一種接地故障檢測裝置及hvdc系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電路技術領域，具體涉及了一種接地故障檢測裝置及HVDC系統。
【背景技術】
[0002]高壓直流輸電HVDC系統是中間點高阻接地系統，該類系統中，當單個設備出現正極接地故障時，接地回路的電流很小，電路系統中的斷路器等保護裝置無法及時檢測到故障并動作，且由于是直流電流，無法使用剩余電流裝置RCD;當同一極接地或者另一極接地時，即出現兩點接地短路，尤其是正負兩極接地時，接地回路電流很大，可能導致上級保護裝置動作，出現越級保護，導致整個系統斷電。
[0003]目前針對高壓直流HVDC系統的接地故障的檢測方案中，主要有低頻探測法、變頻探測法和霍爾磁式平衡法，這些檢測方法處理過程較為復雜，不適合大規模應用，還未出現將GFCI芯片應用到高壓直流HVDC系統的方案。
【發明內容】
[0004]本發明實施例提供一種接地故障檢測裝置及HVDC系統，以期基于GFCI芯片解決高壓直流HVDC系統的接地故障的問題，有利于降低接地故障檢測成本和復雜度，提升供電安全性。
[0005]本發明實施例第一方面公開了一種接地故障檢測裝置，包括:
[0006]接地故障電流漏電保護器GFCI芯片、斷路器、傳感器S線圈、中性N線圈、交流信號發生器、隔離器、分流檢測器Shunt Monitor單元；
[0007]Shunt Monitor單元的第一端口 Ml和第二端口 M2用于串聯在地線GND中，ShuntMonitor單元的信號輸出端口 M0連接隔離器的信號輸入端口 G1，隔離器的電源輸入端口 G2用于用于連接負載的正極RL+，隔離器的電源輸出端口 G3連接交流信號發生器的電源輸入端口 J1，交流信號發生器的交流信號輸出端口 J2連接N線圈的交流信號輸入端口 N1，N線圈的交流信號輸出端口 N2連接交流信號發生器的交流信號輸入端口 J3，N線圈的第一直流電源輸出端口 N3用于連接負載正極RL+，N線圈的第二直流電源輸入端口 N4用于連接負載負極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，斷路器的控制信號輸入端口 D5連接GFIC芯片的控制信號輸出端口 Cl，S線圈的交流信號輸出端口 S3連接GFIC芯片的交流信號輸入端口 C2，GFIC芯片的交流信號輸出端口 C3連接S線圈的交流信號輸入端口 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用于連接電源負極V-。
[0009]其中，上述N線圈和S線圈的匝數的乘積為N:1 (模擬基于GFIC芯片的交流電流AC系統接地故障檢測場景，N取值一般為1000)，至于N線圈的匝數比和S線圈的匝數比具體如何分配，可以根據實際需要靈活配置。
[0010]舉例來說，當上述第一交流信號為120V，50HZ/60HZ的AC信號時，上述N線圈和S線圈的匝數比例如可以有以下幾種示例情形:
[0011]示例情形1:N線圈的匝數比為1:1，則相當于在HVDC系統上耦合了 120V的AC信號，假設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線圈的匝數比可以是1000:1，則產生第二交流信號中的電流信號為0.006mA(平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號注入GFIC芯片，進一步由GFIC芯片運算并判斷符合關斷條件(如參考UL 943級別(交流電流AC)檢測方案中的關斷門限值0.005mA，以達到UL 943級別相當的保護)，觸發斷路器關斷。
[0012]示例情形2:N線圈的匝數比為20:1，則相當于在HVDC系統上耦合了 6V的AC信號，假設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線圈的匝數比是50:1，則產生第二交流信號中的電流信號為0.006mA (平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號注入GFIC芯片，進一步由GFIC芯片運算并判斷符合關斷條件(如參考UL 943級別(交流電流AC)檢測方案中的關斷門限值0.005mA,以達到UL 943級別相當的保護)，觸發斷路器關斷。
[0013]示例情形3:N線圈匝數比是50:1，則相當于在HVDC上耦合了 2.4V的AC信號，假設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線圈的匝數比是20:1，則產生第二交流信號中的電流信號為0.006mA (平均值，峰值為0.008mA)，該電流信號注入GFIC芯片，進一步由GFIC芯片運算并判斷符合關斷條件(如參考UL 943級別(交流電流AC)檢測方案中的關斷門限值0.005mA,以達到UL 943級別相當的保護)，觸發斷路器關斷。
[0014]本發明實施例第一方面第一種可能的實現方式中，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，第一 Shunt Monitor的負極接線端口連接第一分流電阻的第一端口、第二 Shunt Monitor的負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 的負極接線端口，ShuntMonitor單元的第二端口 M2為第二 Shunt Monitor的負極接線端口時，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的負極接線端口，第二分流電阻的第二端口連接第二 Shunt Monitor的負極接線端口。
[0017]可以看出，上述第一 Shunt Monitor和第二 Shunt Monitor的設置方案能夠檢測負載正極接地故障和/或負載負極接地故障多種情形。
[0018]結合本發明實施例第一方面或第一方面第一種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面第二種可能的實現方式中，交流信號發生器包括:
[0019]逆變電路，逆變電路包括控制器、驅動器和絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
[0020]結合本發明實施例第一方面或第一方面第一種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面第三種可能的實現方式中，交流信號發生器包括:
[0021 ] 數模轉換器DAC和振蕩電路。
[0022]結合本發明實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現方式，在本發明實施例第一方面第四種可能的實現方式中，接地故障檢測裝置還包括關斷門限設置單元Rset，GFIC芯片的控制信號輸入端口 C4連接Rset的信號輸出端R1 ；
[0023]Rset用于設置GFIC芯片中的關斷門限范圍。
[0024]本發明實施例第二方面公開了一種高壓直流輸電HVDC系統，包括:
[0025]負載設備、接地故障檢測裝置以及電源模塊；
[0026]接地故障檢測裝置包括接地故障電流漏電保護器GFCI芯片、斷路器、傳感器S線圈、中性N線圈、交流信號發生器、隔離器、分流檢測器Shunt Monitor單元；
[0027]Shunt Monitor單元的第一端口 Ml和第二端口 M2用于串聯在地線GND中，ShuntMonitor單元的信號輸出端口 M0連接隔離器的信號輸入端口 G1，隔離器的電源輸入端口 G2連接負載設備的正極RL+，隔離器的電源輸出端口 G3連接交流信號發生器的電源輸入端口J1，交流信號發生器的交流信號輸出端口 J2連接N線圈的交流信號輸入端口 Nl，N線圈的交流信號輸出端口 N2連接交流信號發生器的交流信號輸入端口 J3，N線圈的第一直流電源輸出端口 N3連接負載設備的正極RL+，N線圈的第二直流電源輸入端口 N4連接負載設備的負極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，斷路器的控制信號輸入端口 D5連接GFIC芯片的控制信號輸出端口 Cl，S線圈的交流信號輸出端口 S3連接GF