高电阻接地系统中的接地故障保护技术方案

公开了接地故障保护的系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是电力开关，该电力开关被构造为在电源侧接收来自电源的负载电流，并且选择性地将负载电流从负载侧输出到负载；第一电压测量设备，被构造为在电力开关正在传导负载电流的同时，测量电源侧的第一电压；第二电压测量设备，被构造为在第一电压测量设备正在测量第一电压的同时，测量负载侧的第二电压；以及控制器，被构造为基于第一电压来确定电源侧到地电压，基于第二电压来确定负载侧到地电压，确定接地故障正在发生，并且通过比较电源侧到地电压和负载侧到地电压来确定接地故障相对于电力开关的方向。故障相对于电力开关的方向。故障相对于电力开关的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高电阻接地系统中的接地故障保护


[0001]本公开总体涉及接地故障保护。高电阻接地(HRG)电力系统包括插入在接地与中性点之间的电阻器，该电阻器被构造为将接地故障电流限制到不会损坏所连接的负载的幅度。为了检测接地故障，传统方法包括：打开和关闭HRG电力系统的开关设备以追踪接地故障；向HRG电力系统注入可跟踪信号并且使用便携式电表手动追踪接地故障；或使用电流传感器测量系统电流。现有的接地故障保护系统具有许多缺点和不足。仍然存在尚未被满足的需求，包括减少故障检测时间，减少硬件复杂性和减少负载中断在内。比如，手动追踪需要大量的时间，在此期间，系统的非接地故障相经历73％的过电压，从而对诸如电介质绝缘之类的电力设备施加应力。更进一步地，安装在整个HRG电力系统中的电流传感器明显比诸如电压测量设备之类的其他类型的传感器更昂贵并且更容易受到故障电流饱和的影响。最后，使HRG电力系统离线以检测接地故障中断了所连接的负载的操作。鉴于本领域中的这些和其他缺点，对本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术存在显著的需求。

技术介绍

[0002]为了清楚地、简要地并且精确地描述本公开的非限制性示例性实施例及其制造和使用方式和过程并且为了使得能够实践、制造并且使用它们，现在参考包括附图中示出的示例性实施例在内的某些示例性实施例，并且特定语言将用于描述这些示例性实施例。然而，应当理解，不会由此产生对本公开的范围的限制，并且在受益于本公开的情况下，本领域技术人员应当想到，本公开包括并保护示例性实施例的这些改变、修改和其他应用。
专利技术内容
[0003]本公开的各示例性实施例包括用于接地故障保护的系统、方法、技术和装置。根据以下描述和附图，本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。
附图说明
[0004]图1是图示了包括接地故障保护系统的示例性电力系统的电路图。
[0005]图2是图示了示例性接地故障保护过程的流程图。
[0006]图3是图示了包括微电网断开开关的示例性接地故障保护系统的电路图。
[0007]图4是图示了包括转换开关的示例性接地故障保护系统的电路图。
[0008]图5是图示了示例性接地故障保护过程的流程图。
具体实施方式
[0009]参考图1，图示了包括接地故障保护系统120的示例性高电阻接地(HRG)电力系统100。应当领会，可以在多种应用中实现接地故障保护系统120，仅举几个示例，这些应用包括转换开关、微电网断开开关、固态断路器、发电机断路器、电力转换器、船舶配电系统、车
辆配电系统和数据中心配电系统。应当领会，出于说明的目的而图示了电力系统100的拓扑结构，并且该拓扑结构不旨在作为对本专利技术的限制。
[0010]在所图示的实施例中，电力系统100被构造为提供包括从电源111到负载131的负载电流的三相电力。负载电流是负载131正在操作时由负载131接收的总额定电流的一部分。在其他实施例中，电力系统100可以被构造为在电源111与负载131之间提供DC电力或具有包括单相系统在内的不同数目的相的另一类型的AC电力。
[0011]HRG电力系统100包括通过接地故障保护系统120耦合在一起的电力网络110和电力网络130。电力网络110包括电源111和变压器113。电源111耦合到变压器113的初级侧，而接地故障保护系统120耦合到变压器113的次级侧。变压器113的初级侧被布置成三角形配置，而变压器113的次级侧被布置成Y形配置。电源111可以是被构造为生成并且输出电力的任何类型的设备或系统。
[0012]HRG电力系统100包括高电阻接地电阻器101，该高电阻接地电阻器101耦合在变压器113的次级侧的Y形配置的中性点与接地103之间。电阻器101的尺寸被设计为允许系统100保持在线，同时接地故障发生在系统100的电力网络的相导体中的一个相导体与接地导体或表面之间。电阻器101的尺寸还被设计为将接地故障电流限制到不会损坏系统100的部件的幅度。例如，仅举一个示例，电阻器101的尺寸可以被设计为将接地故障电流的幅度限制为5A至10A。
[0013]电力网络130包括负载131，该负载131耦合到接地故障保护系统120。负载131可以是被构造为接收由电源111输出的电力的任何类型的设备或系统。
[0014]接地故障保护系统120包括电力开关121、电压测量设备128和129以及控制器122。系统120被构造为确定电力开关121的每一侧上的线到地电压，并且使用线到地电压确定接地故障相对于电力开关121的方向。例如，控制器122可以确定接地故障的位置朝向电力网络110内的电源或朝向电力网络130内的负载。在某些实施例中，系统120可以通过断开电力开关121的一个或多个相电力开关以便中断负载电流来响应接地故障。
[0015]电力开关121包括电源侧和负载侧。电源侧包括电源侧端子，而负载侧包括负载侧端子。电力开关121被构造为在电源侧接收来自电源111的电力，并且在负载侧选择性地输出所接收的电力。
[0016]电力开关121包括一组相电力开关123、125和127，每个相一个相电力开关。每个相电力开关包括电源侧端子和负载侧端子：相电力开关123包括电源侧端子123a和负载侧端子123b；相电力开关125包括电源侧端子125a和负载侧端子125b；并且相电力开关127包括电源侧端子127a和负载侧端子127b。
[0017]在所图示的实施例中，相电力开关包括以反并联配置耦合的晶闸管。电力开关121可以包括任何类型的半导体开关，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、栅极关断晶闸管(GTO)、MOS控制的晶闸管(MCT)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)、碳化硅(SiC)开关设备、氮化镓(GaN)开关设备或具有导通状态电压降的任何其他类型的开关。
[0018]电压测量设备128和129被构造为测量电力开关121的任一侧上的电压。例如，电压测量设备128可以被构造为测量每个电源侧端子处的电压，并且电压测量设备129可以被构造为测量每个负载侧端子处的电压。在所图示的实施例中，电压测量设备128和129测量每
个相的线到地电压，并且将电压传输到控制器122。在其他实施例中，电压测量设备128和129可以测量另一类型的电压，并且控制器122被构造为使用从电压测量设备128和129接收的电压测量值来计算线到地电压。在某些实施例中，电压测量设备128或129可以包括多个电压测量设备，这些电压测量设备共同被构造为测量每个相的电压。电压测量设备128和129可以是被构造为测量电压的任何类型的测量设备，仅举几个示例，诸如电压传感器或分压器。
[0019]控制器122被构造为确定接地故障正在发生在相中的一个相上；从电压测量设备128和129接收电压测量值；响应于确定接地故障正在发生，基于从电压测量设备128接收的电压测量值来确定故本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种接地故障保护系统，包括：电力开关，包括电源侧和负载侧，所述电力开关被构造为在所述电源侧接收来自电源的负载电流，并且选择性地将所述负载电流从所述负载侧输出到负载；第一电压测量设备，被构造为在所述电力开关正在传导所述负载电流的同时，测量所述电源侧的第一电压；第二电压测量设备，被构造为在所述第一电压测量设备正在测量所述第一电压的同时，测量所述负载侧的第二电压；以及控制器，被构造为基于所述第一电压来确定电源侧到地电压，基于所述第二电压来确定负载侧到地电压，确定接地故障正在发生，并且通过比较所述电源侧到地电压和所述负载侧到地电压来确定所述接地故障相对于所述电力开关的方向。2.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述接地故障保护系统被并入到包括高电阻接地电阻器的电力系统中。3.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述电力开关被构造为在所述电源侧接收多相电力而在所述负载侧输出所述多相电力。4.根据权利要求3所述的接地故障保护系统，其中所述控制器基于接地与所述多相电力的中性点之间的电压差来确定接地故障正在发生。5.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述电源侧包括电源侧端子，而所述负载侧包括负载侧端子，并且其中所述第一电压在所述电源侧端子处测量，而所述第二电压在所述负载侧端子处测量。6.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述控制器通过比较所述电源侧到地电压的第一幅度与所述负载侧到地电压的第二幅度来确定所述接地故障方向。7.根据权利要求6所述的接地故障保护系统，其中所述控制器通过确定所述第一幅度小于所述第二幅度来确定所述接地故障方向朝向第一电力网络，所述第一电力网络包括所述电源并且耦合到所述电源侧；并且其中所述控制器通过确定所述第一幅度大于所述第二幅度来确定所述接地故障方向朝向第二电力网络，所述第二电力网络包括所述负载并且耦合到所述负载侧。8.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，包括：第二电力开关，所述第二电力开关耦合在所述第一电力开关与所述负载之间；以及第二控制器，所述第二控制器被构造为确定朝向所述第一电力开关的第二接地故障方向，接收所述第一接地故障方向，并且基于所述第一接地故障方向和所述第二接地故障方向来操作所述电力开关。9.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述电力开关耦合到包括所述负载和分布式能源的微电网，并且其中所述控制器响应于确定所述接地故障方向朝向所述电源而断开所述电力开关。10.根据权利要求1所述的接地故障保护系统，其中所述电力开关是耦合到第二电源的转换开关，其中所述电力开关被构造为选择性地将所述第一电源或所述第二电源耦合到所述负载，并且其中所述控制器被构造为响应于确定第二接地故障正在发生在与所述第一接地故障正在发生的第一相不同的相上，阻止从所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：