[發明專利]用于檢測故障電流的故障電流分析器和具有故障電流檢測功能的裝置

有效

• 申請號: 200680022803.0
• 申請日: 2006-06-14
• 公開（公告）號: CN101208845A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 讓－瑪麗·馬特爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02H3/33
• 分類號: H02H3/33
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張亮

技術領域

本發明涉及一種故障電流分析器，所述故障電流分析器用于檢測具有多根電線的電網中的故障電流，并包括總和電流互感器和連接在總和電流互感器上的分析構件，總和電流互感器的一次繞組由所述電線構成，總和電流互感器的二次側提供輸出信號，分析構件用于對輸出信號進行分析，其中，分析構件包括用于選出輸出信號的至少一個低頻分信號的濾波器單元。此外，本發明還涉及一種具有故障電流檢測功能的裝置。

背景技術

例如US?6,097,580中公開過上述類型的故障電流分析器。這種故障電流分析器是為專門用途而設計，即用于對無故障正常工作狀態下也會出現接地電流的設備(例如洗衣機或冰箱)進行監測。接地電流與故障情況下所出現的故障電流有所不同。這種專用故障電流分析器無法直接用于對其他電網進行故障電流監測。

DE?102?37?342?A1中對帶有傅里葉變換單元和選頻分析裝置的另一種故障電流分析器進行了說明。

通常使用與電網電壓無關的故障電流保護開關(＝FI-Schutzschalter，故障電流保護開關，A型)或與電網電壓有關的差動電流保護開關(＝DI-Schutzschalter，差動電流保護開關，B型)對電網進行故障電流監測。前者用于檢測交流故障電流和脈動直流故障電流，后者除此之外還可檢測平穩的直流故障電流。鑒于這種有所擴展的電流檢測性能，第二種保護開關又稱為“交直流敏感保護開關”。但這種保護開關的實現方式比較復雜，因而成本也相對較高。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種開篇所述類型的故障電流分析器，這種故障電流分析器不僅可以靈活使用，而且實現方式也比較簡單。

這個目的通過獨立權利要求1的特征而達成。本發明的故障電流分析器的特征在于：分析構件設計為通過監測低頻分信號來確定是否存在超過低頻極限值的情況；如果存在這種情況，分析構件就測定低頻分信號的第一較短信號采樣，測定第一較短信號采樣的有效值，將有效值與均方根下限值和均方根上限值相比較，并據此判斷是否存在故障電流。

也就是說，本發明的故障電流分析器的分析構件設計為可進行多階段(特定而言主要是兩階段)監測。持續進行的第一監測階段是對低頻分信號的時間特性進行持續檢驗，以確定是否存在超過預定低頻極限值的情況。只要低頻分信號小于這個低頻極限值，就繼續執行這種監測。作為瞬時值監測的替代或補充方案，也可對極短信號采樣(特定而言比第一較短信號采樣短，持續時間例如約為1ms)進行分析和監測。為此需算出這個極短信號采樣的平均值?？傮w而言，在持續進行的第一監測階段內并不執行只有使用硬件和/或軟件資源才能實現的很耗(計算)時間的步驟。

只有當低頻分信號超過低頻極限值時，分析構件才會執行更為精確的分析步驟，即測定低頻分信號的信號采樣，并對其進行詳細檢驗。這個信號采樣的時間跨度相對較短，特定而言相當于待監測電網的電網頻率(＝50Hz或60Hz)的一個周期。如果為這個信號采樣所測定的有效值超過均方根上限值，分析構件中就會作出“存在故障電流”的判斷，并且故障電流分析器的輸出端上會提供相應的信號。這個過程進行得非常快，特定而言會在一個相當于兩倍電網周期的時間跨度內完成。優選時間跨度不超過30ms。

故障電流分析器借此而符合了用于電網監測的故障電流識別裝置和故障電流切斷裝置所需滿足的條件。故障電流分析器可靈活應用。這種故障電流分析器不像已知的故障電流分析器那樣僅局限于專門的用途。

此外，故障電流分析器所包括的組件基本屬于通用組件，這一點可降低故障電流分析器的制備難度。因此，總和電流互感器只需設計成具有符合A型要求的交流故障電流和脈動直流故障電流檢測功能就已足夠。但分析構件可對A型故障電流保護開關無法檢測到的故障電流進行檢測。分析構件也僅包含通用的可編程邏輯模塊或同樣通用的微處理器模塊或微控制器模塊。因此，故障電流分析器的實現難度非常有限。

本發明的故障電流分析器的有利建構方案可從權利要求1的從屬權利要求中獲得。

有利的實施方案是特別為有效值的測定設置積分器或傅里葉變換單元。二者均可實現為硬連線電子電路或在可編程硬件模塊上運行的軟件模塊。有效值可以很簡單地通過積分而確定。傅里葉變換也同樣如此，其可建構為DFT(離散傅里葉變換)或FFT(快速傅里葉變換)。在此情況下，所讀出的相關頻率值的幅值就是這個有效值(有可能需要的乘積校正系數忽略不計)。積分和傅里葉變換是通用的信號處理方法。