连接二极管的冗余DC供电系统绝缘故障定位的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于非接地DC供电系统的绝缘故障定位的绝缘故障定位系统和方法，该非接地DC供电系统被从连接到二极管的第一直流电压供电电源和连接到二极管的第二直流电压供电电源冗余地馈电，并且耗电器冗余地耦合到该非接地DC供电系统。由于二极管连接以及与其相关联的负载电流的不对称电流分流，在这样的供电系统中的供电线路中产生非补偿部分电流，并且因此产生可以通过测量电流互感器被捕获并且可以在绝缘故障定位期间干扰有效的测试电流的差动电流部分。为了消除干扰差动电流部分，在测量电流互感器中提出了初级侧上的补偿措施，以及在绝缘故障定位装置中提出了次级侧上的间接补偿措施。

【技术实现步骤摘要】
连接二极管的冗余DC供电系统绝缘故障定位的系统和方法
本专利技术涉及根据用于非接地DC供电系统的相应前导码进行绝缘故障定位的绝缘故障定位系统和方法，其中非接地DC供电系统在本专利技术中被公开为，非接地DC供电系统被从连接到二极管的第一直流电压供电电源和连接到二极管的第二直流电压供电电源冗余地馈电，并且耗电器经由由两个有源导体组成的第一供电线路和由两个有源导体组成的第二供电线路冗余地连接到非接地DC供电系统。
技术介绍
为了向电动操作器件供电，当对操作、消防和接触安全性的要求增加时，使用非接地供电系统的接地系统，所述接地系统也被称为隔离网络(法语：IsoléTerre–IT)或IT供电系统。在这种类型的供电系统中，有源部件与地电势分开—相对于“地”。这些网络的优点在于，在诸如接地故障或身体接触的第一绝缘故障中，电动操作器件的功能不会受到损害，因为闭合电路无法形成，这归因于在这个第一故障实例(第一故障)中网络的有源导体和地之间的理想的无限大的阻抗值。由于非接地供电系统的固有安全性，因此即使在发生第一绝缘故障时，也可以确保连接到非接地供电系统的耗电器的连续供电。因此，非接地供电系统到地的电阻(绝缘电阻–在发生故障时也是绝缘故障电阻或故障电阻)被持续地监测，因为会经由在不同有源导体处的可能的其它故障(第二故障)发生故障回路，并且与过电流保护设备一起流动的故障电流可能导致设施关闭和操作停止。假设通过绝缘监测设备连续监测非接地供电系统的绝缘状况，那么即使在发生第一故障时但是根据标准DINVDE0100-410和IEC6034-4-41建议尽快消除了第一故障，非接地供电系统也可以继续操作而没有规定的时间限制。为了满足快速消除第一故障的要求，通常包括测试电流生成器的绝缘故障定位系统和具有与其连接的测量电流互感器的绝缘故障定位系统(评估设备)的使用表示当前的发展状况，特别是在扩展和复杂的非接地供电系统中或在非接地供电系统中，其中为整个非接地供电系统关闭供电对于安全性来说是危险的。如果绝缘监测设备在非接地供电系统中识别出第一绝缘故障，则由可以作为单独的设备以及作为绝缘故障监测设备的组件来实现的测试电流生成器开始绝缘故障定位，从而生成测试电流并且在中央位置处将所述测试电流供应到非接地供电系统中。实现了闭合回路，其中测试电流或测试电流部分从测试电流生成器经由带电有源导体、绝缘故障和接地连接流回到测试电流生成器。具有与其连接的测量电流互感器的绝缘故障定位装置用于定位非接地供电系统中的故障位置，测量电流互感器被确定性地分配给待监测的每个导体分支。测试电流或测试电流部分由处于测试电流电路(故障电流电路)中的所有测量电流互感器捕获，并由绝缘故障定位装置进行评估和指示。故障位置可以通过测量电流互感器到导体分支的已知分配来定位。在与安全性相关或对供应的安全性有重要意义的设施中，诸如铁路系统、发电厂或变电站，对于没有中断的操作存在更高的要求。这些要求通过冗余配置的供电系统来实现。在非接地DC供电系统中，与安全性相关并且与二极管连接的耗电器因此通常经由两个单独的供电线路(导体分支)从两个直流电压供电电源冗余地供电。但是，连接到二极管的双重配置的DC供电系统的拓扑在定位故障时会导致干扰。由于二极管连接，在供电线路中出现非补偿部分电流(负载电流的不对称电流分流)并且因此也出现差动电流部分，其可以由相应的测量电流互感器捕获并且可以干扰有效的测试电流。两个供电电压之一的最轻微波动可以导致非线性二极管特性的操作点的调制，并因此导致两个二极管处的相互正向偏压波动。特别是在绝缘故障定位系统优选地用于生成测试电流(例如在1Hz的频率下具有50mV的振幅的电压波动)的频率区域中的供电电压的轻微低频波动可导致其频率位置和振幅大致对应于由绝缘故障定位系统通常使用的测试信号的电流流动。即使在其它方面对称比例的情况下，不同的二极管特性也会导致DC差动电流。因此，测试电流的故障检测以及因此绝缘故障定位的干扰似乎是很有可能的。如果冗余的直流电压供电电源的供电电压不同，则也可以因此产生相对大的DC差动电流，特别是根据直流电压的振幅和耗电器的负载电阻的值。当使用市售的测量电流互感器时，大的DC差动电流又会导致定位故障时的选择性恶化，即，导致从属供电分支中的故障确定受到影响，一直到导致经由测量电流互感器的芯材中的饱和效应引起的故障定位不足。从现有技术来看，已知用于解决上述问题的三种不同方法：a)使用所谓的Holmgreen电路。这对应于次级侧上的若干测量电流互感器的并联电路。该电路已成功用于获得纯AC系统(50Hz，60Hz)中的总电流。但是，令人满意的功能的先决条件是互连的测量电流互感器的传输性质的良好一致性。在具有低频信号部分和DC分量的系统中，该方法在标准测量电流互感器(A型测量电流互感器)中以非常有限的方式工作，因为这些信号分量没有被标准测量电流互感器捕获或仅仅不充分地被标准测量电流互感器捕获。b)在两个DC电压源之一中供电电压的单侧增加。但是，这种方法的结果是相对大的DC差动电流，其可能以不利的方式导致以上提到的测量电流互感器的磁路的芯材中的饱和效应。c)在定位故障时临时相互取消个别耗电器的双馈源。这种方法需要经验丰富的专家进行手动干预，并且包含在完成故障定位之后忘记正确重新安装耗电器的双馈源的风险。分离两个冗余的直流电压供电电源的负极之间的连接可能是有用的，但是，这在大多数设施中是不可接受的，因为要观察的某些故障情况会导致冗余的直流电压供电电源串联地切换并且由于这种情况而导致的线间电压可能引起设施中的绝缘协调问题。因此，在大多数应用情况下，不能以这种方式实现全自动的故障定位。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是从技术角度简化连接到二极管的非接地DC供电系统中的故障定位并且可靠且经济地设计故障定位。绝缘故障定位系统A：该目的使用根据本专利技术的包括用于增加第一或第二直流电压供电电源的供电电压的设置设备、用于供应测试电流的测试电流生成器和绝缘故障定位装置以及其中用于捕获在第一供电线路中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器和用于捕获在第二供电线路中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器连接到绝缘故障定位装置的绝缘故障定位系统A以及通过布置在第一供电线路的有源导体之间的第一电阻路径和布置在第二供电线路的有源导体之间的第二电阻路径来实现，每个电阻路径的电阻被调整大小使得在相应的电阻路径中流动的补偿电流等于由供电电压增加引起的相应供电线路中的干扰DC差动电流并且被相应的测量电流互感器在DC差动电流的相反方向上在初级侧捕获。该实施例的基本思想在于，如从现有技术中已知的，借助于布置在两个直流电压供电电源之一上的设置设备初始地增加一侧上的两个供电电压之一，并且然后弱化由单侧增加引起的干扰DC差动电流直至有可能可靠地识别测试电流或测试电流部分，并且因此故障定位不会受到负面影响。通过生成补偿电流，DC差动电流在相应测量电流互感器的初级侧上大部分得到补偿，以便防止测量电流互感器的芯材中的饱和效应。为此目的，以如下方式将无源电阻路径分别安装在第一供电线路的有源导体之间和第二供电线路的有源导体之间：补偿电流在干扰DC差动电流的相反方向上流过相应的测量电流互感器以及因此展现其补偿效应。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(20)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(20)包括用于增加第一或第二直流电压供电电源(4a，4b)的供电电压的设置设备(19)、用于供应测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(18)，用于捕获在第一供电线路(8a)中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(14a)和用于捕获在第二供电线路(8b)中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(14b)连接到所述绝缘故障定位装置(18)，其特征在于：第一电阻路径(22a)布置在第一供电线路(8a)的有源导体(10)之间，并且第二电阻路径(22b)布置在第二供电线路(8b)的有源导体(10)之间，每个电阻路径(22a，22b)的电阻(24a，24b)被调整大小使得补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)在相应的电阻路径(22a，22b)中流动，所述补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)等于在相应的供电线路(8a，8b)中由增加供电电压引起的干扰DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)并且被相应的测量电流互感器(14a，14b)在DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)的相反方向上在初级侧捕获。...

【技术特征摘要】
2017.04.06 DE 102017205931.11.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(20)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(20)包括用于增加第一或第二直流电压供电电源(4a，4b)的供电电压的设置设备(19)、用于供应测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(18)，用于捕获在第一供电线路(8a)中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(14a)和用于捕获在第二供电线路(8b)中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(14b)连接到所述绝缘故障定位装置(18)，其特征在于：第一电阻路径(22a)布置在第一供电线路(8a)的有源导体(10)之间，并且第二电阻路径(22b)布置在第二供电线路(8b)的有源导体(10)之间，每个电阻路径(22a，22b)的电阻(24a，24b)被调整大小使得补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)在相应的电阻路径(22a，22b)中流动，所述补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)等于在相应的供电线路(8a，8b)中由增加供电电压引起的干扰DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)并且被相应的测量电流互感器(14a，14b)在DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)的相反方向上在初级侧捕获。2.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(30)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(30)包括用于增加第一或第二直流电压供电电源的供电电压的设置设备(19)、用于供应测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(18)，用于捕获在第一供电线路中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(14a)和用于捕获在第二供电线路中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(14b)连接到所述绝缘故障定位装置(18)，其特征在于：具有电流设置设备(34a，34b)的电流路径(32a，32b)分别布置在第一供电线路(8a)的有源导体之间和第二供电线路(8b)的有源导体之间，所述电流设置设备(34a，34b)依据负载电流设置补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)，所述补偿电流(Idccomp,a，Idccomp,b)等于在相应的供电线路中由增加供电电压引起的干扰DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)并且被相应的测量电流互感器(14a，14b)在DC差动电流(Idcdiff,a，Idcdiff,b)的相反方向上在初级侧捕获。3.如权利要求2所述的绝缘故障定位系统，其特征在于：电流设置设备(34a，34b)包括用于生成补偿电流的可设置电流源(35a，35b)和用于测量DC负载电流的电流传感器(36a，36b)。4.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(40)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(40)包括用于馈送测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(18)，用于捕获在第一供电线路(8a)中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(44a)和用于捕获在第二供电线路(8b)中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(44b)连接到所述绝缘故障定位装置(18)，其特征在于：第一和第二测量电流互感器(44a，44b)被配置为具有电流输出的全电流敏感的测量电流互感器并且在次级侧并联地切换用于间接补偿差动电流部分(Idiff,a，Idiff,b)。5.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(50)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(50)包括用于供应测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(18)，用于捕获在第一供电线路(8a)中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(54a)和用于捕获在第二供电线路(8b)中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(54b)连接到所述绝缘故障定位装置(18)，其特征在于：第一测量电流互感器(54a)和第二测量电流互感器(54b)被配置为具有电压输出的全电流敏感的测量电流互感器并且在次级侧串联地切换用于间接补偿差动电流部分(Idiff,a，Idiff,b)。6.一种用于非接地DC供电系统(2)的绝缘故障定位系统(60)，所述非接地DC供电系统(2)被从连接到二极管的第一直流电压供电电源(4a)和连接到二极管的第二直流电压供电电源(4b)冗余地馈电，并且耗电器(6)经由由两个有源导体(10)组成的第一供电线路(8a)和由两个有源导体(10)组成的第二供电线路(8b)冗余地连接到所述非接地DC供电系统(2)，所述绝缘故障定位系统(60)包括用于供应测试电流的测试电流生成器(12)和绝缘故障定位装置(68)，用于捕获在第一供电线路(8a)中流动的第一测试电流部分的第一测量电流互感器(64a)和用于捕获在第二供电线路(8b)中流动的第二测试电流部分的第二测量电流互感器(64b)连接到所述绝缘故障定位装置(68)，其特征在于：第一测量电流互感器(64a)和所述第二测量电流互感器(64b)被配置为全电流敏感的测量电流互感器，并且绝缘故障定位装置(68)包括评估单元(62)，评估单元(62)在计算上间接补偿差动电流部分(Idiff,a，Idiff,b)。7.如权利要求4至6中任一项所述的绝缘故障定位系统，其特征在于：根据权利要求1所述的电阻路径或具有根据权利要求2或3所述的电流设置设备的电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪科尔·哈克尔，卡斯滕·哈特曼，
申请(专利权)人：本德尔有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE