專利名稱：診斷多相供電系統(tǒng)相故障的電壓振幅無關(guān)的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于診斷多相供電系統(tǒng)中相故障的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備以及一種用于這樣的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
這樣的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用于廣泛采用的多相或三相電流技術(shù)中。在此這種應(yīng)用例如是工業(yè)應(yīng)用或面向消費(fèi)者的應(yīng)用。通常多相供電系統(tǒng)用于為終端用戶提供高電功率。電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備在這種環(huán)境中提供保護(hù)和監(jiān)控功能，尤其是由于在大多數(shù)應(yīng)用中都涉及到高功率，并且伴隨相故障可能會對所涉及的設(shè)備造成損害，因而例如須對相故障及時報告以及采取相應(yīng)的保護(hù)措施。為此電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備，也稱為電網(wǎng)監(jiān)控繼電器對多相供電系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，如電壓、電流、相序或可由此導(dǎo)出的參數(shù)，如功率、相移、非對稱性。尤其是要將所謂的表示各相電壓的時間依賴性的星形電壓(U1，U2，U3)和定義為相電壓差的三角形連接電壓區(qū)分開來。例如，在三相供電系統(tǒng)中三角形連接電壓表示為U12＝U1-U2；U23＝U2-U3；U31＝U3-U1。
目前公知的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備一般根據(jù)靜態(tài)電流原理工作，即在施加供電電壓之后接通提示繼電器，當(dāng)出現(xiàn)錯誤或在供電電壓斷開時，該提示繼電器返回其靜止?fàn)顟B(tài)并由此報告錯誤。但在此無法給出關(guān)于是哪些錯誤導(dǎo)致該開關(guān)過程的詳細(xì)顯示。通過用輔助電壓驅(qū)動電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備可以克服這一缺點(diǎn)。從該例如來自自我保護(hù)的電流支路的輔助電壓中為電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的測量和分析裝置獲得供電電壓。如果在所監(jiān)控的三相供電網(wǎng)中發(fā)生錯誤，則該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備通過激勵例如按照工作電流原理工作的提示繼電器來報告該錯誤。由此使得可以詳細(xì)地報告錯誤。但其缺點(diǎn)是需要與被監(jiān)控的供電網(wǎng)耦合的輔助電壓，也須為其布線并在該輔助電壓出現(xiàn)故障時，測量和分析裝置無法工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，獨(dú)立于電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的電網(wǎng)電壓來檢測相故障或相位振幅下降，使得電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備可應(yīng)用于盡可能寬的電壓范圍。本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是不僅僅將相電壓振幅作為診斷手段，因?yàn)樵谙喙收系那闆r下還存在例如通過終端用電器從另一相饋入的干擾電壓。該電壓反饋可以導(dǎo)致誤診斷，從而不能正確地識別出相故障或相位振幅下降。對于獨(dú)立于電壓振幅的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備應(yīng)將誤診斷的概率降到最小。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過一種用于診斷多相供電系統(tǒng)中相故障的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備來解決，其中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備具有用于檢測相故障的裝置，其借助多相供電系統(tǒng)的至少一個三角形連接電壓或星形電壓過零點(diǎn)的時間偏移來進(jìn)行診斷。此外本發(fā)明的技術(shù)問題還通過一種相應(yīng)的方法來解決。
在本發(fā)明電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方式中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備能夠精確檢測多相供電系統(tǒng)的各相的相故障或相位振幅下降。
由于該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備具有借助三角形連接電壓或星形電壓的過零點(diǎn)在一時間窗之內(nèi)的時間偏移來檢測三角形連接電壓或星形電壓的時間偏移的裝置，可以基于在該時間窗內(nèi)的時間上的選擇有效地抑制其它干擾信號，在此通過選擇有利的時間窗的持續(xù)時間可以進(jìn)一步優(yōu)化濾波器效應(yīng)。


以下借助附圖對本發(fā)明及其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。其中示出圖1示出在具有在相故障下自供電的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的示例三相供電系統(tǒng)的框圖；圖2示出圖1中三相供電系統(tǒng)的所屬星形電壓和三角形連接電壓的時間變化。
具體實(shí)施例方式
圖1示出在具有自供電的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備1的示例三相供電系統(tǒng)的框圖。在該例中三相L1、L2、L3之一由于未詳細(xì)定義的原因而斷開?？驁D中第二相L2的故障表示為第二相L2的物理斷開2。該三相供電系統(tǒng)為例如作為通過阻抗Z1、Z2、Z3表示的三相電機(jī)的用電器3供電。此外，三個參與的三角形連接電壓U12、U23、U31以箭頭的方式繪于相線之間。電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備1僅連接到三個相L1、L2、L3并因此而稱為是自供電的，因?yàn)椴恍枰渌獠侩妷涸?。測量回路4、5、6與這些相電連接，由此可在三相L1、L2、L3之一出現(xiàn)故障或其振幅減小時觸發(fā)故障報警。如果如在此示出的，第二相L2出現(xiàn)故障，則電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備1觸發(fā)相應(yīng)的故障報警“相故障”。由于在本實(shí)施例中還利用相應(yīng)的借助星形電壓或三角形連接電壓過零點(diǎn)的時間偏移來檢測相故障的裝置，因此由于施加在測量回路5上的干擾電壓而使誤診斷很少。通常通過用電器3向檢測相故障的測量回路5反饋的電壓會有問題。例如，如在框圖中所示，星形電壓U1的一部分降落在用電器3的阻抗Z1上，而該電壓的其它部分則施加在測量回路5上。這對于常規(guī)的依賴于電壓振幅的監(jiān)控設(shè)備是很嚴(yán)重的問題。在本實(shí)施例中排除了對第二相L2的相故障的“錯誤地”未報，因?yàn)榈诙郘2的相故障是可唯一識別的。首先三角形連接電壓U31唯一地未經(jīng)歷時間偏移，因?yàn)槠洳灰蕾囉贚2，其次三角形連接電壓U12、U23經(jīng)歷時間上的偏移。這種狀況對于相L2的相故障是唯一的。如上所述，對該偏移通過三角形連接電壓U12、U23零位置游離到所觀察的時間窗之外或之內(nèi)來檢測。
圖2示出圖1中三相供電系統(tǒng)的所屬的星形電壓U1、U2、U3和三角形連接電壓U12、U23、U31的時間變化。由于在圖1中預(yù)先給出相L2出現(xiàn)了故障，因此星形電壓U2在時間圖中位于0伏線。而星形電壓U1和U3則按照正弦振蕩相互間有120度的時間上的偏移。此外，從三角形連接電壓U12、U23可以看到，這些電壓偏離了其正常運(yùn)行(沒有相故障)時的位置。現(xiàn)在三角形連接電壓U12現(xiàn)在與星形電壓U1相同，這意味著在所觀察時間窗中的三角形連接電壓U12的零位置一定發(fā)生了移動。三角形連接電壓U23的零位置同樣與星形電壓U3的零位置時間相同，這同樣意味著三角形連接電壓U23發(fā)生了時間偏移。僅有三角形連接電壓U31具有與兩個星形電壓U1、U3的零位置不一致的零位置。換言之，三角形連接電壓U31零位置的時間位置沒有發(fā)生改變意味著形成該三角形連接電壓U31的星形電壓U1、U3不可能發(fā)生故障，而三角形連接電壓U12、U23的零位置肯定發(fā)生變化，因?yàn)榉謩e還僅有星形電壓U1、U3提供給三角形連接電壓U12、U23，并“接管”它們的零位置。
此外三角形連接電壓U12、U23所經(jīng)歷的時間偏移除相故障外還適用于確定相L2的電壓降，并在此表示為星形電壓U2振幅的連續(xù)函數(shù)。在該示例情況下，三角形連接電壓U23的零位置與星形電壓U3的零位置不一致，而僅是從其原始位置出發(fā)來接近于星形電壓U3的零位置。
綜上所述，本發(fā)明涉及用于診斷多相供電系統(tǒng)中的相故障或相位振幅下降的自供電的、獨(dú)立于電壓振幅的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備。本發(fā)明利用三角形連接電壓和星形電壓時間上的零位置及其所出現(xiàn)的時間偏移來診斷三角形連接電壓和星形電壓。由此該獨(dú)立于電壓振幅的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備解決了一直以來依賴于電壓振幅的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的公知的不能識別相故障或相位振幅下降的問題。該診斷是可靠的，因?yàn)榻柚鷷r間窗可以將相關(guān)參數(shù)與可能由耗電器引起的干擾電壓分開。
權(quán)利要求
1.一種電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，用于診斷多相供電系統(tǒng)中的相故障，其特征在于，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備具有用于檢測相故障的裝置，其借助多相供電系統(tǒng)的至少一個三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)過零點(diǎn)的時間偏移來進(jìn)行診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，其中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)具有借助三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的過零點(diǎn)在一時間窗之內(nèi)或之外的時間偏移來檢測三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的時間偏移的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，其中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)具有用于報告故障的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，其中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)為自供電的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，其中，該電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)包含至少一個測量回路(2，3，4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)，其中，測量回路(2，3，4)用于在相故障或相位振幅下降時觸發(fā)相應(yīng)的故障報告。
7.一種用于為電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備(1)診斷多相供電系統(tǒng)中的相故障的方法，其特征在于，借助多相供電系統(tǒng)的至少一個三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的過零點(diǎn)的時間偏移來診斷相故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的過零點(diǎn)在一時間窗之內(nèi)或之外的時間偏移來檢測三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的時間偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，當(dāng)在所述時間窗之外或之內(nèi)檢測到三角形連接電壓(U12，U23，U31)或星形電壓(U1，U2，U3)的過零點(diǎn)時報告故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在出現(xiàn)相故障或相位振幅下降時由測量回路(2，3，4)觸發(fā)相應(yīng)的故障報告。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于診斷多相供電系統(tǒng)中相故障和相位振幅下降的自供電的，與電壓振幅無關(guān)的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備。本發(fā)明利用對三角形連接電壓或星形電壓零位置及其所出現(xiàn)的時間偏移來進(jìn)行診斷。由此與電壓振幅無關(guān)的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備還解決了與電壓振幅相關(guān)的電網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備的無法識別相故障和相位振幅下降的公知問題。該診斷是可靠的，因?yàn)榻柚鷷r間窗可以將相關(guān)參數(shù)與可能由用電器引起的干擾電壓分開。
文檔編號G01R19/145GK1858610SQ200610075378
公開日2006年11月8日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者羅蘭·弗萊希曼, 彼得·哈姆森, 馬丁·梅爾 申請人:西門子公司