一种接地故障检测装置及HVDC系统制造方法及图纸

技术编号:12734571 阅读:221 留言:0更新日期:2016-01-20 18:03
本发明专利技术实施例公开了一种接地故障检测装置及HVDC系统,该装置包括:接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、交流信号发生器、隔离器、分流检测器Shunt Monitor单元。实施本发明专利技术实施例,有利于提升降低接地故障检测成本和复杂度,提升供电安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子电路
,具体涉及了一种接地故障检测装置及HVDC系统
技术介绍
高压直流输电HVDC系统是中间点高阻接地系统,该类系统中,当单个设备出现正极接地故障时,接地回路的电流很小,电路系统中的断路器等保护装置无法及时检测到故障并动作,且由于是直流电流,无法使用剩余电流装置RCD;当同一极接地或者另一极接地时,即出现两点接地短路,尤其是正负两极接地时,接地回路电流很大,可能导致上级保护装置动作,出现越级保护,导致整个系统断电。目前针对高压直流HVDC系统的接地故障的检测方案中,主要有低频探测法、变频探测法和霍尔磁式平衡法,这些检测方法处理过程较为复杂,不适合大规模应用,还未出现将GFCI芯片应用到高压直流HVDC系统的方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种接地故障检测装置及HVDC系统,以期基于GFCI芯片解决高压直流HVDC系统的接地故障的问题,有利于降低接地故障检测成本和复杂度,提升供电安全性。本专利技术实施例第一方面公开了一种接地故障检测装置,包括:接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、交流信号发生器、隔离器、分流检测器ShuntMonitor单元;ShuntMonitor单元的第一端口M1和第二端口M2用于串联在地线GND中,ShuntMonitor单元的信号输出端口MO连接隔离器的信号输入端口G1,隔离器的电源输入端口G2用于用于连接负载的正极RL+,隔离器的电源输出端口G3连接交流信号发生器的电源输入端口J1,交流信号发生器的交流信号输出端口J2连接N线圈的交流信号输入端口N1,N线圈的交流信号输出端口N2连接交流信号发生器的交流信号输入端口J3,N线圈的第一直流电源输出端口N3用于连接负载正极RL+,N线圈的第二直流电源输入端口N4用于连接负载负极RL-;N线圈的第一直流电源输入端口N5连接断路器的第一电源输出端口D1,N线圈的第二直流电源输出端口N6连接S线圈的第二电源输入端口D2,断路器的第一电源输入端口D3连接S线圈的第一直流电源输出端口S1,断路器的第二电源输出端口D4连接S线圈的第二直流电源输入端口S2,断路器的控制信号输入端口D5连接GFIC芯片的控制信号输出端口C1,S线圈的交流信号输出端口S3连接GFIC芯片的交流信号输入端口C2,GFIC芯片的交流信号输出端口C3连接S线圈的交流信号输入端口S4,S线圈的第一直流电源输入端口S5用于连接电源正极V+,S线圈的第二直流电源输出端口S6用于连接电源负极V-。其中,上述N线圈和S线圈的匝数的乘积为N:1(模拟基于GFIC芯片的交流电流AC系统接地故障检测场景,N取值一般为1000),至于N线圈的匝数比和S线圈的匝数比具体如何分配,可以根据实际需要灵活配置。举例来说,当上述第一交流信号为120V,50HZ/60HZ的AC信号时,上述N线圈和S线圈的匝数比例如可以有以下几种示例情形:示例情形1:N线圈的匝数比为1:1,则相当于在HVDC系统上耦合了120V的AC信号,假设接地故障回路中的电阻为20KΩ,则存在的故障电流是6mA的交流电流,S线圈的匝数比可以是1000:1,则产生第二交流信号中的电流信号为0.006mA(平均值,峰值为0.008mA),该电流信号注入GFIC芯片,进一步由GFIC芯片运算并判断符合关断条件(如参考UL943级别(交流电流AC)检测方案中的关断门限值0.005mA,以达到UL943级别相当的保护),触发断路器关断。示例情形2:N线圈的匝数比为20:1,则相当于在HVDC系统上耦合了6V的AC信号,假设接地故障回路中的电阻为20KΩ,则存在的故障电流是0.3mA的交流电流,S线圈的匝数比是50:1,则产生第二交流信号中的电流信号为0.006mA(平均值,峰值为0.008mA),该电流信号注入GFIC芯片,进一步由GFIC芯片运算并判断符合关断条件(如参考UL943级别(交流电流AC)检测方案中的关断门限值0.005mA,以达到UL943级别相当的保护),触发断路器关断。示例情形3:N线圈匝数比是50:1,则相当于在HVDC上耦合了2.4V的AC信号,假设接地故障回路中的电阻为20KΩ,则存在的故障电流是0.12mA的交流电流,S线圈的匝数比是20:1,则产生第二交流信号中的电流信号为0.006mA(平均值,峰值为0.008mA),该电流信号注入GFIC芯片,进一步由GFIC芯片运算并判断符合关断条件(如参考UL943级别(交流电流AC)检测方案中的关断门限值0.005mA,以达到UL943级别相当的保护),触发断路器关断。本专利技术实施例第一方面第一种可能的实现方式中,ShuntMonitor单元包括第一ShuntMonitor、第一分流电阻、第二ShuntMonitor以及第二分流电阻;ShuntMonitor单元的第一端口M1为第一ShuntMonitor的正极接线端口,ShuntMonitor单元的第二端口M2为第二ShuntMonitor的正极接线端口时,第一ShuntMonitor的负极接线端口连接第一分流电阻的第一端口、第二ShuntMonitor的负极端口以及第二分流电阻的第一端口,第一分流电阻的第二端口连接第一ShuntMonitor的正极接线端口,第二分流电阻的第二端口连接第二ShuntMonitor的正极接线端口;或者,ShuntMonitor单元的第一端口M1为第一ShuntMonitor的负极接线端口,ShuntMonitor单元的第二端口M2为第二ShuntMonitor的负极接线端口时,第一ShuntMonitor的正极接线端口连接第一分流电阻的第一端口、第二ShuntMonitor的正极端口以及第二分流电阻的第一端口,第一分流电阻的第二端口连接第一ShuntMonitor的负极接线端口,第二分流电阻的第二端口连接第二ShuntMonitor的负极接线端口。可以看出,上述第一ShuntMonitor和第二ShuntMonitor的设置方案能够检测负载正极接地故障和/或负载负极接地故障多种情形。结合本专利技术实施例第一方面或第一方面第一种可能的实现方式,在本专利技术实施例第一方面第二种可能的实现方式中,交流信号发生器包括:逆变电路,逆变电路包括控制器、驱动器和绝缘栅双极型晶体管IGBT。结合本专利技术实施例第一方面或第一方面第一种可能的实现方式,在本专利技术实施例第一方面第三种可能的实现方式中,交本文档来自技高网...
一种接地故障检测装置及HVDC系统

【技术保护点】
一种接地故障检测装置,其特征在于,包括:接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、交流信号发生器、隔离器、分流检测器Shunt Monitor单元;所述Shunt Monitor单元的第一端口M1和第二端口M2用于串联在地线GND中,所述Shunt Monitor单元的信号输出端口MO连接所述隔离器的信号输入端口G1,所述隔离器的电源输入端口G2用于连接负载的正极RL+,所述隔离器的电源输出端口G3连接所述交流信号发生器的电源输入端口J1,所述交流信号发生器的交流信号输出端口J2连接所述N线圈的交流信号输入端口N1,所述N线圈的交流信号输出端口N2连接所述交流信号发生器的交流信号输入端口J3,所述N线圈的第一直流电源输出端口N3用于连接所述负载正极RL+,所述N线圈的第二直流电源输入端口N4用于连接负载负极RL‑;所述N线圈的第一直流电源输入端口N5连接所述断路器的第一电源输出端口D1,所述N线圈的第二直流电源输出端口N6连接所述S线圈的第二电源输入端口D2,所述断路器的第一电源输入端口D3连接所述S线圈的第一直流电源输出端口S1,所述断路器的第二电源输出端口D4连接所述S线圈的第二直流电源输入端口S2,所述断路器的控制信号输入端口D5连接所述GFIC芯片的控制信号输出端口C1,所述S线圈的交流信号输出端口S3连接所述GFIC芯片的交流信号输入端口C2,所述GFIC芯片的交流信号输出端口C3连接所述S线圈的交流信号输入端口S4,所述S线圈的第一直流电源输入端口S5用于连接电源正极V+,所述S线圈的第二直流电源输出端口S6用于连接电源负极V‑。...

【技术特征摘要】
1.一种接地故障检测装置,其特征在于,包括:
接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、
交流信号发生器、隔离器、分流检测器ShuntMonitor单元;
所述ShuntMonitor单元的第一端口M1和第二端口M2用于串联在地线
GND中,所述ShuntMonitor单元的信号输出端口MO连接所述隔离器的信号输
入端口G1,所述隔离器的电源输入端口G2用于连接负载的正极RL+,所述隔
离器的电源输出端口G3连接所述交流信号发生器的电源输入端口J1,所述交流
信号发生器的交流信号输出端口J2连接所述N线圈的交流信号输入端口N1,所
述N线圈的交流信号输出端口N2连接所述交流信号发生器的交流信号输入端
口J3,所述N线圈的第一直流电源输出端口N3用于连接所述负载正极RL+,所
述N线圈的第二直流电源输入端口N4用于连接负载负极RL-;
所述N线圈的第一直流电源输入端口N5连接所述断路器的第一电源输出
端口D1,所述N线圈的第二直流电源输出端口N6连接所述S线圈的第二电源输
入端口D2,所述断路器的第一电源输入端口D3连接所述S线圈的第一直流电源
输出端口S1,所述断路器的第二电源输出端口D4连接所述S线圈的第二直流电
源输入端口S2,所述断路器的控制信号输入端口D5连接所述GFIC芯片的控制
信号输出端口C1,所述S线圈的交流信号输出端口S3连接所述GFIC芯片的交流
信号输入端口C2,所述GFIC芯片的交流信号输出端口C3连接所述S线圈的交
流信号输入端口S4,所述S线圈的第一直流电源输入端口S5用于连接电源正极
V+,所述S线圈的第二直流电源输出端口S6用于连接电源负极V-。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述ShuntMonitor单元包括
第一ShuntMonitor、第一分流电阻、第二ShuntMonitor以及第二分流电阻;
所述ShuntMonitor单元的所述第一端口M1为所述第一ShuntMonitor的正
极接线端口,所述ShuntMonitor单元的所述第二端口M2为所述第二Shunt
Monitor的正极接线端口时,所述第一ShuntMonitor的负极接线端口连接所述
第一分流电阻的第一端口、所述第二ShuntMonitor的负极端口以及所述第二分
流电阻的第一端口,所述第一分流电阻的第二端口连接所述第一ShuntMonitor
的正极接线端口,所述第二分流电阻的第二端口连接所述第二ShuntMonitor

\t的正极接线端口;或者,
所述ShuntMonitor单元的所述第一端口M1为所述第一ShuntMonitor的负
极接线端口,所述ShuntMonitor单元的所述第二端口M2为所述第二Shunt
Monitor的负极接线端口时,所述第一ShuntMonitor的正极接线端口连接所述
第一分流电阻的第一端口、所述第二ShuntMonitor的正极端口以及所述第二分
流电阻的第一端口,所述第一分流电阻的第二端口连接所述第一ShuntMonitor
的负极接线端口,所述第二分流电阻的第二端口连接所述第二ShuntMonitor
的负极接线端口。
3.根据权利要求1或2任一项所述的装置,其特征在于,所述交流信号发
生器包括:
逆变电路,所述逆变电路包括控制器MCU、驱动器和绝缘栅双极型晶体
管IGBT。
4.根据权利要求1或2任一项所述的装置,其特征在于,所述交流信号发
生器包括:
数模转换器DAC和振荡电路。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置,其特征在于,所述接地故障检测
装置还包括关断门限设置单元Rset,所述GFIC芯片的控制信号输入端口C4连
接所述Rset的信号输出端R1;
所述Rset用于设置所述GFIC芯片中的关断门限范围。
6.一种高压直流输电HVDC系统,其特征在于,包括:

【专利技术属性】
技术研发人员:许剑
申请(专利权)人:华为技术有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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