[发明专利]一种接地故障检测装置及HVDC系统

说明书

本发明实施例公开了一种接地故障检测装置及HVDC系统，该装置包括：接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、交流信号发生器、隔离器、分流检测器Shunt Monitor单元。实施本发明实施例，有利于提升降低接地故障检测成本和复杂度，提升供电安全性。

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及了一种接地故障检测装置及HVDC系统。

背景技术

高压直流输电HVDC系统是中间点高阻接地系统，该类系统中，当单个设备出现正极接地故障时，接地回路的电流很小，电路系统中的断路器等保护装置无法及时检测到故障并动作，且由于是直流电流，无法使用剩余电流装置RCD；当同一极接地或者另一极接地时，即出现两点接地短路，尤其是正负两极接地时，接地回路电流很大，可能导致上级保护装置动作，出现越级保护，导致整个系统断电。

目前针对高压直流HVDC系统的接地故障的检测方案中，主要有低频探测法、变频探测法和霍尔磁式平衡法，这些检测方法处理过程较为复杂，不适合大规模应用，还未出现将GFCI芯片应用到高压直流HVDC系统的方案。

发明内容

本发明实施例提供一种接地故障检测装置及HVDC系统，以期基于GFCI芯片解决高压直流HVDC系统的接地故障的问题，有利于降低接地故障检测成本和复杂度，提升供电安全性。

本发明实施例第一方面公开了一种接地故障检测装置，包括：

接地故障电流漏电保护器GFCI芯片、断路器、传感器S线圈、中性N线圈、交流信号发生器、隔离器、分流检测器Shunt Monitor单元；

Shunt Monitor单元的第一端口M1和第二端口M2用于串联在地线GND中，ShuntMonitor单元的信号输出端口MO连接隔离器的信号输入端口G1，隔离器的电源输入端口G2用于用于连接负载的正极RL+，隔离器的电源输出端口G3连接交流信号发生器的电源输入端口J1，交流信号发生器的交流信号输出端口J2连接N线圈的交流信号输入端口N1，N线圈的交流信号输出端口N2连接交流信号发生器的交流信号输入端口J3，N线圈的第一直流电源输出端口N3用于连接负载正极RL+，N线圈的第二直流电源输入端口N4用于连接负载负极RL-；

N线圈的第一直流电源输入端口N5连接断路器的第一电源输出端口D1，N线圈的第二直流电源输出端口N6连接断路器的第二电源输入端口D2，断路器的第一电源输入端口D3连接S线圈的第一直流电源输出端口S1，断路器的第二电源输出端口D4连接S线圈的第二直流电源输入端口S2，断路器的控制信号输入端口D5连接GFCI芯片的控制信号输出端口C1，S线圈的交流信号输出端口S3连接GFCI芯片的交流信号输入端口C2，GFCI芯片的交流信号输出端口C3连接S线圈的交流信号输入端口S4，S线圈的第一直流电源输入端口S5用于连接电源正极V+，S线圈的第二直流电源输出端口S6用于连接电源负极V-。

其中，上述N线圈和S线圈的匝数的乘积为N：1(模拟基于GFCI芯片的交流电流AC系统接地故障检测场景，N取值一般为1000)，至于N线圈的匝数比和S线圈的匝数比具体如何分配，可以根据实际需要灵活配置。

举例来说，当上述第一交流信号为120V，50HZ/60HZ的AC信号时，上述N线圈和S线圈的匝数比例如可以有以下几种示例情形：

示例情形1：N线圈的匝数比为1:1，则相当于在HVDC系统上耦合了120V的AC信号，假设接地故障回路中的电阻为20KΩ，则存在的故障电流是6mA的交流电流，S线圈的匝数比可以是1000:1，则产生第二交流信号中的电流信号为0.006mA(平均值，峰值为0.008mA)，该电流信号注入GFCI芯片，进一步由GFCI芯片运算并判断符合关断条件(如参考UL 943级别(交流电流AC)检测方案中的关断门限值0.005mA，以达到UL 943级别相当的保护)，触发断路器关断。