CN103901315A - 一种单极接地***、接地保护及故障监测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的接地保护及故障监测装置，通过故障监测装置实时采样单极接地***的正极和负极的对地电压，并转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警；本发明公开的所述接地保护及故障监测装置，可实现在***的运行过程中，实时地对所述单极接地***的两极进行在线检测，无需等待***停机再进行检测，解决了现有技术中安全性低的问题。

Description

一种单极接地***、接地保护及故障监测装置和方法
技术领域
本发明涉及电气检测技术领域，尤其涉及一种单极接地***、接地保护及故障监测装置和方法。
背景技术
为避免光伏发电***中的光伏电池发生极化现象，从而影响所述光伏电池的性能，现有技术通过将光伏电池阵列的负极(或正极)接地，形成单极接地***，以解决所述光伏电池的极化现象。
为保证***安全，上述单极接地***应当为单极单点接地***，所以所述单极接地***应该设置有接地保护及故障监测装置，以避免出现其他点接地故障。如图1所示，所述接地保护及故障监测装置包括：绝缘电阻检测单元100、漏电流保护单元200及主控单元300；其中，漏电流保护单元200包括可控开关210及漏电流检测装置220，主控单元300包括第一控制单元310及第二控制单元310。当可控开关210断开时，绝缘电阻检测单元100检测所述单极接地***的正极DC+和负极DC-的对地阻抗值，由第一控制单元310判断所述单极接地***的正负极是否存在故障接地点，若存在则进行报警及故障排查，若不存在则控制可控开关210闭合。当可控开关210闭合时，漏电流检测装置220检测流过漏电流保护单元200的电流，由第二控制单元320判断所述单极接地***的非接地极是否存在故障接地点，如存在则控制可控开关210断开连接；否则则进行并网运行。
但是如图1所示的接地保护及故障监测装置，只能在可控开关210断开、***停机的状态下才能对正负极是否存在故障接地点进行检测，未能实现对于正负极是否存在故障接地点的实时在线检测；如在***的运行过程中出现了上述故障，则需要等待***停机才能进行检测，降低了***运行的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种接地保护及故障监测装置、单极接地***及接地保护及故障监测方法，以解决现有技术中安全性低的问题。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种接地保护及故障监测装置，应用于单极接地***，包括：
连接于所述单极接地***的正常接地点与地之间的接地保护装置；
输入端分别与所述单极接地***的正极和负极以及地相连的故障监测装置；所述故障监测装置用于实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压，并转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，所述故障监测装置包括：检测单元、调理电路及单片机；
其中，所述检测单元的输入端分别与所述单极接地***的正极和负极以及地相连，用于分别采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述调理电路的输入端与所述硬件检测单元输出端相连，用于接收并对所述单极接地***的正极和负极的对地电压进行处理；
所述单片机的输入端与所述调理电路输出端相连，用于将所述处理后的单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，所述接地保护装置包括：正温度系数热敏电阻。
优选的，所述接地保护装置还包括：
连接于所述单极接地***正极与地之间的第一电容；
连接于所述单极接地***负极与地之间的第二电容。
优选的，所述接地保护装置还包括：设置于所述正温度系数热敏电阻外的耐高温套管。
一种单极接地***，包括上述任一所述的接地保护及故障监测装置。
一种接地保护及故障监测方法，应用于单极接地***的接地保护及故障监测装置，所述接地保护及故障监测装置包括接地保护装置和故障监测装置；所述接地保护及故障监测方法包括：
所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
当所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，所述故障监测装置包括检测单元、调理电路及单片机；所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压的步骤为：所述检测单元实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值的步骤为：所述调理电路接收并对所述单极接地***的正极和负极的对地电压进行处理，所述单片机将所述处理后的单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数的步骤为：所述单片机判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
当所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警的步骤为：当所述单片机判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，所述接地保护装置包括：正温度系数热敏电阻；所述接地保护及故障监测方法还包括：
当非接地极出现接地故障时，所述正温度系数热敏电阻的阻值增大，防止短路大电流冲击。
优选的，还包括：
当所述单极接地***为正常状态时，所述正温度系数热敏电阻保持较小的阻值，确保其接地极和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的接地保护及故障监测装置，通过故障监测装置实时采样单极接地***的正极和负极的对地电压，并转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警；本发明公开的所述接地保护及故障监测装置，可实现在***的运行过程中，实时地对所述单极接地***的两极进行在线检测，无需等待***停机再进行检测，解决了现有技术中安全性低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的单极接地***的接地保护及故障监测装置的结构图；
图2为本发明实施例公开的单极接地***的接地保护及故障监测装置的结构图；
图3为本发明另一实施例公开的单极接地***的接地保护及故障监测装置的结构图；
图4为本发明另一实施例公开的单极接地***的接地保护及故障监测方法流程图；
图5为本发明另一实施例公开的单极接地***的接地保护及故障监测方法流程图；
图6为本发明另一实施例公开的单极接地***的接地保护及故障监测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种接地保护及故障监测装置，应用于单极接地***，以解决现有技术中安全性低的问题。
需要说明的是，为便于描述，本申请实施例所述单极接地***，均以光伏发电***为例，包括将太阳能转换为电能并输出直流电的光伏阵列，以及将该直流电转换为交流电的逆变器DC/AC；所谓单极接地指上述光伏发电***中仅允许存在唯一的接地点(设置于正极或负极)，为便于描述，本申请实施例均以负极接地***为例。
具体的，如图2所示，所述接地保护及故障监测装置包括：
连接于所述单极接地***的正常接地点(以负极PV-为例)与地之间的接地保护装置101；
输入端分别与所述单极接地***的正极PV+和负极PV-以及地相连的故障监测装置102。
具体的工作原理为：
故障监测装置102实时采样所述单极接地***的正极PV+和负极PV-的对地电压，并转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。具体的，当所述单极接地***的正极PV+的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定所述单极接地***的正极PV+存在故障接地点并报警；当所述单极接地***的负极PV-的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定所述单极接地***的负极PV-存在故障接地点并报警；当所述单极接地***的正极PV+和负极PV-的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数均超过一定预设次数时，则判定所述单极接地***的正极PV+和负极PV-同时存在故障接地点并报警；在实际的应用环境中，所述预设次数与所述预设阻抗值均可根据具体的实际情况进行选取，此处不做限定。
如图1所示的现有技术中，需将漏电流保护单元200断开，保证绝缘电阻检测单元100的检测功能的实现。
而本实施例所提供的所述接地保护及故障监测装置，只有当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，才判定该极存在故障接地点并报警，无需断开接地保护装置101与地之间的连接，可以实时的进行在线检测，无需等待***停机才能进行检测，解决了现有技术中安全性低的问题。
优选的，故障监测装置102包括：
输入端分别与所述单极接地***的正极PV+和负极PV-以及地相连的检测单元；
输入端与所述硬件检测单元输出端相连的调理电路；
输入端与所述调理电路输出端相连的单片机。
具体的工作原理为：
所述检测单元分别采样所述单极接地***的正极PV+和负极PV-的对地电压；所述调理电路接收并对所述单极接地***的正极PV+和负极PV-的对地电压进行处理；所述单片机将所述处理后的单极接地***的正极PV+和负极PV-的对地电压转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，接地保护装置101包括：正温度系数热敏电阻。
接地保护装置101采用所述正温度系数热敏电阻接地，可起到短路保护的作用。正常状态时其阻值较小，可确保所述单极接地***的负极PV-和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素；当所述单极接地***的非接地极出现短路故障时，光伏组件PV电压直接加在所述正温度系数热敏电阻两端，其电阻值迅速增大，将短路电流限制在数mA，不会对发电***造成破坏，提高***安全性，使得逆变单元可在此状态下继续正常并网运行一段时间，无需立即停止并网。
优选的，如图3所示，接地保护装置101还包括：
连接于所述单极接地***正极PV+与地之间的第一电容C1；
连接于所述单极接地***负极PV-与地之间的第二电容C2。
第一电容C1与第二电容C2的存在，可以减少逆变器DC/AC直流侧对地的共模电压。
值得说明的是，上述实施例中，所述单极接地***的正常接地点均以负极PV-为例进行说明；而当接地保护装置101中增设第一电容C1与第二电容C2时，所述单极接地***的正常接地点将同时包括所述单极接地***正极PV+与负极PV-。
优选的，接地保护装置101还包括：设置于所述正温度系数热敏电阻外的耐高温套管。
在所述正温度系数热敏电阻外侧设置耐高温套管，可以对所述正温度系数热敏电阻加以绝缘保护。
本发明另一实施例还提供了一种单极接地***，包括上述实施例任一所述的接地保护及故障监测装置。
其具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。
本发明另一实施例还提供了一种接地保护及故障监测方法，应用于单极接地***的接地保护及故障监测装置，所述接地保护及故障监测装置包括接地保护装置及故障监测装置；所述接地保护及故障监测方法如图4所示，包括：
S101、所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压，可以为后续阻抗值的计算提供数据。
S102、所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
所述故障监测装置内部软件的程序可以实现所述转换。
S103、所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
所述预设次数及所述预设阻抗值均可根据具体的实际情况进行选取。
S104、所述故障监测装置判定该极存在故障接地点并报警。
当所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值的低于预设阻抗值连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
本实施例所提供的所述接地保护及故障监测方法，只有当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，才判定该极存在故障接地点并报警，无需断开所述接地保护装置与地之间的连接，可以实时的进行在线检测，无需等待***停机才能进行检测，解决了现有技术中安全性低的问题。
优选的，步骤S101可以由所述故障监测装置中的检测单元来实现。
步骤S102可以由所述故障监测装置中的调理电路及单片机来实现。
步骤S103和S104均可由所述故障监测装置中的单片机实现。
所述故障监测装置包括所述检测单元、所述调理电路及所述单片机，所述单片机内部软件程序的改进，使得所述接地保护及故障监测装置能够实现当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，判定该极存在故障接地点并报警。
优选的，所述接地保护装置包括：正温度系数热敏电阻；所述接地保护及故障监测方法如图5所示，包括：
S201、当非接地极出现接地故障时，所述正温度系数热敏电阻的阻值增大，防止短路大电流冲击。
S202、所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
S203、所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
S204、所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
S205、所述故障监测装置判定该极存在故障接地点并报警。
所述接地保护装置采用所述正温度系数热敏电阻接地，可起到短路保护的作用。正常状态时其阻值较小，可确保所述单极接地***的负极和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素；当所述单极接地***的非接地极出现短路故障时，光伏组件PV电压直接加在所述正温度系数热敏电阻两端，其电阻值迅速增大，将短路电流限制在数mA，不会对发电***造成破坏，提高***安全性，使得逆变单元可在此状态下继续正常并网运行一段时间，无需立即停止并网。
优选的，所述接地保护及故障监测方法如图6所示，包括：
S301、当所述单极接地***为正常状态时，所述正温度系数热敏电阻保持较小的阻值，确保其接地极和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素。
S302、当非接地极出现接地故障时，所述正温度系数热敏电阻的阻值增大，防止短路大电流冲击。
S303、所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
S304、所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
S305、所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
S306、所述故障监测装置判定该极存在故障接地点并报警。
所述接地保护装置采用所述正温度系数热敏电阻接地，不仅可起到短路保护的作用，在所述单极接地***为正常状态时其阻值较小，可确保所述单极接地***的负极和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种接地保护及故障监测装置，其特征在于，应用于单极接地***，包括：
连接于所述单极接地***的正常接地点与地之间的接地保护装置；
输入端分别与所述单极接地***的正极和负极以及地相连的故障监测装置；所述故障监测装置用于实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压，并转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
2.根据权利要求1所述的接地保护及故障监测装置，其特征在于，所述故障监测装置包括：检测单元、调理电路及单片机；
其中，所述检测单元的输入端分别与所述单极接地***的正极和负极以及地相连，用于分别采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述调理电路的输入端与所述硬件检测单元输出端相连，用于接收并对所述单极接地***的正极和负极的对地电压进行处理；
所述单片机的输入端与所述调理电路输出端相连，用于将所述处理后的单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值，当所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，判定该极存在故障接地点并报警。
3.根据权利要求1所述的接地保护及故障监测装置，其特征在于，所述接地保护装置包括：正温度系数热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的接地保护及故障监测装置，其特征在于，所述接地保护装置还包括：
连接于所述单极接地***正极与地之间的第一电容；
连接于所述单极接地***负极与地之间的第二电容。
5.根据权利要求3所述的接地保护及故障监测装置，其特征在于，所述接地保护装置还包括：设置于所述正温度系数热敏电阻外的耐高温套管。
6.一种单极接地***，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的接地保护及故障监测装置。
7.一种接地保护及故障监测方法，其特征在于，应用于单极接地***的接地保护及故障监测装置，所述接地保护及故障监测装置包括接地保护装置和故障监测装置；所述接地保护及故障监测方法包括：
所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
当所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
8.根据权利要求7所述的接地保护及故障监测方法，其特征在于，所述故障监测装置包括检测单元、调理电路及单片机；所述故障监测装置实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压的步骤为：所述检测单元实时采样所述单极接地***的正极和负极的对地电压；
所述故障监测装置将所述单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值的步骤为：所述调理电路接收并对所述单极接地***的正极和负极的对地电压进行处理，所述单片机将所述处理后的单极接地***的正极和负极的对地电压转换为相应的对地阻抗值；
所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数的步骤为：所述单片机判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数是否超过一定预设次数；
当所述故障监测装置判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警的步骤为：当所述单片机判断所述单极接地***某极的对地阻抗值低于预设阻抗值的连续累加次数超过一定预设次数时，则判定该极存在故障接地点并报警。
9.根据权利要求7所述的接地保护及故障监测方法，其特征在于，所述接地保护装置包括：正温度系数热敏电阻；所述接地保护及故障监测方法还包括：
当非接地极出现接地故障时，所述正温度系数热敏电阻的阻值增大，防止短路大电流冲击。
10.根据权利要求9所述的接地保护及故障监测方法，其特征在于，还包括：
当所述单极接地***为正常状态时，所述正温度系数热敏电阻保持较小的阻值，确保其接地极和地电位相同，消除光伏组件PID衰减的电势因素。
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