專利名稱：用于具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的絕緣故障監(jiān)測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于不接地電網(wǎng)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的方法，所述方法包括以下步驟測(cè)量絕緣電阻、確定對(duì)絕緣電阻的響應(yīng)值、以及在測(cè)量的絕緣電阻降到低于響應(yīng)值的情況下觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。本發(fā)明還涉及一種用于不接地電網(wǎng)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于測(cè)量絕緣電阻的裝置和用于確定對(duì)絕緣電阻的響應(yīng)值的處理器單元、以及用于觸發(fā)報(bào)警信號(hào)的報(bào)警器。
背景技術(shù)：
考慮到電源的操作可靠性和可用性，已廣泛建立不接地供電網(wǎng)絡(luò)(IT系統(tǒng))作為網(wǎng)絡(luò)配置。在不接地供電網(wǎng)絡(luò)中，有源導(dǎo)體不直接連接至地電位，因此，由于不存在返回，在會(huì)燒斷熔絲從而導(dǎo)致操作中斷的接地故障(單極)的情況下不會(huì)有短路電流流動(dòng)。不接地網(wǎng)絡(luò)可以不管該接地故障(首要絕緣故障)繼續(xù)安全地進(jìn)行操作。這種網(wǎng)絡(luò)配置很普遍，特別是在光伏電站中很普遍，這是因?yàn)樵诖饲闆r下主要著眼點(diǎn)在于最大可能程度地不中斷地供倉泛。假如人接觸帶電導(dǎo)體，完全絕緣的不接地供電系統(tǒng)提供最好的可能的保護(hù)，這是因?yàn)?，由于?dǎo)體與地之間理論上的無限阻抗值使得不可能產(chǎn)生具有流經(jīng)(接地的)人身的電流的閉合電路。因此，絕緣電阻在確保充分的人身和電站保護(hù)方面特別重要。絕緣電阻減小到低于預(yù)定義值降低了對(duì)直接和間接接觸電站的防護(hù)；此外，故障電流可能發(fā)生并且可能引起電氣設(shè)備的故障運(yùn)行或引起操作中斷，從而導(dǎo)致高成本。因此，在電站區(qū)需要持續(xù)監(jiān)測(cè)絕緣電阻，以便在絕緣電阻降到低于安全臨界響應(yīng)值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并且如果必要的話以便關(guān)停電站。絕緣電阻會(huì)因老化過程和環(huán)境影響一例如溫度、濕氣、污染或損害一而變化，并且還會(huì)因化學(xué)過程或物理過程而變化。特別在光伏(PV)電站中，絕緣電阻高度依賴于電站的環(huán)境狀況。因而，在大型電站中，絕緣電阻可能在1000歐姆/伏特(ohm/volt)至幾歐姆/伏特的范圍內(nèi)波動(dòng)。這在絕緣電阻因環(huán)境原因而降到低于響應(yīng)值的情況下會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作(false trips)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了避免該類型的誤動(dòng)作，將絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的響應(yīng)值設(shè)定成大大低于最小絕緣電阻值的值。在這種情況下，以下事實(shí)是不利的在該(過)低響應(yīng)值設(shè)定以上，仍會(huì)對(duì)人造成風(fēng)險(xiǎn)。特別在PV電站中，即使在不發(fā)生故障的情況下，絕緣電阻也會(huì)由于環(huán)境狀況而非常顯著地變化。如果例如在光伏電站場合中在夜間時(shí)段在“高歐姆狀態(tài)”下發(fā)生絕緣故障，則當(dāng)前測(cè)量的絕緣電阻因此降低，這顯著偏離了預(yù)期進(jìn)程，因此，該絕緣故障僅在絕緣電阻還降到低于固定設(shè)定的低響應(yīng)值時(shí)才被識(shí)別?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的所考慮的方法是對(duì)絕緣電阻由于環(huán)境狀況而產(chǎn)生的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均。然而，該間接結(jié)合環(huán)境狀況的缺點(diǎn)是絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量次數(shù)多。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在不接地供電系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)期間確保最可靠的可能的人身和電站保護(hù)以及高水平的操作可靠性，同時(shí)避免誤動(dòng)作。結(jié)合權(quán)利要求1的前序部分通過在處于所述絕緣電阻的測(cè)量的下游的報(bào)警值建立過程中動(dòng)態(tài)地確定所述響應(yīng)值為作為瞬時(shí)響應(yīng)值來實(shí)現(xiàn)該目的。從而，根據(jù)本發(fā)明，在絕緣故障監(jiān)測(cè)期間，將當(dāng)前測(cè)量的絕緣電阻與比較值形式的動(dòng)態(tài)變化的瞬時(shí)響應(yīng)值進(jìn)行比較。該響應(yīng)值在絕緣電阻測(cè)量下游的報(bào)警值建立過程中被確定，并且允許該響應(yīng)值自動(dòng)適應(yīng)測(cè)量時(shí)主導(dǎo)的環(huán)境狀況。從而，與在白天期間相比，在夜間所測(cè)量的絕緣電阻處于較高的水平。根據(jù)本發(fā)明，響應(yīng)值也跟隨該趨勢(shì)，因此，由于絕緣電阻更早地降到低于動(dòng)態(tài)向上適應(yīng)的響應(yīng)值，所以以更大的可靠性識(shí)別出故障(就是說，當(dāng)前的、所測(cè)量的絕緣電阻的顯著下降)。在白天期間(就是說，在相對(duì)較低水平的絕緣電阻的情況下)，由于同樣較低的響應(yīng)值從而相比之下避免了誤動(dòng)作。誤動(dòng)作的避免使得操作可靠性提高并且因此使得電站供電可靠性提高。同時(shí)，電站保護(hù)，特別是人身保護(hù)由于動(dòng)態(tài)適應(yīng)的響應(yīng)值而得到改善，因?yàn)槟軌蛟谠缙谧R(shí)別出故障。在本發(fā)明的有利實(shí)施方式中，在所述報(bào)警值建立過程中作為基礎(chǔ)值、設(shè)定參數(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值的函數(shù)來確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值。從作為基礎(chǔ)值的電廠特定絕緣電阻出發(fā)，通過根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)修改該基礎(chǔ)值來給出瞬時(shí)響應(yīng)值。例如，基于經(jīng)驗(yàn)，由于清晨幾小時(shí)內(nèi)的露水對(duì)絕緣電阻有影響，因此根據(jù)時(shí)間、溫度和大氣濕度來進(jìn)行適應(yīng)性改變。由于直接結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)，因此實(shí)現(xiàn)了較少的測(cè)量次數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了提高的人身保護(hù)。在瞬時(shí)響應(yīng)值的確定中還結(jié)合了設(shè)定參數(shù)和對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值，使得將電站的操作狀況映射到實(shí)際響應(yīng)值上，這產(chǎn)生了最可靠的可能故障識(shí)別。從而固定用于響應(yīng)值的極限值，并且考慮所述響應(yīng)值相對(duì)于絕緣電阻的時(shí)間平均值的變化?；A(chǔ)值方便地為要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的所述不接地電網(wǎng)的絕緣電阻的特定的固定值。從而，使用通過由公式限定的計(jì)算所給出的典型用于電站的絕緣電阻值作為用于計(jì)算瞬時(shí)響應(yīng)值的起始點(diǎn)。在特定實(shí)施方式中，使用以下值作為所述設(shè)定參數(shù)作為響應(yīng)下限值的最小響應(yīng)值Rmin、響應(yīng)值動(dòng)態(tài)RADY形式的輔助值、和響應(yīng)值界限RLM形式的輔助值，所述響應(yīng)值動(dòng)態(tài)RADY用于限定所述瞬時(shí)響應(yīng)值能夠動(dòng)態(tài)變化的動(dòng)態(tài)范圍，所述響應(yīng)值界限RLIM用于確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值與所述對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值的差值。優(yōu)選地，從所述基礎(chǔ)值RB出發(fā)通過根據(jù)所述環(huán)境數(shù)據(jù)的校正來確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值，其中，所述瞬時(shí)響應(yīng)值在其最小值處取所述最小響應(yīng)值Rmin、在其最大值處取所述響應(yīng)值動(dòng)態(tài)RADY形式的所述值、并且在該動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)低于所述對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值至少所述響應(yīng)值界限RLM的差值。設(shè)定參數(shù)限定瞬時(shí)響應(yīng)值可以變化的范圍，并且確定如何改變瞬時(shí)響應(yīng)值以適應(yīng)電站的操作情境從而確保可靠的故障識(shí)別。以這樣的方式動(dòng)態(tài)確定的響應(yīng)值有利地使得可以實(shí)時(shí)地識(shí)別絕緣電阻的“真實(shí)”下降。已證明將以下影響變量作為所述環(huán)境數(shù)據(jù)單獨(dú)地或以任意組合的方式結(jié)合到所述報(bào)警值建立過程中是有利的時(shí)間、光強(qiáng)度、溫度、大氣濕度、露水、空氣的鹽含量、所述絕緣電阻的變化速度、在電站區(qū)域中存在的人數(shù)、以及另外地當(dāng)在光伏電站中使用所述方法時(shí)的模塊玻璃表面的電導(dǎo)率、光伏模塊的供給電壓、光伏模塊的電輸出。此外，也可以通過適合的接口將另外的物理變量和環(huán)境數(shù)據(jù)考慮進(jìn)來，從而確定出更準(zhǔn)確地適應(yīng)于相應(yīng)的主導(dǎo)操作情境的瞬時(shí)響應(yīng)值。從而，在很多的操作情境下在任意時(shí)刻識(shí)別絕緣電阻的很關(guān)鍵的變化。在另外的實(shí)施方式中，根據(jù)所述瞬時(shí)響應(yīng)值生成監(jiān)測(cè)狀態(tài)的能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(hào)，并且所述能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(hào)告知是否電站或人身安全得到確保。從而，通告電站的操作員與純粹的電站保護(hù)相比相對(duì)更高的對(duì)人身保護(hù)的要求目前被滿足的程度。在特別穩(wěn)定的環(huán)境和操作狀況下，能夠使所述瞬時(shí)響應(yīng)值的所述動(dòng)態(tài)確定不起作用，并且可以進(jìn)行返回到具有固定響應(yīng)值的模式。關(guān)于用于不接地電網(wǎng)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的設(shè)備，結(jié)合權(quán)利要求9的前序部分通過以下方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所述處理器單元具有處于所述絕緣電阻的測(cè)量的下游的、用于動(dòng)態(tài)地確定瞬時(shí)響應(yīng)值的報(bào)警值建立單元，以確定所述響應(yīng)值。根據(jù)本發(fā)明，處理器單元包括報(bào)警值建立單元，在該報(bào)警值建立單元中在數(shù)字層面上處理輸入信號(hào)?；诔?dāng)前測(cè)量的絕緣電阻和設(shè)定參數(shù)之外還包括環(huán)境數(shù)據(jù)的輸入變量，通過根據(jù)本發(fā)明的方法來動(dòng)態(tài)確定瞬時(shí)響應(yīng)值，并且通過與當(dāng)前的絕緣電阻值比較而在發(fā)生故障的情況下產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。


根據(jù)以下描述和說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的附圖，另外的有利設(shè)計(jì)特征將顯現(xiàn)，在附圖中圖1示出了用于絕緣故障監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備的功能框圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的圖描述了根據(jù)本發(fā)明的方法2的基本處理步驟以及根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備4的基本功能塊。該方法最初包括在不接地供電網(wǎng)絡(luò)6中的絕緣電阻測(cè)量8。供電網(wǎng)絡(luò)6可以為例如光伏電站，在光伏電站中著眼點(diǎn)在于高效使用和高可用性，因而在光伏電站中絕緣電阻的監(jiān)測(cè)似乎是必需的電氣保護(hù)措施。設(shè)備4具有用于測(cè)量絕緣電阻的裝置10，其中，這些裝置10通過耦接和測(cè)量電路12連接至供電網(wǎng)絡(luò)6并且作為處理器單元14的部件包括估計(jì)電路16。絕緣電阻測(cè)量8或用于測(cè)量絕緣電阻的裝置10提供絕緣電阻的當(dāng)前值18作為輸出信號(hào)，并將該輸出信號(hào)發(fā)送到在報(bào)警值建立單元22中執(zhí)行的報(bào)警值建立過程20。在報(bào)警值建立過程20或報(bào)警值建立單元22中計(jì)算瞬時(shí)響應(yīng)值。對(duì)于瞬時(shí)響應(yīng)值的根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)態(tài)建立，使用基礎(chǔ)值RB和作為設(shè)定參數(shù)的以下值作為響應(yīng)下限值的最小響應(yīng)值Rmin、用于限定瞬時(shí)響應(yīng)值可以動(dòng)態(tài)變化的動(dòng)態(tài)范圍的響應(yīng)值動(dòng)態(tài)RADY形式的輔助值、和用于確定瞬時(shí)響應(yīng)值與對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值的差值的響應(yīng)值界限RLIM形式的輔助值。此外，環(huán)境數(shù)據(jù)24也被結(jié)合到該動(dòng)態(tài)確定中。環(huán)境數(shù)據(jù)描述了絕緣電阻對(duì)電站的操作狀態(tài)的依賴，這又通過外部環(huán)境影響(例如，溫度、大氣濕度)、電站的物理變量(例如，產(chǎn)生的功、斷路電壓)和另外的非物理參數(shù)(例如，電站區(qū)域中存在的人)來精確地確定。設(shè)備4具有檢測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)的接口設(shè)備26。然后，從基礎(chǔ)值RB出發(fā)通過根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)的校正來確定瞬時(shí)響應(yīng)值，其中，瞬時(shí)響應(yīng)值在其最小值處取最小響應(yīng)值Rmin，在其最大值處取響應(yīng)值動(dòng)態(tài)RADY形式的值，并且在該動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)低于對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值至少響應(yīng)值界限RLIM的差值。以下將參照光伏電站的示例來說明瞬時(shí)響應(yīng)值的確定。如果在無故障光伏電站中對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻在具有低大氣濕度的白天期間/整夜/在有露水的清晨幾小時(shí)內(nèi)在10千歐姆/200千歐姆/80千歐姆并且取Rmin=3千歐姆、RADY=IOO千歐姆和RUM=20千歐姆的值作為設(shè)定參數(shù)，則在有效動(dòng)態(tài)(activated dynamics)的情況下也識(shí)別高于3千歐姆至最大值高達(dá)100千歐姆的故障。相比之下，在3千歐姆的固定響應(yīng)值情況下，將僅在絕緣電阻的當(dāng)前值降到低于3千歐姆時(shí)才能檢測(cè)到故障。從而，在以上示例中，在白天期間/在夜間/在清晨幾小時(shí)內(nèi)將在3千歐姆/100千歐姆/60千歐姆(60千歐姆=80千歐姆-RLIM)指示故障，就是說，指示當(dāng)前絕緣電阻值降到低于動(dòng)態(tài)確定的響應(yīng)值。在故障情況下，如果測(cè)量的絕緣電阻降到低于響應(yīng)值，于是在報(bào)警器28中觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，并將該報(bào)警信號(hào)以視覺信號(hào)和/或聽覺信號(hào)的方式發(fā)送給使用者。
權(quán)利要求
1.一種用于不接地電網(wǎng)(6)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的方法(2)，所述方法包括以下步驟 -測(cè)量絕緣電阻(8、18)； -確定對(duì)所述絕緣電阻的響應(yīng)值(14);以及 -在所測(cè)量的絕緣電阻(18)降到低于所述響應(yīng)值的情況下觸發(fā)報(bào)警信號(hào)(14、28)， 其特征在于， 在處于所述絕緣電阻的測(cè)量的下游的報(bào)警值建立過程(20)中動(dòng)態(tài)地確定所述響應(yīng)值作為瞬時(shí)響應(yīng)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述報(bào)警值建立過程(20 )中作為基礎(chǔ)值(RB )、設(shè)定參數(shù)(Rmin、RADY, RUM)、環(huán)境數(shù)據(jù)(24)和對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值的函數(shù)來確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基礎(chǔ)值RB為要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的所述不接地電網(wǎng)(6)的絕緣電阻的特定的固定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法， 其特征在于， 使用以下值作為所述設(shè)定參數(shù)作為響應(yīng)下限值的最小響應(yīng)值(Rmin)、響應(yīng)值動(dòng)態(tài)(RADY)形式的輔助值、和響應(yīng)值界限(RLIM)形式的輔助值，所述響應(yīng)值動(dòng)態(tài)(RADY)用于限定所述瞬時(shí)響應(yīng)值能夠動(dòng)態(tài)變化的動(dòng)態(tài)范圍，所述響應(yīng)值界限(RLIM)用于確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值與所述對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值的差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于， 從所述基礎(chǔ)值(RB)出發(fā)通過根據(jù)所述環(huán)境數(shù)據(jù)(24)的校正來確定所述瞬時(shí)響應(yīng)值，其中，所述瞬時(shí)響應(yīng)值在其最小值處取所述最小響應(yīng)值(Rmin)、在其最大值處取所述響應(yīng)值動(dòng)態(tài)(RADY)形式的所述值、并且在該動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)低于所述對(duì)時(shí)間平均的絕緣電阻值至少所述響應(yīng)值界限(RLM)的差值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于， 將以下影響變量作為所述環(huán)境數(shù)據(jù)(24)單獨(dú)地或以任意組合的方式結(jié)合到所述報(bào)警值建立過程(20)中時(shí)間、光強(qiáng)度、溫度、大氣濕度、露水、空氣的鹽含量、所述絕緣電阻的變化速度、在電站區(qū)域中存在的人數(shù)、以及另外地當(dāng)在光伏電站中使用所述方法時(shí)的模塊玻璃表面的電導(dǎo)率、光伏模塊的供給電壓、光伏模塊的電輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于， 根據(jù)所述瞬時(shí)響應(yīng)值生成監(jiān)測(cè)狀態(tài)的能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(hào)(28)，并且所述能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(hào)(28)告知是否電站或人身安全得到確保。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的方法， 其特征在于，能夠使所述瞬時(shí)響應(yīng)值的所述動(dòng)態(tài)確定不起作用。
9.一種用于不接地電網(wǎng)(6)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于測(cè)量絕緣電阻的裝置(10)和用于確定對(duì)所述絕緣電阻的響應(yīng)值的處理器單元(14)、以及用于觸發(fā)報(bào)警信號(hào)的報(bào)警器(28)， 其特征在于， 為了確定所述響應(yīng)值，所述處理器單元(14)具有處于所述絕緣電阻的測(cè)量的下游的、用于動(dòng)態(tài)地確定瞬時(shí)響應(yīng)值的報(bào)警值建立單元(22)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備， 其特征在于， 用于檢測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)(24)的接口設(shè)備(26)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于不接地電網(wǎng)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的方法，所述方法包括以下步驟測(cè)量絕緣電阻；確定對(duì)絕緣電阻的響應(yīng)值；以及如果所測(cè)量的絕緣電阻降到低于響應(yīng)值則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，其中，在絕緣電阻測(cè)量下游的報(bào)警值建立過程中動(dòng)態(tài)地確定所述響應(yīng)值作為瞬時(shí)響應(yīng)值。本發(fā)明還涉及一種用于不接地電網(wǎng)中的絕緣故障監(jiān)測(cè)的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于測(cè)量絕緣電阻的裝置和用于確定對(duì)絕緣電阻的響應(yīng)值的處理器單元、以及用于觸發(fā)報(bào)警信號(hào)的報(bào)警器，其中，為了確定所述響應(yīng)值，處理器單元具有在絕緣電阻的測(cè)量下游的、用于動(dòng)態(tài)地確定瞬時(shí)響應(yīng)值的報(bào)警值建立單元。
文檔編號(hào)G01R27/02GK103033686SQ20121036942
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者溫弗里德·默爾, 卡爾·謝普, 卡斯滕·韋斯 申請(qǐng)人:本德爾有限兩合公司