一種接地故障檢測(cè)裝置及hvdc系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種接地故障檢測(cè)裝置及HVDC系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓直流輸電HVDC系統(tǒng)是中間點(diǎn)高阻接地系統(tǒng)，該類系統(tǒng)中，當(dāng)單個(gè)設(shè)備出現(xiàn)正極接地故障時(shí)，接地回路的電流很小，電路系統(tǒng)中的斷路器等保護(hù)裝置無法及時(shí)檢測(cè)到故障并動(dòng)作，且由于是直流電流，無法使用剩余電流裝置RCD;當(dāng)同一極接地或者另一極接地時(shí)，即出現(xiàn)兩點(diǎn)接地短路，尤其是正負(fù)兩極接地時(shí)，接地回路電流很大，可能導(dǎo)致上級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作，出現(xiàn)越級(jí)保護(hù)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)斷電。
[0003]目前針對(duì)高壓直流HVDC系統(tǒng)的接地故障的檢測(cè)方案中，主要有低頻探測(cè)法、變頻探測(cè)法和霍爾磁式平衡法，這些檢測(cè)方法處理過程較為復(fù)雜，不適合大規(guī)模應(yīng)用，還未出現(xiàn)將GFCI芯片應(yīng)用到高壓直流HVDC系統(tǒng)的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實(shí)施例提供一種接地故障檢測(cè)裝置及HVDC系統(tǒng)，以期基于GFCI芯片解決高壓直流HVDC系統(tǒng)的接地故障的問題，有利于降低接地故障檢測(cè)成本和復(fù)雜度，提升供電安全性。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例第一方面公開了一種接地故障檢測(cè)裝置，包括:
[0006]接地故障電流漏電保護(hù)器GFCI芯片、斷路器、傳感器S線圈、中性N線圈、交流信號(hào)發(fā)生器、隔離器、分流檢測(cè)器Shunt Monitor單元；
[0007]Shunt Monitor單元的第一端口 Ml和第二端口 M2用于串聯(lián)在地線GND中，ShuntMonitor單元的信號(hào)輸出端口 M0連接隔離器的信號(hào)輸入端口 G1，隔離器的電源輸入端口 G2用于用于連接負(fù)載的正極RL+，隔離器的電源輸出端口 G3連接交流信號(hào)發(fā)生器的電源輸入端口 J1，交流信號(hào)發(fā)生器的交流信號(hào)輸出端口 J2連接N線圈的交流信號(hào)輸入端口 N1，N線圈的交流信號(hào)輸出端口 N2連接交流信號(hào)發(fā)生器的交流信號(hào)輸入端口 J3，N線圈的第一直流電源輸出端口 N3用于連接負(fù)載正極RL+，N線圈的第二直流電源輸入端口 N4用于連接負(fù)載負(fù)極RL-；
[0008]N線圈的第一直流電源輸入端口 N5連接斷路器的第一電源輸出端口 D1，N線圈的第二直流電源輸出端口 N6連接S線圈的第二電源輸入端口 D2，斷路器的第一電源輸入端口D3連接S線圈的第一直流電源輸出端口 S1，斷路器的第二電源輸出端口 D4連接S線圈的第二直流電源輸入端口 S2，斷路器的控制信號(hào)輸入端口 D5連接GFIC芯片的控制信號(hào)輸出端口 Cl，S線圈的交流信號(hào)輸出端口 S3連接GFIC芯片的交流信號(hào)輸入端口 C2，GFIC芯片的交流信號(hào)輸出端口 C3連接S線圈的交流信號(hào)輸入端口 S4，S線圈的第一直流電源輸入端口 S5用于連接電源正極V+，S線圈的第二直流電源輸出端口 S6用于連接電源負(fù)極V-。
[0009]其中，上述N線圈和S線圈的匝數(shù)的乘積為N:1 (模擬基于GFIC芯片的交流電流AC系統(tǒng)接地故障檢測(cè)場(chǎng)景，N取值一般為1000)，至于N線圈的匝數(shù)比和S線圈的匝數(shù)比具體如何分配，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活配置。
[0010]舉例來說，當(dāng)上述第一交流信號(hào)為120V，50HZ/60HZ的AC信號(hào)時(shí)，上述N線圈和S線圈的匝數(shù)比例如可以有以下幾種示例情形:
[0011]示例情形1:N線圈的匝數(shù)比為1:1，則相當(dāng)于在HVDC系統(tǒng)上耦合了 120V的AC信號(hào)，假設(shè)接地故障回路中的電阻為20ΚΩ，則存在的故障電流是6mA的交流電流，S線圈的匝數(shù)比可以是1000:1，則產(chǎn)生第二交流信號(hào)中的電流信號(hào)為0.006mA(平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號(hào)注入GFIC芯片，進(jìn)一步由GFIC芯片運(yùn)算并判斷符合關(guān)斷條件(如參考UL 943級(jí)別(交流電流AC)檢測(cè)方案中的關(guān)斷門限值0.005mA，以達(dá)到UL 943級(jí)別相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù))，觸發(fā)斷路器關(guān)斷。
[0012]示例情形2:N線圈的匝數(shù)比為20:1，則相當(dāng)于在HVDC系統(tǒng)上耦合了 6V的AC信號(hào)，假設(shè)接地故障回路中的電阻為20ΚΩ，則存在的故障電流是0.3mA的交流電流，S線圈的匝數(shù)比是50:1，則產(chǎn)生第二交流信號(hào)中的電流信號(hào)為0.006mA (平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號(hào)注入GFIC芯片，進(jìn)一步由GFIC芯片運(yùn)算并判斷符合關(guān)斷條件(如參考UL 943級(jí)別(交流電流AC)檢測(cè)方案中的關(guān)斷門限值0.005mA,以達(dá)到UL 943級(jí)別相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù))，觸發(fā)斷路器關(guān)斷。
[0013]示例情形3:N線圈匝數(shù)比是50:1，則相當(dāng)于在HVDC上耦合了 2.4V的AC信號(hào)，假設(shè)接地故障回路中的電阻為20ΚΩ，則存在的故障電流是0.12mA的交流電流，S線圈的匝數(shù)比是20:1，則產(chǎn)生第二交流信號(hào)中的電流信號(hào)為0.006mA (平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號(hào)注入GFIC芯片，進(jìn)一步由GFIC芯片運(yùn)算并判斷符合關(guān)斷條件(如參考UL 943級(jí)別(交流電流AC)檢測(cè)方案中的關(guān)斷門限值0.005mA,以達(dá)到UL 943級(jí)別相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù))，觸發(fā)斷路器關(guān)斷。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例第一方面第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，Shunt Monitor單元包括第一Shunt Monitor、第一分流電阻、第二 Shunt Monitor以及第二分流電阻；
[0015]Shunt Monitor 單元的第一端口 Ml 為第一 Shunt Monitor 的正極接線端口，ShuntMonitor單元的第二端口 M2為第二 Shunt Monitor的正極接線端口時(shí)，第一 Shunt Monitor的負(fù)極接線端口連接第一分流電阻的第一端口、第二 Shunt Monitor的負(fù)極端口以及第二分流電阻的第一端口，第一分流電阻的第二端口連接第一 Shunt Monitor的正極接線端口，第二分流電阻的第二端口連接第二 Shunt Monitor的正極接線端口 ；或者，
[0016]Shunt Monitor 單元的第一端口 Ml 為第一 Shunt Monitor 的負(fù)極接線端口，ShuntMonitor單元的第二端口 M2為第二 Shunt Monitor的負(fù)極接線端口時(shí)，第一 Shunt Monitor的正極接線端口連接第一分流電阻的第一端口、第二 Shunt Monitor的正極端口以及第二分流電阻的第一端口，第一分流電阻的第二端口連接第一 Shunt Monitor的負(fù)極接線端口，第二分流電阻的第二端口連接第二 Shunt Monitor的負(fù)極接線端口。
[0017]可以看出，上述第一 Shunt Monitor和第二 Shunt Monitor的設(shè)置方案能夠檢測(cè)負(fù)載正極接地故障和/或負(fù)載負(fù)極接地故障多種情形。
[0018]結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面或第一方面第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在本發(fā)明實(shí)施例第一方面第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，交流信號(hào)發(fā)生器包括:
[0019]逆變電路，逆變電路包括控制器、驅(qū)動(dòng)器和絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
[0020]結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面或第一方面第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在本發(fā)明實(shí)施例第一方面第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，交流信號(hào)發(fā)生器包括:
[0021 ] 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC和振蕩電路。
[0022]結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例第一方面或第一方面第一種或第二種或第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在本發(fā)明實(shí)施例第一方面第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，接地故障檢測(cè)裝置還包括關(guān)斷門限設(shè)置單元Rset，GFIC芯片的控制信號(hào)輸入端口 C4連接Rset的信號(hào)輸出端R1 ；
[0023]Rset用于設(shè)置GFIC芯片中的關(guān)斷門限范圍。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例第二方面公開了一種高壓直流輸電HVDC系統(tǒng)，包括:
[0025]負(fù)載設(shè)備、接地故障檢測(cè)裝置以及電源模塊；
[0026]接地故障檢測(cè)裝置包括接地故障電流漏電保護(hù)器GFCI芯片、斷路器、傳感器S線圈、中性N線圈、交流信號(hào)發(fā)生器、隔離器、分流檢測(cè)器Shunt Monitor單元；
[0027]Shunt Monitor單元的第一端口 Ml和第二端口 M2用于串聯(lián)在地線GND中，ShuntMonitor單元的信號(hào)輸出端口 M0連接隔離器的信號(hào)輸入端口 G1，隔離器的電源輸入端口 G2連接負(fù)載設(shè)備的正極RL+，隔離器的電源輸出端口 G3連接交流信號(hào)發(fā)生器的電源輸入端口J1，交流信號(hào)發(fā)生器的交流信號(hào)輸出端口 J2連接N線圈的交流信號(hào)輸入端口 Nl，N線圈的交流信號(hào)輸出端口 N2連接交流信號(hào)發(fā)生器的交流信號(hào)輸入端口 J3，N線圈的第一直流電源輸出端口 N3連接負(fù)載設(shè)備的正極RL+，N線圈的第二直流電源輸入端口 N4連接負(fù)載設(shè)備的負(fù)極RL-；
[0028]N線圈的第一直流電源輸入端口 N5連接斷路器的第一電源輸出端口 D1，N線圈的第二直流電源輸出端口 N6連接S線圈的第二電源輸入端口 D2，斷路器的第一電源輸入端口D3連接S線圈的第一直流電源輸出端口 S1，斷路器的第二電源輸出端口 D4連接S線圈的第二直流電源輸入端口 S2，斷路器的控制信號(hào)輸入端口 D5連接GFIC芯片的控制信號(hào)輸出端口 Cl，S線圈的交流信號(hào)輸出端口 S3連接GF