Description

诊断多相供电系统相故障的电压振幅无关的电网监控设备
技术领域
本发明涉及一种用于诊断多相供电系统中相故障的电网监控设备以及一种用于这样的电网监控设备的方法。
背景技术
这样的电网监控设备应用于广泛采用的多相或三相电流技术中。在此这种应用例如是工业应用或面向消费者的应用。通常多相供电系统用于为终端用户提供高电功率。电网监控设备在这种环境中提供保护和监控功能，尤其是由于在大多数应用中都涉及到高功率，并且伴随相故障可能会对所涉及的设备造成损害，因而例如须对相故障及时报告以及采取相应的保护措施。为此电网监控设备，也称为电网监控继电器对多相供电系统的参数进行监控，如电压、电流、相序或可由此导出的参数，如功率、相移、非对称性。尤其是要将所谓的表示各相电压的时间依赖性的星形电压(U1，U2，U3)和定义为相电压差的三角形连接电压区分开来。例如，在三相供电系统中三角形连接电压表示为：
U12＝U1-U2；U23＝U2-U3；U31＝U3-U1。
目前公知的电网监控设备一般根据静态电流原理工作，即在施加供电电压之后接通提示继电器，当出现错误或在供电电压断开时，该提示继电器返回其静止状态并由此报告错误。但在此无法给出关于是哪些错误导致该开关过程的详细显示。通过用辅助电压驱动电网监控设备可以克服这一缺点。从该例如来自自我保护的电流支路的辅助电压中为电网监控设备的测量和分析装置获得供电电压。如果在所监控的三相供电网中发生错误，则该电网监控设备通过激励例如按照工作电流原理工作的提示继电器来报告该错误。由此使得可以详细地报告错误。但其缺点是需要与被监控的供电网耦合的辅助电压，也须为其布线并在该辅助电压出现故障时，测量和分析装置无法工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，独立于电网监控设备的电网电压来检测相故障或相位振幅下降，使得电网监控设备可应用于尽可能宽的电压范围。本发明要解决的另一技术问题是不仅仅将相电压振幅作为诊断手段，因为在相故障的情况下还存在例如通过终端用电器从另一相馈入的干扰电压。该电压反馈可以导致误诊断，从而不能正确地识别出相故障或相位振幅下降。对于独立于电压振幅的电网监控设备应将误诊断的概率降到最小。
本发明的技术问题通过一种用于诊断多相供电系统中相故障的电网监控设备来解决，其中，该电网监控设备具有用于检测相故障的装置，其借助多相供电系统的至少一个三角形连接电压或星形电压过零点的时间偏移来进行诊断。此外本发明的技术问题还通过一种相应的方法来解决。
在本发明电网监控设备的优选实施方式中，该电网监控设备能够精确检测多相供电系统的各相的相故障或相位振幅下降。
由于该电网监控设备具有借助三角形连接电压或星形电压的过零点在一时间窗之内的时间偏移来检测三角形连接电压或星形电压的时间偏移的装置，可以基于在该时间窗内的时间上的选择有效地抑制其它干扰信号，在此通过选择有利的时间窗的持续时间可以进一步优化滤波器效应。
附图说明
以下借助附图对本发明及其优选实施例进行描述。其中示出：
图1示出在具有在相故障下自供电的电网监控设备的示例三相供电系统的框图；
图2示出图1中三相供电系统的所属星形电压和三角形连接电压的时间变化。
具体实施方式
图1示出在具有自供电的电网监控设备1的示例三相供电系统的框图。在该例中三相L1、L2、L3之一由于未详细定义的原因而断开。框图中第二相L2的故障表示为第二相L2的物理断开2。该三相供电系统为例如作为通过阻抗Z1、Z2、Z3表示的三相电机的用电器3供电。此外，三个参与的三角形连接电压U12、U23、U31以箭头的方式绘于相线之间。电网监控设备1仅连接到三个相L1、L2、L3并因此而称为是自供电的，因为不需要其它外部电压源。测量回路4、5、6与这些相电连接，由此可在三相L1、L2、L3之一出现故障或其振幅减小时触发故障报警。如果如在此示出的，第二相L2出现故障，则电网监控设备1触发相应的故障报警“相故障”。由于在本实施例中还利用相应的借助星形电压或三角形连接电压过零点的时间偏移来检测相故障的装置，因此由于施加在测量回路5上的干扰电压而使误诊断很少。通常通过用电器3向检测相故障的测量回路5反馈的电压会有问题。例如，如在框图中所示，星形电压U1的一部分降落在用电器3的阻抗Z1上，而该电压的其它部分则施加在测量回路5上。这对于常规的依赖于电压振幅的监控设备是很严重的问题。在本实施例中排除了对第二相L2的相故障的“错误地”未报，因为第二相L2的相故障是可唯一识别的。首先三角形连接电压U31唯一地未经历时间偏移，因为其不依赖于L2，其次三角形连接电压U12、U23经历时间上的偏移。这种状况对于相L2的相故障是唯一的。如上所述，对该偏移通过三角形连接电压U12、U23零位置游离到所观察的时间窗之外或之内来检测。
图2示出图1中三相供电系统的所属的星形电压U1、U2、U3和三角形连接电压U12、U23、U31的时间变化。由于在图1中预先给出相L2出现了故障，因此星形电压U2在时间图中位于0伏线。而星形电压U1和U3则按照正弦振荡相互间有120度的时间上的偏移。此外，从三角形连接电压U12、U23可以看到，这些电压偏离了其正常运行(没有相故障)时的位置。现在三角形连接电压U12现在与星形电压U1相同，这意味着在所观察时间窗中的三角形连接电压U12的零位置一定发生了移动。三角形连接电压U23的零位置同样与星形电压U3的零位置时间相同，这同样意味着三角形连接电压U23发生了时间偏移。仅有三角形连接电压U31具有与两个星形电压U1、U3的零位置不一致的零位置。换言之，三角形连接电压U31零位置的时间位置没有发生改变意味着形成该三角形连接电压U31的星形电压U1、U3不可能发生故障，而三角形连接电压U12、U23的零位置肯定发生变化，因为分别还仅有星形电压U1、U3提供给三角形连接电压U12、U23，并“接管”它们的零位置。
此外三角形连接电压U12、U23所经历的时间偏移除相故障外还适用于确定相L2的电压降，并在此表示为星形电压U2振幅的连续函数。在该示例情况下，三角形连接电压U23的零位置与星形电压U3的零位置不一致，而仅是从其原始位置出发来接近于星形电压U3的零位置。
综上所述，本发明涉及用于诊断多相供电系统中的相故障或相位振幅下降的自供电的、独立于电压振幅的电网监控设备。本发明利用三角形连接电压和星形电压时间上的零位置及其所出现的时间偏移来诊断三角形连接电压和星形电压。由此该独立于电压振幅的电网监控设备解决了一直以来依赖于电压振幅的电网监控设备的公知的不能识别相故障或相位振幅下降的问题。该诊断是可靠的，因为借助时间窗可以将相关参数与可能由耗电器引起的干扰电压分开。

Claims (10)

1.一种电网监控设备(1)，用于诊断多相供电系统中的相故障，其特征在于，该电网监控设备具有用于检测相故障的装置，其借助多相供电系统的至少一个三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)过零点的时间偏移来进行诊断。
2.根据权利要求1所述的电网监控设备(1)，其中，该电网监控设备(1)具有借助三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的过零点在一时间窗之内或之外的时间偏移来检测三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的时间偏移的装置。
3.根据权利要求1或2所述的电网监控设备(1)，其中，该电网监控设备(1)具有用于报告故障的装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电网监控设备(1)，其中，该电网监控设备(1)为自供电的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电网监控设备(1)，其中，该电网监控设备(1)包含至少一个测量回路(2，3，4)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电网监控设备(1)，其中，测量回路(2，3，4)用于在相故障或相位振幅下降时触发相应的故障报告。
7.一种用于为电网监控设备(1)诊断多相供电系统中的相故障的方法，其特征在于，借助多相供电系统的至少一个三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的过零点的时间偏移来诊断相故障。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的过零点在一时间窗之内或之外的时间偏移来检测三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的时间偏移。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，当在所述时间窗之外或之内检测到三角形连接电压(U12，U23，U31)或星形电压(U1，U2，U3)的过零点时报告故障。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，在出现相故障或相位振幅下降时由测量回路(2，3，4)触发相应的故障报告。
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