專利名稱：用于具有動態(tài)響應特性的絕緣故障監(jiān)測的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于不接地電網中的絕緣故障監(jiān)測的方法，所述方法包括以下步驟測量絕緣電阻、確定對絕緣電阻的響應值、以及在測量的絕緣電阻降到低于響應值的情況下觸發(fā)報警信號。本發(fā)明還涉及一種用于不接地電網中的絕緣故障監(jiān)測的設備，所述設備包括用于測量絕緣電阻的裝置和用于確定對絕緣電阻的響應值的處理器單元、以及用于觸發(fā)報警信號的報警器。
背景技術：
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絡(IT系統(tǒng))作為網絡配置。在不接地供電網絡中，有源導體不直接連接至地電位，因此，由于不存在返回，在會燒斷熔絲從而導致操作中斷的接地故障(單極)的情況下不會有短路電流流動。不接地網絡可以不管該接地故障(首要絕緣故障)繼續(xù)安全地進行操作。這種網絡配置很普遍，特別是在光伏電站中很普遍，這是因為在此情況下主要著眼點在于最大可能程度地不中斷地供倉泛。假如人接觸帶電導體，完全絕緣的不接地供電系統(tǒng)提供最好的可能的保護，這是因為，由于導體與地之間理論上的無限阻抗值使得不可能產生具有流經(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方面特別重要。絕緣電阻減小到低于預定義值降低了對直接和間接接觸電站的防護；此外，故障電流可能發(fā)生并且可能引起電氣設備的故障運行或引起操作中斷，從而導致高成本。因此，在電站區(qū)需要持續(xù)監(jiān)測絕緣電阻，以便在絕緣電阻降到低于安全臨界響應值時發(fā)出報警信號，并且如果必要的話以便關停電站。絕緣電阻會因老化過程和環(huán)境影響一例如溫度、濕氣、污染或損害一而變化，并且還會因化學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/伏特的范圍內波動。這在絕緣電阻因環(huán)境原因而降到低于響應值的情況下會導致誤動作(false trips)。根據現有技術，為了避免該類型的誤動作，將絕緣監(jiān)測系統(tǒng)中的響應值設定成大大低于最小絕緣電阻值的值。在這種情況下，以下事實是不利的在該(過)低響應值設定以上，仍會對人造成風險。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段在“高歐姆狀態(tài)”下發(fā)生絕緣故障，則當前測量的絕緣電阻因此降低，這顯著偏離了預期進程，因此，該絕緣故障僅在絕緣電阻還降到低于固定設定的低響應值時才被識別。現有技術中已知的所考慮的方法是對絕緣電阻由于環(huán)境狀況而產生的變化進行統(tǒng)計平均。然而，該間接結合環(huán)境狀況的缺點是絕緣監(jiān)測設備的測量次數多。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是在不接地供電系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測期間確保最可靠的可能的人身和電站保護以及高水平的操作可靠性，同時避免誤動作。結合權利要求1的前序部分通過在處于所述絕緣電阻的測量的下游的報警值建立過程中動態(tài)地確定所述響應值為作為瞬時響應值來實現該目的。從而，根據本發(fā)明，在絕緣故障監(jiān)測期間，將當前測量的絕緣電阻與比較值形式的動態(tài)變化的瞬時響應值進行比較。該響應值在絕緣電阻測量下游的報警值建立過程中被確定，并且允許該響應值自動適應測量時主導的環(huán)境狀況。從而，與在白天期間相比，在夜間所測量的絕緣電阻處于較高的水平。根據本發(fā)明，響應值也跟隨該趨勢，因此，由于絕緣電阻更早地降到低于動態(tài)向上適應的響應值，所以以更大的可靠性識別出故障(就是說，當前的、所測量的絕緣電阻的顯著下降)。在白天期間(就是說，在相對較低水平的絕緣電阻的情況下)，由于同樣較低的響應值從而相比之下避免了誤動作。誤動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，電站保護，特別是人身保護由于動態(tài)適應的響應值而得到改善，因為能夠在早期識別出故障。在本發(fā)明的有利實施方式中，在所述報警值建立過程中作為基礎值、設定參數、環(huán)境數據和對時間平均的絕緣電阻值的函數來確定所述瞬時響應值。從作為基礎值的電廠特定絕緣電阻出發(fā)，通過根據環(huán)境數據修改該基礎值來給出瞬時響應值。例如，基于經驗，由于清晨幾小時內的露水對絕緣電阻有影響，因此根據時間、溫度和大氣濕度來進行適應性改變。由于直接結合環(huán)境數據，因此實現了較少的測量次數，進而實現了提高的人身保護。在瞬時響應值的確定中還結合了設定參數和對時間平均的絕緣電阻值，使得將電站的操作狀況映射到實際響應值上，這產生了最可靠的可能故障識別。從而固定用于響應值的極限值，并且考慮所述響應值相對于絕緣電阻的時間平均值的變化。基礎值方便地為要進行監(jiān)測的所述不接地電網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算所給出的典型用于電站的絕緣電阻值作為用于計算瞬時響應值的起始點。在特定實施方式中，使用以下值作為所述設定參數作為響應下限值的最小響應值Rmin、響應值動態(tài)RADY形式的輔助值、和響應值界限RLM形式的輔助值，所述響應值動態(tài)RADY用于限定所述瞬時響應值能夠動態(tài)變化的動態(tài)范圍，所述響應值界限RLIM用于確定所述瞬時響應值與所述對時間平均的絕緣電阻值的差值。優(yōu)選地，從所述基礎值RB出發(fā)通過根據所述環(huán)境數據的校正來確定所述瞬時響應值，其中，所述瞬時響應值在其最小值處取所述最小響應值Rmin、在其最大值處取所述響應值動態(tài)RADY形式的所述值、并且在該動態(tài)范圍內低于所述對時間平均的絕緣電阻值至少所述響應值界限RLM的差值。設定參數限定瞬時響應值可以變化的范圍，并且確定如何改變瞬時響應值以適應電站的操作情境從而確保可靠的故障識別。以這樣的方式動態(tài)確定的響應值有利地使得可以實時地識別絕緣電阻的“真實”下降。已證明將以下影響變量作為所述環(huán)境數據單獨地或以任意組合的方式結合到所述報警值建立過程中是有利的時間、光強度、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、以及另外地當在光伏電站中使用所述方法時的模塊玻璃表面的電導率、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)境數據考慮進來，從而確定出更準確地適應于相應的主導操作情境的瞬時響應值。從而，在很多的操作情境下在任意時刻識別絕緣電阻的很關鍵的變化。在另外的實施方式中，根據所述瞬時響應值生成監(jiān)測狀態(tài)的能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號，并且所述能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號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相比相對更高的對人身保護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，能夠使所述瞬時響應值的所述動態(tài)確定不起作用，并且可以進行返回到具有固定響應值的模式。關于用于不接地電網中的絕緣故障監(jiān)測的設備，結合權利要求9的前序部分通過以下方式來實現本發(fā)明的目的所述處理器單元具有處于所述絕緣電阻的測量的下游的、用于動態(tài)地確定瞬時響應值的報警值建立單元，以確定所述響應值。根據本發(fā)明，處理器單元包括報警值建立單元，在該報警值建立單元中在數字層面上處理輸入信號。基于除當前測量的絕緣電阻和設定參數之外還包括環(huán)境數據的輸入變量，通過根據本發(fā)明的方法來動態(tài)確定瞬時響應值，并且通過與當前的絕緣電阻值比較而在發(fā)生故障的情況下產生報警信號。


根據以下描述和說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的附圖，另外的有利設計特征將顯現，在附圖中圖1示出了用于絕緣故障監(jiān)測的方法和設備的功能框圖。
具體實施例方式圖1中示出的圖描述了根據本發(fā)明的方法2的基本處理步驟以及根據本發(fā)明的設備4的基本功能塊。該方法最初包括在不接地供電網絡6中的絕緣電阻測量8。供電網絡6可以為例如光伏電站，在光伏電站中著眼點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)測似乎是必需的電氣保護措施。設備4具有用于測量絕緣電阻的裝置10，其中，這些裝置10通過耦接和測量電路12連接至供電網絡6并且作為處理器單元14的部件包括估計電路16。絕緣電阻測量8或用于測量絕緣電阻的裝置10提供絕緣電阻的當前值18作為輸出信號，并將該輸出信號發(fā)送到在報警值建立單元22中執(zhí)行的報警值建立過程20。在報警值建立過程20或報警值建立單元22中計算瞬時響應值。對于瞬時響應值的根據本發(fā)明的動態(tài)建立，使用基礎值RB和作為設定參數的以下值作為響應下限值的最小響應值Rmin、用于限定瞬時響應值可以動態(tài)變化的動態(tài)范圍的響應值動態(tài)RADY形式的輔助值、和用于確定瞬時響應值與對時間平均的絕緣電阻值的差值的響應值界限RLIM形式的輔助值。此外，環(huán)境數據24也被結合到該動態(tài)確定中。環(huán)境數據描述了絕緣電阻對電站的操作狀態(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，產生的功、斷路電壓)和另外的非物理參數(例如，電站區(qū)域中存在的人)來精確地確定。設備4具有檢測環(huán)境數據的接口設備26。然后，從基礎值RB出發(fā)通過根據環(huán)境數據的校正來確定瞬時響應值，其中，瞬時響應值在其最小值處取最小響應值Rmin，在其最大值處取響應值動態(tài)RADY形式的值，并且在該動態(tài)范圍內低于對時間平均的絕緣電阻值至少響應值界限RLIM的差值。以下將參照光伏電站的示例來說明瞬時響應值的確定。如果在無故障光伏電站中對時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內在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定參數，則在有效動態(tài)(activated dynamics)的情況下也識別高于3千歐姆至最大值高達100千歐姆的故障。相比之下，在3千歐姆的固定響應值情況下，將僅在絕緣電阻的當前值降到低于3千歐姆時才能檢測到故障。從而，在以上示例中，在白天期間/在夜間/在清晨幾小時內將在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，指示當前絕緣電阻值降到低于動態(tài)確定的響應值。在故障情況下，如果測量的絕緣電阻降到低于響應值，于是在報警器28中觸發(fā)報警信號，并將該報警信號以視覺信號和/或聽覺信號的方式發(fā)送給使用者。
權利要求
1.一種用于不接地電網(6)中的絕緣故障監(jiān)測的方法(2)，所述方法包括以下步驟 -測量絕緣電阻(8、18)； -確定對所述絕緣電阻的響應值(14);以及 -在所測量的絕緣電阻(18)降到低于所述響應值的情況下觸發(fā)報警信號(14、28)， 其特征在于， 在處于所述絕緣電阻的測量的下游的報警值建立過程(20)中動態(tài)地確定所述響應值作為瞬時響應值。
2.根據權利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述報警值建立過程(20 )中作為基礎值(RB )、設定參數(Rmin、RADY, RUM)、環(huán)境數據(24)和對時間平均的絕緣電阻值的函數來確定所述瞬時響應值。
3.根據權利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述基礎值RB為要進行監(jiān)測的所述不接地電網(6)的絕緣電阻的特定的固定值。
4.根據權利要求2或3所述的方法， 其特征在于， 使用以下值作為所述設定參數作為響應下限值的最小響應值(Rmin)、響應值動態(tài)(RADY)形式的輔助值、和響應值界限(RLIM)形式的輔助值，所述響應值動態(tài)(RADY)用于限定所述瞬時響應值能夠動態(tài)變化的動態(tài)范圍，所述響應值界限(RLIM)用于確定所述瞬時響應值與所述對時間平均的絕緣電阻值的差值。
5.根據權利要求2至4中的任一項所述的方法， 其特征在于， 從所述基礎值(RB)出發(fā)通過根據所述環(huán)境數據(24)的校正來確定所述瞬時響應值，其中，所述瞬時響應值在其最小值處取所述最小響應值(Rmin)、在其最大值處取所述響應值動態(tài)(RADY)形式的所述值、并且在該動態(tài)范圍內低于所述對時間平均的絕緣電阻值至少所述響應值界限(RLM)的差值。
6.根據權利要求2至5中的任一項所述的方法， 其特征在于， 將以下影響變量作為所述環(huán)境數據(24)單獨地或以任意組合的方式結合到所述報警值建立過程(20)中時間、光強度、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、以及另外地當在光伏電站中使用所述方法時的模塊玻璃表面的電導率、光伏模塊的供給電壓、光伏模塊的電輸出。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的方法， 其特征在于， 根據所述瞬時響應值生成監(jiān)測狀態(tài)的能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(28)，并且所述能夠從視覺上和/或從聽覺上感知的信號(28)告知是否電站或人身安全得到確保。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的方法， 其特征在于，能夠使所述瞬時響應值的所述動態(tài)確定不起作用。
9.一種用于不接地電網(6)中的絕緣故障監(jiān)測的設備，所述設備包括用于測量絕緣電阻的裝置(10)和用于確定對所述絕緣電阻的響應值的處理器單元(14)、以及用于觸發(fā)報警信號的報警器(28)， 其特征在于， 為了確定所述響應值，所述處理器單元(14)具有處于所述絕緣電阻的測量的下游的、用于動態(tài)地確定瞬時響應值的報警值建立單元(22)。
10.根據權利要求9所述的設備， 其特征在于， 用于檢測環(huán)境數據(24)的接口設備(26)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于不接地電網中的絕緣故障監(jiān)測的方法，所述方法包括以下步驟測量絕緣電阻；確定對絕緣電阻的響應值；以及如果所測量的絕緣電阻降到低于響應值則觸發(fā)報警信號，其中，在絕緣電阻測量下游的報警值建立過程中動態(tài)地確定所述響應值作為瞬時響應值。本發(fā)明還涉及一種用于不接地電網中的絕緣故障監(jiān)測的設備，所述設備包括用于測量絕緣電阻的裝置和用于確定對絕緣電阻的響應值的處理器單元、以及用于觸發(fā)報警信號的報警器，其中，為了確定所述響應值，處理器單元具有在絕緣電阻的測量下游的、用于動態(tài)地確定瞬時響應值的報警值建立單元。
文檔編號G01R27/02GK103033686SQ20121036942
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日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 申請人:本德爾有限兩合公司