專利名稱：用于確定已斷開(kāi)電力設(shè)施的阻抗的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定從電力設(shè)施的高壓電源或者中壓電源斷開(kāi)的該電力i殳施的阻抗的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電力設(shè)施是一種裝置或者設(shè)備，其工作電流高到足以對(duì)操作者構(gòu)成危險(xiǎn)，或者在意外接地的情況下，可能對(duì)周圍的設(shè)備造成某些損壞。對(duì)于發(fā)電、輸電和配電中使用的高壓設(shè)施和中壓設(shè)施，情況通常如此。不論何時(shí)需要對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行維護(hù)或者修理工作，需將該設(shè)施從其電源斷開(kāi)，并且人工或者自動(dòng)地安裝安全的接地導(dǎo)體。
忘記安全接地可能主要在兩種不同情況下導(dǎo)致嚴(yán)重后果。首先，第一種情況是，在沒(méi)有將安全接地正確安裝在設(shè)施上且工人靠近。即使設(shè)施本身不再通電，其可能從其附近的通電設(shè)備獲得感生電壓。在最壞情況下，這種情況對(duì)工人而言可能是致命的。第二種情況是，在將設(shè)施重新連接至其電源之前不能忘記安全接地。如果在完成維護(hù)之后忘記移除安全接地導(dǎo)體，則將出現(xiàn)設(shè)施的意外接地。這可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損毀。
電力設(shè)施還可能由于維護(hù)之外的其他原因而暫時(shí)從其電源斷開(kāi)。 一個(gè)這種原因是如果其在操作期間容易出現(xiàn)自清故障(selfclearing fault),例如容易出現(xiàn)由于電力設(shè)施被閃電擊中而導(dǎo)致的短路。在這種情況下，電力設(shè)施通常在某段時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)，并繼而可以重連。這種實(shí)踐通常稱為重合閘(reclosing),并在旨在提高對(duì)電力設(shè)施供電的連續(xù)性。然而，在其重連之前，應(yīng)當(dāng)消除仍然存在的任何故障。而且，為了消除持久的故障，可能需要對(duì)位置的估計(jì)。
本發(fā)明給出了一種解決方案，其中可以通過(guò)安全的方式來(lái)提供安全4晉施，乂人而可以啟動(dòng)適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。
在三相電力設(shè)施(諸如，電網(wǎng)的變電站中的變壓器或者電容組，或者三相輸電線或者配電線)的情況下，忘記安全接地或者這種短路故障具有尤其嚴(yán)重的后果。三相故障對(duì)電力設(shè)施及其周圍設(shè)備通常具有非常嚴(yán)重的影響。隨著電壓的突然降低或者電壓下降，三相
故障在相關(guān)電網(wǎng)的大范圍上擴(kuò)展，這將危害敏感的設(shè)備?；謴?fù)設(shè)備和電網(wǎng)所需的努力是相當(dāng)可觀的。
目前，監(jiān)管當(dāng)局正在建立更為嚴(yán)格的約束，以限制對(duì)最終客戶斷電的次數(shù)和斷電持續(xù)時(shí)間二者。對(duì)輸電和配電公司不斷提高的要求使其只有很少的時(shí)間和很少的斷開(kāi)可用于線路和變電站的預(yù)定維護(hù)。輸電和配電公司目前依賴于若干外部承包商來(lái)執(zhí)行年度維護(hù)計(jì)劃，該年度維護(hù)計(jì)劃通常是在線路或者變電站的一次或者兩次年度斷開(kāi)中完成的。維護(hù)工作的協(xié)調(diào)是困難的，特別是當(dāng)來(lái)自不同承包商的多個(gè)工作隊(duì)在線路或者變電站的不同點(diǎn)處同時(shí)工作時(shí)。出于安全原因，每個(gè)工作點(diǎn)必須在任何進(jìn)入點(diǎn)處接地。 一旦維護(hù)工作完成，需要完成電源的恢復(fù)。在接地以及電源恢復(fù)過(guò)程二者期間，協(xié)作和通信必須完全正確，以避免危及維護(hù)人員、增加斷電持續(xù)時(shí)間或者導(dǎo)致嚴(yán)重硬件問(wèn)題的錯(cuò)誤。目前，對(duì)安全接地的應(yīng)用和移除進(jìn)行人工檢查，這需要相當(dāng)?shù)娜肆?。統(tǒng)計(jì)表明，在導(dǎo)致人員傷亡的多數(shù)電力設(shè)施事故或者線路或變電站的三相故障中，涉及人為錯(cuò)誤。
作為人工檢查安全接地的備選解決方案，WO 00/38289提出了 一種系統(tǒng)，用于針對(duì)在高壓導(dǎo)體上存在人工附接的接地觸點(diǎn)而進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)包括靠近高壓導(dǎo)體的附加的、棵露導(dǎo)體，當(dāng)附接安全接地時(shí)，該導(dǎo)體有彈力地夾住高壓導(dǎo)體。報(bào)警設(shè)備感測(cè)附加導(dǎo)體是否與高壓導(dǎo)體接觸，并且向可操作的中央單元傳送報(bào)警信號(hào)。中央單元繼而使得不可能將至接地的高電壓連接到高壓導(dǎo)體。該報(bào)警系統(tǒng)所需的硬件是可觀的，特別是附加導(dǎo)體使得安裝是高成本的。

發(fā)明內(nèi)容
7因此，本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)和一種方法，利用該系統(tǒng)
和方法可以自動(dòng)地并且相對(duì)低成本地確定乂人電力i殳施的高壓電源或者中壓電源上斷開(kāi)的該電力設(shè)施的阻抗。這繼而可以用來(lái)確定在電
該目的是通過(guò)提供根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求19的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明基于以下總體思想安全接地與線路的接地故障或者附接有安全接地的線圈表現(xiàn)出電學(xué)上相同的行為；也即，應(yīng)當(dāng)可檢測(cè)到對(duì)地的^f氐阻抗。
電力設(shè)施或者設(shè)備的阻抗檢測(cè)在監(jiān)測(cè)電力設(shè)備(諸如，發(fā)電機(jī)、變壓器或者傳輸線路)的故障狀態(tài)的領(lǐng)域中是已知的。
在Zaengl， W.S.在IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 19,issue, 5-19頁(yè)上的 "Dielectric Spectroscopy in Time and FrequencyDomain for HV Power Equipment, Part I: Theoretical Considerations"中，介紹了一種介電譜(dielectric spectroscopy)方法，該方法作為診斷電力工程中使用的電絕緣材料的手段。介電譜也可以稱為阻抗譜，并且其基于在特定頻率處材料對(duì)所應(yīng)用的電磁場(chǎng)的反應(yīng)。在一般情況下，材料對(duì)所應(yīng)用AC場(chǎng)的響應(yīng)是這樣確定的在材料上同時(shí)測(cè)量復(fù)合電壓和復(fù)合電流，以及確定在特定頻率處材料的阻抗。
在歐洲專利申請(qǐng)06445061.2中，使用介電譜方法來(lái)改進(jìn)應(yīng)用于多相發(fā)電機(jī)的定子線圈的接地故障檢測(cè)方法的精度。定子線圈中的接地故障是內(nèi)部故障，其可能由線圈的絕緣材料的損壞或者老化引起，其通常出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的所有其他可能的故障(諸如，定子的相對(duì)相故障)之前。因此，檢測(cè)線圏中的接地故障有助于防止發(fā)電機(jī)中的更多嚴(yán)重故障。發(fā)電機(jī)的定子是"Y"形連接的，并且中性點(diǎn)連接至地。對(duì)于介電譜，在中性點(diǎn)與地之間注入AC測(cè)試信號(hào)，并且測(cè)量定子對(duì)該AC信號(hào)的響應(yīng)。根據(jù)該測(cè)量，確定對(duì)地故障阻抗，其中將故障阻抗建模為與對(duì)地電容平行的故障電阻。
因此，本發(fā)明的目的是通過(guò)一種系統(tǒng)以及該系統(tǒng)執(zhí)行的相應(yīng)方法來(lái)解決的，其中該系統(tǒng)包括信號(hào)注入單元，用于在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于主頻的測(cè)試信號(hào)，其中該電i 各與設(shè)施相連；以及在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于第二主頻的另 一 測(cè)試信號(hào)；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，用于測(cè)量電路中的第一響應(yīng)電壓和第一響應(yīng)電流，其中第 一 響應(yīng)電壓和第 一 響應(yīng)電流由所述測(cè)試信號(hào)得到，以及測(cè)量作為對(duì)所述其他測(cè)試信號(hào)結(jié)果的第二響應(yīng)電壓和第二響應(yīng)電流；以及處理設(shè)備，用于根據(jù)第一響應(yīng)電壓和第一響應(yīng)電流來(lái)確定i殳施的對(duì)地阻抗，以及才艮據(jù)第二響應(yīng)電壓和第二響應(yīng)電流來(lái)確定另 一 對(duì)地阻抗，以及分析設(shè)施的對(duì)地阻抗，所述分析包括將每個(gè)所確定的對(duì)地阻抗與預(yù)定值相比較，以及基于所分析的對(duì)地阻抗來(lái)確定斷開(kāi)的電力設(shè)施的安全狀態(tài)。
通過(guò)注入兩個(gè)不同的頻率而不是僅注入一個(gè)頻率，改進(jìn)了安全狀態(tài)確定的可靠性。因此，實(shí)現(xiàn)了阻抗確定的冗余。
阻抗與預(yù)定值的比較可以理解為所測(cè)量阻抗的實(shí)部與預(yù)定電阻值的比較，或者理解為復(fù)合平面中的阻抗與預(yù)定范圍的比較，其中該范圍例如可以通過(guò)復(fù)合平面內(nèi)的圓周(circle)來(lái)描述，并且其中所測(cè)量的阻抗必須處于該圓周內(nèi)。
按照本發(fā)明的某些實(shí)施方式，如果安全狀態(tài)指示存在安全接地并且維護(hù)工作仍然在進(jìn)行中，則可以將該安全4妄地的存在作為設(shè)施沒(méi)有危險(xiǎn)負(fù)荷的肯定確認(rèn)。如果維護(hù)工作已經(jīng)完成并且將要把電源重連至電力設(shè)施，則指示存在安全接地的安全狀態(tài)表示錯(cuò)誤。因此，必須推遲重連，直到移除該安全接地。
如果安全狀態(tài)指示斷開(kāi)的電力設(shè)施在操作期間的持久短路故障，也將推遲設(shè)備的重連。
按照本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明還可以計(jì)算與故障的距離。
由于不需要與維護(hù)人員的交互，所提出的系統(tǒng)和方法完全自動(dòng)地確定對(duì)地阻抗。
該系統(tǒng)的處理^殳備可以優(yōu)選地配置在電力設(shè)施附近，例如，作為多用途保護(hù)繼電器的部分。備選地，其可以置于中央監(jiān)測(cè)單元中，
9該中央監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)多個(gè)設(shè)施中安全接地的存在。
由于保護(hù)繼電器或者中央監(jiān)測(cè)單元形式的處理設(shè)備廣泛用于目前的電力系統(tǒng)中，因此執(zhí)行本發(fā)明所需的僅有的附加硬件是注入單元和信號(hào)轉(zhuǎn)換單元。這些包括電氣和電子組件，與人工檢查安全接
地所需的勞動(dòng)力或者與沿著線路的附加導(dǎo)體所需的安裝和材料花費(fèi)相比，其是相對(duì)便宜的。
注入的測(cè)試信號(hào)可以是電壓信號(hào)或者電流信號(hào)。術(shù)語(yǔ)"主頻"表示測(cè)試信號(hào)是隨時(shí)間變化的信號(hào)，其頻譜展現(xiàn)出 一 個(gè)明顯的支配性頻率。最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式是正弦測(cè)試信號(hào)。但是也可以使用不同頻率的合成，只要可以檢測(cè)到主頻。
所提出的系統(tǒng)和方法可以有益地應(yīng)用的設(shè)施例如是輸電線路或者配電線路，電網(wǎng)中的電容器組或者電網(wǎng)的變電站中的變壓器或者斷路器。
如果所確定的安全狀態(tài)涉及已有的安全接地，則可以將該狀態(tài)發(fā)信號(hào)通知給控制單元，基于該狀態(tài)，如果維護(hù)工作仍在進(jìn)行中，并且如果沒(méi)有信號(hào)通知存在安全接地，則控制單元啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)。如果維護(hù)工作已經(jīng)完成并且處理設(shè)備信號(hào)通知現(xiàn)有的安全接地，則控制單元阻止對(duì)該電力設(shè)施應(yīng)用高壓或者中壓，從而阻止破壞性的相對(duì)地電流流動(dòng)。如果控制單元接收到涉及電網(wǎng)中所有安全接地的信號(hào)，則控制單元能夠確保在維護(hù)之前正確安裝所有安全接地，或者在恢復(fù)供電之前移除所有安全接地，這增加了電網(wǎng)的安全性可可用性。
如已經(jīng)描述的，處理設(shè)備可以是多用途保護(hù)繼電器，也稱為智
能電子設(shè)備(IED)。在這種IED中，通常經(jīng)由所謂的傳輸信道接收測(cè)量作為模擬信號(hào)，從而限制輸入信號(hào)的數(shù)量。因此，期望處理的測(cè)量越多，需要的模擬輸入就越多，這導(dǎo)致了高成本的硬件擴(kuò)充。除此之外，用于布線和安裝的時(shí)間和努力增加。為了在將IED的功能擴(kuò)展為包括冗余安全接地檢測(cè)時(shí)限制成本，引入疊加單元，其將響應(yīng)電壓的兩個(gè)測(cè)量進(jìn)行疊加，并經(jīng)由第 一模擬傳輸信道將其傳輸
10至處理設(shè)備，并且該疊加單元還對(duì)響應(yīng)電流的兩個(gè)測(cè)量進(jìn)行疊加，并經(jīng)由第二模擬傳輸通道將其傳輸至處理設(shè)備。
在另一實(shí)施方式中，使用三個(gè)不同的頻率來(lái)執(zhí)行三相設(shè)施的每個(gè)獨(dú)立相的安全狀態(tài)確定。因此，注入單元向每個(gè)相注入三個(gè)測(cè)試信號(hào)之一，其中每個(gè)測(cè)試信號(hào)處于不同的主頻，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元針對(duì)
每個(gè)相獨(dú)立地測(cè)試響應(yīng)電壓和電流，并且處理i殳備4十對(duì)每個(gè)相獨(dú)立地確定對(duì)地阻抗，并將其與預(yù)定值進(jìn)行比較。
如果再次將電壓和電流值作為模擬信號(hào)傳輸至處理設(shè)備，有益地，使用疊加單元來(lái)限制所需模擬傳輸信道的數(shù)量。按照一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)展，疊加單元對(duì)三個(gè)相的響應(yīng)電壓的測(cè)量進(jìn)4于疊加，并經(jīng)由第一模擬傳輸信道將其傳輸至處理設(shè)備，并且疊加單元對(duì)三個(gè)相的響應(yīng)電流的測(cè)量進(jìn)行疊加，并經(jīng)由第二模擬傳輸信道將其傳輸至處理設(shè)備。
疊加單元優(yōu)選地包括用于電壓的串聯(lián)連接的放大器，其中將每個(gè)電壓應(yīng)用于一個(gè)相應(yīng)放大器的輸入，并且其中串聯(lián)放大器電路的輸出連接至第一模擬傳輸信道。優(yōu)選地，電流以模擬方式應(yīng)用于放大器的另一串聯(lián)連接。
串聯(lián)連接的放大器不僅執(zhí)行模擬信號(hào)的疊加任務(wù)，還充當(dāng)調(diào)節(jié)其輸出的振幅以匹配處理設(shè)備的輸入范圍的手段，這是因?yàn)榉糯笃鞯淖畲罂赡茌敵鲋悼梢酝ㄟ^(guò)其電源電壓來(lái)確定。有益地，可以針對(duì)每種新的使用情況來(lái)改變和微調(diào)對(duì)放大器的這種調(diào)節(jié)，這確保了疊加單元的高靈活性。
為了從疊加的信號(hào)獲得響應(yīng)電壓和響應(yīng)電流，處理設(shè)備優(yōu)選地使用基于FFT的算法(快速傅立葉變換)，其將不同的主頻彼此分離，并且確定復(fù)合電壓和電流值。
有益地，選擇處于相應(yīng)電力設(shè)施的非標(biāo)稱值的主頻，也即，處于可以明確區(qū)別于該設(shè)施中存在的任何其他諧波的值。這在以下情況下特別有用設(shè)施是AC設(shè)施或者添加到設(shè)施的輔助系統(tǒng)的單元(其可以充當(dāng)AC信號(hào)的源，諸如速度計(jì))。如果安全狀態(tài)指示斷開(kāi)的電力設(shè)施在操作期間的持久短路故障，還可以確定故障的位置。這允許較快地應(yīng)用消除該故障的對(duì)策。


現(xiàn)在，參考附圖以示例的方式描述本發(fā)明，其中圖1示出了用于確定三相電力線的三個(gè)相的對(duì)地阻抗的設(shè)置的示意圖2示出了疊加信號(hào)的頻譜；
圖3示出了用于確定三個(gè)阻抗的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在所給出的示例中，將針對(duì)要執(zhí)行維護(hù)工作而提供的安全接地來(lái)描述本發(fā)明。
圖1示出了具有三個(gè)相1、 2和3的三相電力線，其中電力線可以是輸電線或者配電線。三個(gè)相1、 2和3的每一個(gè)連接至變壓器4、5和6,其用來(lái)將相中的電壓下變壓至可測(cè)量的水平。變壓器4、 5和6都與地連接。在下文中，認(rèn)為變壓器4、 5和6的設(shè)置是與三相線路連接的電路，其中認(rèn)為三相線路是電力設(shè)施。
使用由單個(gè)注入單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元7和處理設(shè)備8構(gòu)成的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量相1、 2和3的中性點(diǎn)(neutral)對(duì)地阻抗，以侵j十對(duì)每個(gè)相l(xiāng)、 2和3來(lái)4企測(cè)是否存在安全接地9、 lO和ll。信號(hào)注入包括三個(gè)信號(hào)生成單元12、 13和14，其中第一信號(hào)生成單元12生成處于第一主頻6的第一測(cè)試信號(hào)t!，第二信號(hào)生成單元13生成處于第二主頻f2的第二測(cè)試信號(hào)t2，而第三信號(hào)生成單元14生成處于第三主頻f3的第三測(cè)試信號(hào)t3。在最簡(jiǎn)單的情況下，信號(hào)可以是正弦信號(hào)，也即，相應(yīng)的主頻&、 f2或f3是信號(hào)中包含的僅有頻率。但是其也可以具有任何其他適當(dāng)?shù)男螤?，該形狀包括具有一個(gè)支配頻率f\、 f2
或者f3的多個(gè)頻率，例如矩形脈沖信號(hào)。將主頻&、 f2和f3選擇為
與三相線路中存在的任何其他現(xiàn)有諧波是異步的，從而使主頻fi、 f2
12和f3是可區(qū)分的，并且可以從相l(xiāng)、 2和3中的可測(cè)量信號(hào)的頻譜中
挑選出來(lái)。
第一測(cè)試信號(hào)h應(yīng)用于第一變壓器4的低電壓端，由此將測(cè)試 信號(hào)^注入第一相1。第二測(cè)試信號(hào)t2注入第二變壓器5由此注入第 二相2，并且第三測(cè)試信號(hào)t3注入第三變壓器6由此注入第三相3。 如圖3所示，步驟21是用于確定三相線路的三個(gè)相1、 2和3的阻 抗的方法的開(kāi)始。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元7連接至三個(gè)變壓器4、 5和6中每 一個(gè)的低電壓端，其測(cè)量第一相1對(duì)第一測(cè)試信號(hào)h的響應(yīng)、第二 相2對(duì)第二測(cè)試信號(hào)t2的響應(yīng)、以及第三相3對(duì)第三測(cè)試信號(hào)t3的 響應(yīng)。輸出分別表示響應(yīng)的測(cè)量電壓和電流的相應(yīng)才莫擬電壓信號(hào)， 其分別輸出為第一電壓測(cè)量"和第一電流測(cè)量Ip第二電壓測(cè)量U2 和第二電流測(cè)量12、以及第三電壓測(cè)量U3和第三電流測(cè)量13。圖3 中示出了相應(yīng)的方法步驟22。
為了將對(duì)處理設(shè)備8的輸入數(shù)量最小化，另外將疊加單元15引 入用于測(cè)量相阻抗的系統(tǒng)。六個(gè)測(cè)量傳輸?shù)蒋B加單元15，其中疊加 單元15包括兩個(gè)串聯(lián)電路，每個(gè)電路是三個(gè)放大器，第一串聯(lián)電路 中是放大器16,而第二串聯(lián)電路是放大器17。電壓測(cè)量Up U2和 U3中的每個(gè)輸入第一電路的放大器16之一；而電流測(cè)量Ii、 12和13 中的每個(gè)輸入第二電路的放大器17之一。由于放大器16的第一電 路的輸出連接至第 一模擬傳輸信道18,因此執(zhí)行對(duì)三個(gè)電壓測(cè)量Ui 、 U2和U3的疊加，從而生成得到的疊加信號(hào)Si。相應(yīng)的方法步驟是步 驟23。對(duì)于三個(gè)電流測(cè)量^、 12和13，經(jīng)由放大器17的第二電路來(lái) 執(zhí)行相同的疊加。另外，這由步驟24示出。得到的疊加信號(hào)S2傳 輸至第二模擬傳輸信道19。
處理設(shè)備8連接至第一和第二模擬傳輸信道18和19，以接收疊 加信號(hào)Si和S2。處理設(shè)備8分解第一疊加信號(hào)S!以獲得第一、第二
和第三電壓測(cè)量Up U2和U3，并且其分解第二疊加信號(hào)S2以獲得
第一、第二和第三電流測(cè)量I!、 12和13。處理設(shè)備8繼而分析和處理 六個(gè)電壓和電流信號(hào)，以執(zhí)行下文中描述的步驟。根據(jù)電壓和電流測(cè)量，挑選出第一、第二和第三主頻f!、 f2和f3,由此獲得處于相應(yīng) 頻率的第一、第二和第三響應(yīng)電壓和第一、第二和第三響應(yīng)電流的
矢量鵬)、U2(f2)、 II3(f3)、 M)、 I2(f2)、 L(f3)。這在圖3中由步 驟25和26示出。
根據(jù)第一電壓和電流矢量I!i(f0和L(&)，按照步驟27計(jì)算第一 阻抗&,其在圖1中表示第一相1的阻抗。根據(jù)第二電壓和電流矢 量LI2(f2)和I2(f2),按照步驟28計(jì)算第二阻抗L，其表示第二相2的 阻抗。并且根據(jù)第三電壓和電流矢量Il3(f3)和;b(f3),按照步驟29計(jì) 算第三阻抗&，其表示第三相3的阻抗。繼而，分析三個(gè)阻抗，以 便通過(guò)將阻抗與相應(yīng)的預(yù)定值Zo進(jìn)行比較，來(lái)檢測(cè)每相中安全接地 9、 10和11的存在(如步驟30、 31和32所示)。如果相應(yīng)的阻抗 ^、^2或者Z3小于預(yù)定值Z。，則通過(guò)設(shè)置標(biāo)志SGi(其中卜1,2或3) 來(lái)指示相應(yīng)相中存在安全接地。以這種方式指示的安全接地是一個(gè) 安全狀態(tài)。對(duì)于三個(gè)相中的每一個(gè)，設(shè)置單獨(dú)的標(biāo)志SGi，并由處理 設(shè)備8經(jīng)由輸出信道20將其輸出，從而使操作者或者遠(yuǎn)程控制單元 繼而可以啟動(dòng)適當(dāng)?shù)拇胧?。在備選方案中，處理設(shè)備8可以自己?jiǎn)?動(dòng)措施，例如，如果至少一個(gè)標(biāo)志SGi被設(shè)為0、同時(shí)假設(shè)三相線路 正在維護(hù)中，則生成聽(tīng)覺(jué)和/或圖形警報(bào)；或者如果維護(hù)已經(jīng)完成但 是至少一個(gè)標(biāo)志SGi仍然被設(shè)為1,則向三相線路的輸入斷路器發(fā)送 阻塞信號(hào)，從而阻止將該三相線路重連至電源。
圖2示出了包含三個(gè)電壓測(cè)量Ui、 112和U3的疊加信號(hào)Si的頻 譜。這是三個(gè)頻率&、 &和f3如何在頻譜上分布的一個(gè)示例，從而示 出以下內(nèi)容的重要性選擇在三個(gè)頻率f\、 &和f3之間具有充足帶寬
的三個(gè)頻率fp f2和f3，從而使其相應(yīng)的電壓或者電流信號(hào)能夠明顯
地;波此區(qū)分。
本發(fā)明的上述示例是結(jié)合安全接地給出的。作為備選或者附加 地，本發(fā)明可以與一個(gè)或多個(gè)電力線(或者其他類型的電力設(shè)施) 中出現(xiàn)的短路故障結(jié)合使用。在這種情況下，電力設(shè)施經(jīng)由一個(gè)或 多個(gè)電路斷路器連接至系統(tǒng)，并且有可能經(jīng)由電路斷路器連接至負(fù)
14載。如果在系統(tǒng)的操作中出現(xiàn)故障，這些電路斷路器可以打開(kāi)，以 清除故障。這種故障例如可能由電力設(shè)施被閃電擊中而引起。在這 種情況下，系統(tǒng)的操作由此導(dǎo)致電力設(shè)施從系統(tǒng)斷開(kāi)。通常，這種 電路斷路器繼而在斷開(kāi)時(shí)段期間保持打開(kāi)。繼而，在該斷開(kāi)時(shí)段的 末端，電路斷路器通常還將嘗試再次閉合，并將電力設(shè)施重新接通 至系統(tǒng)。按照本發(fā)明，在這種斷開(kāi)時(shí)段期間，也使用上文描述的確 定對(duì)地阻抗的方法。由此，在該時(shí)段期間，監(jiān)測(cè)和分析對(duì)地阻抗。 基于該分析，可以指示臨時(shí)的或者持久的短路故障。由此確定安全 狀態(tài)，其基于斷開(kāi)時(shí)段期間對(duì)地阻抗的變化，來(lái)指示持久短路故障 或者臨時(shí)短路故障。如果系統(tǒng)是三相系統(tǒng)，可以對(duì)每一相這么做。 如果對(duì)于任一相，所確定的對(duì)地阻抗在某個(gè)時(shí)段的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持
在預(yù)定值之下，則可以指示持久短路故障；而如果對(duì)于所有相，在
該時(shí)段超時(shí)之前阻抗升高到預(yù)定值之上，則可以指示臨時(shí)故障。這 里，所述時(shí)段可以是大約半秒的長(zhǎng)度。在上述臨時(shí)故障的情況下，
可以允許電路斷路器將電力設(shè)施重新接通至系統(tǒng)；而如果指示了持 久故障，則在超過(guò)斷開(kāi)時(shí)段末端之后還要推遲電力設(shè)施的重新接通。 這意味著阻止電路斷路器的重閉合。保持該阻止，直到故障消除。
為了能夠更容易地消除故障，這里還可以確定故障的位置，其 例如在電力設(shè)施是長(zhǎng)電力線時(shí)是有益的。而且，可以使用確定對(duì)地 阻抗的上述方法來(lái)確定從注入單元看去的故障位置。在這種情況下， 以如下方式確定到故障的距離對(duì)阻抗的虛部(可能利用電路的阻 抗進(jìn)行了補(bǔ)償)與電氣設(shè)施的電抗進(jìn)行比較。由此，在圖1的示例 中，利用相應(yīng)變壓器的阻抗對(duì)注入單元看到的阻抗進(jìn)行補(bǔ)償。因此， 該經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)淖杩沟奶摬颗c線路的電抗進(jìn)行比較。
權(quán)利要求
1.一種用于確定從電力設(shè)施的高壓電源或者中壓電源斷開(kāi)的該電力設(shè)施的阻抗的系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)注入單元(12)，其設(shè)置用于在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于第一主頻(f1)的測(cè)試信號(hào)(t1)，以及在所述電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于第二主頻(f2)的另一測(cè)試信號(hào)(t2)，其中所述電路與所述設(shè)施相連接；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元(7)，其設(shè)置用于測(cè)量所述電路中的第一響應(yīng)電壓(U1(f1))和第一響應(yīng)電流(I1(f1))，其中所述第一響應(yīng)電壓(U1(f1))和所述第一響應(yīng)電流(I1(f1))由所述測(cè)試信號(hào)(t1)得到；以及用于測(cè)量作為對(duì)所述另一測(cè)試信號(hào)(t2)的結(jié)果的第二響應(yīng)電壓(U2(f2))和第二響應(yīng)電流(I2(f2))；處理設(shè)備(8)，其設(shè)置用于根據(jù)所述第一響應(yīng)電壓(U1(f1))和所述第一響應(yīng)電流(I1(f1))，來(lái)確定所述設(shè)施的對(duì)地阻抗(Z1)，以及用于根據(jù)所述第二響應(yīng)電壓(U2(f2))和所述第二響應(yīng)電流(I2(f2))來(lái)確定另一對(duì)地阻抗(Z2)，以及用于分析所述設(shè)施的對(duì)地阻抗，所述分析包括將每個(gè)確定的對(duì)地阻抗(Z1，Z2)與預(yù)定值(Z0)進(jìn)行比較，以及用于根據(jù)所述分析的對(duì)地阻抗來(lái)確定所述斷開(kāi)的電力設(shè)施的安全狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力設(shè)施是輸電線或 者配電線(1、 2、 3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力設(shè)施是電網(wǎng)中的電容器組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力設(shè)施是電網(wǎng)的變 電站中的變壓器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述電力設(shè)施是電網(wǎng)的變 電站中的斷路器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述處理設(shè)備設(shè)置用于確定安全狀態(tài)時(shí)，其被設(shè)置用于如果至少一個(gè)阻抗(^)小于所述預(yù)定值，則確定存在安全接地(SG產(chǎn)1)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中如果所述處理設(shè)備(8)沒(méi)有信號(hào)通知存在安全接地，則控制單元啟動(dòng)警報(bào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中如果所述處理設(shè)備信號(hào)通知了存在安全接地，則控制單元阻止對(duì)所述設(shè)施應(yīng)用高壓或者中壓。
9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述處理設(shè)備設(shè)置用于分析對(duì)地阻抗時(shí)，其被設(shè)置用于在所述電力設(shè)施的斷開(kāi)時(shí)段期間，隨著時(shí)間分析對(duì)地阻抗；以及當(dāng)所述處理設(shè)備設(shè)置用于確定安全狀態(tài)時(shí)，其被設(shè)置用于在所述斷開(kāi)時(shí)段期間基于所述對(duì)地阻抗的變化，來(lái)指示持久短路故障或者臨時(shí)短路故障。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備設(shè)置用于如果所述安全狀態(tài)指示持久的短路故障，則在所述斷開(kāi)時(shí)段結(jié)束之后，延長(zhǎng)所述電力設(shè)施的所述斷開(kāi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述處理設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置用于基于所述確定的對(duì)地阻抗，確定乂人所述注入單元到所述電力設(shè)施中的所述故障的距離。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中以如下方式確定到所述故障的所述距離將可能利用所述電路的所述阻抗進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)?、從所述注入單元看去的阻抗的虛部與所述電力設(shè)施的電抗進(jìn)行比較。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電力設(shè)施是三相設(shè)施；所述注入單元注入處于第三主頻(f3)的又一測(cè)試信號(hào)(t3)，其中每相(1、 2、 3)注入一個(gè)測(cè)試信號(hào)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元(7)測(cè)量第三響應(yīng)電壓(U3(f3))和第三響應(yīng)電流(l3(f3))，以作為對(duì)所述又一測(cè)試信號(hào)(t3)的結(jié)果；所述處理設(shè)備(8)根據(jù)所述第三響應(yīng)電壓(n3(f3))和所述第三響應(yīng)電流(I3(f3))來(lái)確定又一對(duì)地阻抗(&),并且將其與所述預(yù)定值(Zo)進(jìn)行比較。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中疊加單元(15)對(duì)所述響應(yīng)電壓(UhU2)的所述測(cè)量進(jìn)行疊加，并經(jīng)由第一模擬傳輸信道(18)將其傳輸至所述處理設(shè)備(8),并且其中所述疊加單元(15)對(duì)所述響應(yīng)電流(11512)的所述測(cè)量進(jìn)行疊加，并經(jīng)由第二模擬傳輸信道(19)將其傳輸至所述處理設(shè)備(8)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述疊加單元(15)針對(duì)所述響應(yīng)電壓(Ui, U2, U3)的所述測(cè)量的每一個(gè)而包括放大器(16),其輸入與相應(yīng)的電壓相連接；以及其中所述放大器(16)串聯(lián)連接，并且其串聯(lián)電路的輸出連接至所述模擬傳輸信道(18, 19)之一。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述模擬傳輸信道是第一模擬傳輸信道(18)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述模擬傳輸信道是第二模擬傳輸信道(19)。
18. 根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中如果所述電力設(shè)施是A C設(shè)施，則所述 一 個(gè)或多個(gè)主頻是所述設(shè)施的非標(biāo)稱頻率。
19. 一種用于確定從電力設(shè)施的高壓電源或者中壓電源上斷開(kāi)的該電力i殳施的阻抗的方法，其特征在于在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于主頻(fi)的測(cè)試信號(hào)(t!)，以及在所述電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于第二主頻(f2)的另 一 測(cè)試信號(hào)(t2),其中所述電路與所述設(shè)施相連接；測(cè)量所述電路中的第 一 響應(yīng)電壓(1L(&))和第 一 響應(yīng)電流(工i(fi)),其中所述第一響應(yīng)電壓(Ui(fi))和所述第一響應(yīng)電流Qi(f0)由所述測(cè)試信號(hào)(tj得到，以及測(cè)量作為對(duì)所述另一測(cè)試信號(hào)(t2)的結(jié)果的第二響應(yīng)電壓(U2(f2))和第二響應(yīng)電流(！2(f2));根據(jù)所述第一響應(yīng)電壓(LL(fi))和第一響應(yīng)電流(L(f0)來(lái)確定所述設(shè)施的對(duì)地阻抗(^)，以及根據(jù)所述第二響應(yīng)電壓(H2(f2))和所述第二響應(yīng)電流(l2(f2))來(lái)確定另一對(duì)地阻抗(&);分析所述設(shè)施的對(duì)地阻抗，所述分析包括將每個(gè)確定的對(duì)地阻抗(&, 與預(yù)定值(U進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述分析的對(duì)地阻抗來(lái)確定所述已斷開(kāi)電力設(shè)施的安全狀態(tài)。
全文摘要
一種用于確定從電力設(shè)施的高壓電源或者中壓電源斷開(kāi)的該電力設(shè)施的阻抗的系統(tǒng)和方法。信號(hào)注入單元在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于主頻的測(cè)試信號(hào)，其中所述電路與所述設(shè)施相連接；以及在電路的參考點(diǎn)與地之間注入處于第二主頻的另一測(cè)試信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元測(cè)量電路中的第一響應(yīng)電壓和第一響應(yīng)電流，其中第一響應(yīng)電壓和第一響應(yīng)電流由所述測(cè)試信號(hào)得到，以及測(cè)量作為對(duì)所述另一測(cè)試信號(hào)的結(jié)果的第二響應(yīng)電壓和第二響應(yīng)電流。處理設(shè)備根據(jù)第一響應(yīng)電壓和第一響應(yīng)電流來(lái)確定所述設(shè)施的對(duì)地阻抗，以及根據(jù)第二響應(yīng)電壓和第二響應(yīng)電流來(lái)確定另一對(duì)地阻抗，以分析所述設(shè)施的對(duì)地阻抗，其中該分析包括將每個(gè)確定的對(duì)地阻抗與預(yù)定值進(jìn)行比較，以及根據(jù)所述已分析的對(duì)地阻抗來(lái)確定所述斷開(kāi)的電力設(shè)施的安全狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02H5/10GK101563824SQ200780047199
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
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