用于具有动态响应特性的绝缘故障监测的方法

摘要

本发明涉及一种用于不接地电网中的绝缘故障监测的方法，所述方法包括以下步骤：测量绝缘电阻；确定对绝缘电阻的响应值；以及如果所测量的绝缘电阻降到低于响应值则触发报警信号，其中，在绝缘电阻测量下游的报警值建立过程中动态地确定所述响应值作为瞬时响应值。本发明还涉及一种用于不接地电网中的绝缘故障监测的设备，所述设备包括用于测量绝缘电阻的装置和用于确定对绝缘电阻的响应值的处理器单元、以及用于触发报警信号的报警器，其中，为了确定所述响应值，处理器单元具有在绝缘电阻的测量下游的、用于动态地确定瞬时响应值的报警值建立单元。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于不接地电网中的绝缘故障监测的方法，所述方法 包括以下步骤：测量绝缘电阻、确定对绝缘电阻的响应值、以及在测量的 绝缘电阻降到低于响应值的情况下触发报警信号。

本发明还涉及一种用于不接地电网中的绝缘故障监测的设备，所述设 备包括：用于测量绝缘电阻的装置和用于确定对绝缘电阻的响应值的处理 器单元、以及用于触发报警信号的报警器。

背景技术

考虑到电源的操作可靠性和可用性，已广泛建立不接地供电网络（IT 系统）作为网络配置。在不接地供电网络中，有源导体不直接连接至地电 位，因此，由于不存在返回，在会烧断熔丝从而导致操作中断的接地故障 （单极）的情况下不会有短路电流流动。不接地网络可以不管该接地故障 （首要绝缘故障）继续安全地进行操作。这种网络配置很普遍，特别是在 光伏电站中很普遍，这是因为在此情况下主要着眼点在于最大可能程度地 不中断地供能。

假如人接触带电导体，完全绝缘的不接地供电系统提供最好的可能的 保护，这是因为，由于导体与地之间理论上的无限阻抗值使得不可能产生 具有流经（接地的）人身的电流的闭合电路。因此，绝缘电阻在确保充分 的人身和电站保护方面特别重要。绝缘电阻减小到低于预定义值降低了对 直接和间接接触电站的防护；此外，故障电流可能发生并且可能引起电气 设备的故障运行或引起操作中断，从而导致高成本。

因此，在电站区需要持续监测绝缘电阻，以便在绝缘电阻降到低于安 全临界响应值时发出报警信号，并且如果必要的话以便关停电站。

绝缘电阻会因老化过程和环境影响——例如温度、湿气、污染或损害 ——而变化，并且还会因化学过程或物理过程而变化。特别在光伏（PV） 电站中，绝缘电阻高度依赖于电站的环境状况。因而，在大型电站中，绝 缘电阻可能在1000欧姆/伏特（ohm/volt）至几欧姆/伏特的范围内波动。 这在绝缘电阻因环境原因而降到低于响应值的情况下会导致误动作（false  trips）。根据现有技术，为了避免该类型的误动作，将绝缘监测系统中的响 应值设定成大大低于最小绝缘电阻值的值。在这种情况下，以下事实是不 利的：在该（过）低响应值设定以上，仍会对人造成风险。

特别在PV电站中，即使在不发生故障的情况下，绝缘电阻也会由于 环境状况而非常显著地变化。如果例如在光伏电站场合中在夜间时段在 “高欧姆状态”下发生绝缘故障，则当前测量的绝缘电阻因此降低，这显 著偏离了预期进程，因此，该绝缘故障仅在绝缘电阻还降到低于固定设定 的低响应值时才被识别。

现有技术中已知的所考虑的方法是对绝缘电阻由于环境状况而产生的 变化进行统计平均。然而，该间接结合环境状况的缺点是绝缘监测设备的 测量次数多。

发明内容

因此，本发明的目的是：在不接地供电系统的绝缘监测期间确保最可 靠的可能的人身和电站保护以及高水平的操作可靠性，同时避免误动作。

结合权利要求1的前序部分通过在处于所述绝缘电阻的测量的下游的 报警值建立过程中动态地确定所述响应值为作为瞬时响应值来实现该目 的。

从而，根据本发明，在绝缘故障监测期间，将当前测量的绝缘电阻与 比较值形式的动态变化的瞬时响应值进行比较。该响应值在绝缘电阻测量 下游的报警值建立过程中被确定，并且允许该响应值自动适应测量时主导 的环境状况。从而，与在白天期间相比，在夜间所测量的绝缘电阻处于较 高的水平。根据本发明，响应值也跟随该趋势，因此，由于绝缘电阻更早 地降到低于动态向上适应的响应值，所以以更大的可靠性识别出故障（就 是说，当前的、所测量的绝缘电阻的显著下降）。在白天期间（就是说， 在相对较低水平的绝缘电阻的情况下），由于同样较低的响应值从而相比 之下避免了误动作。误动作的避免使得操作可靠性提高并且因此使得电站 供电可靠性提高。同时，电站保护，特别是人身保护由于动态适应的响应 值而得到改善，因为能够在早期识别出故障。

在本发明的有利实施方式中，在所述报警值建立过程中作为基础值、 设定参数、环境数据和对时间平均的绝缘电阻值的函数来确定所述瞬时响 应值。从作为基础值的电厂特定绝缘电阻出发，通过根据环境数据修改该 基础值来给出瞬时响应值。例如，基于经验，由于清晨几小时内的露水对 绝缘电阻有影响，因此根据时间、温度和大气湿度来进行适应性改变。由 于直接结合环境数据，因此实现了较少的测量次数，进而实现了提高的人 身保护。

在瞬时响应值的确定中还结合了设定参数和对时间平均的绝缘电阻 值，使得将电站的操作状况映射到实际响应值上，这产生了最可靠的可能 故障识别。从而固定用于响应值的极限值，并且考虑所述响应值相对于绝 缘电阻的时间平均值的变化。

基础值方便地为要进行监测的所述不接地电网的绝缘电阻的特定的固 定值。从而，使用通过由公式限定的计算所给出的典型用于电站的绝缘电 阻值作为用于计算瞬时响应值的起始点。

在特定实施方式中，使用以下值作为所述设定参数：作为响应下限值 的最小响应值Rmin、响应值动态RADY形式的辅助值、和响应值界限 RLIM形式的辅助值，所述响应值动态RADY用于限定所述瞬时响应值能 够动态变化的动态范围，所述响应值界限RLIM用于确定所述瞬时响应值 与所述对时间平均的绝缘电阻值的差值。

优选地，从所述基础值RB出发通过根据所述环境数据的校正来确定 所述瞬时响应值，其中，所述瞬时响应值在其最小值处取所述最小响应值 Rmin、在其最大值处取所述响应值动态RADY形式的所述值、并且在该 动态范围内低于所述对时间平均的绝缘电阻值至少所述响应值界限RLIM 的差值。

设定参数限定瞬时响应值可以变化的范围，并且确定如何改变瞬时响 应值以适应电站的操作情境从而确保可靠的故障识别。

以这样的方式动态确定的响应值有利地使得可以实时地识别绝缘电阻 的“真实”下降。

已证明将以下影响变量作为所述环境数据单独地或以任意组合的方式 结合到所述报警值建立过程中是有利的：时间、光强度、温度、大气湿度、 露水、空气的盐含量、所述绝缘电阻的变化速度、在电站区域中存在的人 数、以及另外地当在光伏电站中使用所述方法时的模块玻璃表面的电导 率、光伏模块的供给电压、光伏模块的电输出。此外，也可以通过适合的 接口将另外的物理变量和环境数据考虑进来，从而确定出更准确地适应于 相应的主导操作情境的瞬时响应值。从而，在很多的操作情境下在任意时 刻识别绝缘电阻的很关键的变化。

在另外的实施方式中，根据所述瞬时响应值生成监测状态的能够从视 觉上和/或从听觉上感知的信号，并且所述能够从视觉上和/或从听觉上感 知的信号告知是否电站或人身安全得到确保。从而，通告电站的操作员与 纯粹的电站保护相比相对更高的对人身保护的要求目前被满足的程度。

在特别稳定的环境和操作状况下，能够使所述瞬时响应值的所述动态 确定不起作用，并且可以进行返回到具有固定响应值的模式。

关于用于不接地电网中的绝缘故障监测的设备，结合权利要求9的前 序部分通过以下方式来实现本发明的目的：所述处理器单元具有处于所述 绝缘电阻的测量的下游的、用于动态地确定瞬时响应值的报警值建立单 元，以确定所述响应值。

根据本发明，处理器单元包括报警值建立单元，在该报警值建立单元 中在数字层面上处理输入信号。基于除当前测量的绝缘电阻和设定参数之 外还包括环境数据的输入变量，通过根据本发明的方法来动态确定瞬时响 应值，并且通过与当前的绝缘电阻值比较而在发生故障的情况下产生报警 信号。

附图说明

根据以下描述和说明本发明的优选实施方式的附图，另外的有利设计 特征将显现，在附图中：

图1示出了用于绝缘故障监测的方法和设备的功能框图。

具体实施方式

图1中示出的图描述了根据本发明的方法2的基本处理步骤以及根据 本发明的设备4的基本功能块。

该方法最初包括在不接地供电网络6中的绝缘电阻测量8。供电网络6 可以为例如光伏电站，在光伏电站中着眼点在于高效使用和高可用性，因 而在光伏电站中绝缘电阻的监测似乎是必需的电气保护措施。设备4具有 用于测量绝缘电阻的装置10，其中，这些装置10通过耦接和测量电路12 连接至供电网络6并且作为处理器单元14的部件包括估计电路16。

绝缘电阻测量8或用于测量绝缘电阻的装置10提供绝缘电阻的当前值 18作为输出信号，并将该输出信号发送到在报警值建立单元22中执行的 报警值建立过程20。

在报警值建立过程20或报警值建立单元22中计算瞬时响应值。对于 瞬时响应值的根据本发明的动态建立，使用基础值RB和作为设定参数的 以下值：作为响应下限值的最小响应值Rmin、用于限定瞬时响应值可以 动态变化的动态范围的响应值动态RADY形式的辅助值、和用于确定瞬时 响应值与对时间平均的绝缘电阻值的差值的响应值界限RLIM形式的辅助 值。此外，环境数据24也被结合到该动态确定中。环境数据描述了绝缘电 阻对电站的操作状态的依赖，这又通过外部环境影响（例如，温度、大气 湿度）、电站的物理变量（例如，产生的功、断路电压）和另外的非物理 参数（例如，电站区域中存在的人）来精确地确定。设备4具有检测环境 数据的接口设备26。

然后，从基础值RB出发通过根据环境数据的校正来确定瞬时响应值， 其中，瞬时响应值在其最小值处取最小响应值Rmin，在其最大值处取响 应值动态RADY形式的值，并且在该动态范围内低于对时间平均的绝缘电 阻值至少响应值界限RLIM的差值。

以下将参照光伏电站的示例来说明瞬时响应值的确定。如果在无故障 光伏电站中对时间平均的绝缘电阻在具有低大气湿度的白天期间/整夜/在 有露水的清晨几小时内在10千欧姆/200千欧姆/80千欧姆并且取Rmin=3 千欧姆、RADY=100千欧姆和RLIM=20千欧姆的值作为设定参数，则 在有效动态（activated dynamics）的情况下也识别高于3千欧姆至最大值 高达100千欧姆的故障。相比之下，在3千欧姆的固定响应值情况下，将 仅在绝缘电阻的当前值降到低于3千欧姆时才能检测到故障。

从而，在以上示例中，在白天期间/在夜间/在清晨几小时内将在3千欧 姆/100千欧姆/60千欧姆(60千欧姆=80千欧姆–RLIM)指示故障，就是 说，指示当前绝缘电阻值降到低于动态确定的响应值。

在故障情况下，如果测量的绝缘电阻降到低于响应值，于是在报警器 28中触发报警信号，并将该报警信号以视觉信号和/或听觉信号的方式发 送给使用者。