一种双电制岸电供电系统及其故障检测方法与流程

1.本发明涉及船舶供电技术领域，特别涉及一种双电制岸电供电系统及其故障检测方法。


背景技术：

2.靠港船舶引接岸电是今后世界各国发展的重点。船舶供电通常采用it系统，为了满足岸侧大量单相负荷用电，则需要单相变压器隔离降压处理，增加了费用；若采用tn系统供电，船电系统通过海水与大地又构成了tt系统，威胁靠港船舶水下维护人员的人身安全，产生安全隐患。
3.it系统通常不会引出中性线，这是由于当中性线发生接地故障时，it系统可能变成tt系统或者tn系统，虽然tt系统和tn系统本身安全，但是由it系统由于中性线发生接地故障而变成的tt系统或tn系统，后续若再发生接地故障，就会造成中断供电，从而失去了it系统的优越性。然而，目前我国陆地供电普遍采用tn系统，中性点与火线之间的220v交流电源，其中的中性线必须引出，由此使得it系统的应用范围受限。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种双电制岸电供电系统及其故障检测方法，通过可以同时向船侧用电负载供电的it系统模块和岸侧用电负载供电的itn系统模块，实现了岸侧与船侧负载兼容供电，满足了港口停靠船舶岸电供电的需求，提高了港口供电系统的可靠性。
5.为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种双电制岸电供电系统，包括：变压器、it系统模块、itn系统模块和绝缘监测模块；
6.所述变压器的输出端为星型四相输出，其中性点为悬空状态；
7.所述it系统模块输入端和所述itn系统模块输入端分别与所述变压器的输出端线路连接，所述it系统模块输出端分别与若干个船侧用电负载连接，所述itn系统模块输出端分别与若干个岸侧用电负载连接；
8.所述绝缘监测模块分别与所述变压器的输出端每相线路和所述it系统模块、所述itn系统模块的每个支路连接，获取所述每相线路的相状态信息和所述支路的支路状态信息，判断双电制岸电供电系统的故障信息。
9.进一步地，所述绝缘监测模块包括：控制单元、选相单元和若干个选线单元；
10.所述选线单元分别与所述it系统模块和所述itn系统模块中的支路连接，获取所述支路的支路状态信息，并发送至所述控制单元；
11.所述选线单元分别与所述变压器的四相输出线路连接，获取所述变压器输出端每相的相状态信息，并发送至所述控制单元；
12.所述控制单元依据所述支路状态信息和所述相状态信息判断所述双电制岸电供电系统的所述故障信息，得到故障判断结果。
13.进一步地，所述绝缘监测模块还包括：人机交互单元；
14.所述人机交互单元与所述控制单元电连接，获取显示所述控制单元的所述故障判断结果。
15.进一步地，所述选线单元通过注入电压法对所述支路进行绝缘电阻检测；
16.所述支路中的所述绝缘电阻的检测电压小于或等于预设电压值。
17.进一步地，所述预设电压值为50v。
18.进一步地，所述支路中设置有零序电流互感器；
19.所述选线单元与所述零序电流互感器的二次侧连接，获取所述支路的电流信号，并发送至所述控制单元。
20.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种双电制岸电供电系统故障检测方法，用于检测上述任一所述的双电制岸电供电系统，包括如下步骤：
21.获取当前检测周期内的变压器输出端每相线路的相电压数值；
22.将所述相电压数值与前一所述检测周期内所述相线路的所述相电压数值进行对比；
23.当二者的差值大于或等于预设电压阈值时，判定所述变压器输出端的所述相线路的超前相或滞后相处于故障状态；
24.当二者的差值小于所述预设电压阈值时，判定所述变压器输出端的所述相线路的超前相或滞后相处于正常状态。
25.进一步地，所述当二者的差值大于或等于预设阈值时判定所述变压器输出端的所述相线路的超前相或滞后相处于故障状态，包括：
26.当所述相线路的所述滞后相的电压数值减小时，判定所述相线路的滞后相为故障相；
27.当所述相线路的所述滞后相的电压数值未变化，则判定所述相线路的超前相为故障相。
28.相应地，本发明实施例的第三方面还提供了一种双电制岸电供电系统故障检测方法，用于检测上述任一所述的双电制岸电供电系统，包括如下步骤：
29.获取绝缘电阻的零序电流检测值；
30.判断所述绝缘电阻的所述零序电流检测值是否大于或等于预设电流阈值；
31.如所述零序电流检测值大于或等于所述预设电流阈值，则判定与所述绝缘电阻相对应的支路为故障状态；
32.如所述零序电流检测值小于所述预设电流阈值，则判定与所述绝缘电阻相对应的支路为正常状态。
33.本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
34.通过可以同时向船侧用电负载供电的it系统模块和岸侧用电负载供电的itn系统模块，实现了岸侧与船侧负载兼容供电，满足了港口停靠船舶岸电供电的需求，提高了港口供电系统的可靠性。
附图说明
35.图1是本发明实施例提供的双电制岸电供电系统原理示意图；
36.图2是本发明实施例提供的绝缘监测模块网络架构图；
37.图3是本发明实施例提供的单相接地故障时的电路模型示意图。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
39.请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种双电制岸电供电系统，包括：变压器、it系统模块、itn系统模块和绝缘监测模块；变压器的输出端为星型四相输出，其中性点为悬空状态；it系统模块输入端和itn系统模块输入端分别与变压器的输出端线路连接，it系统模块输出端分别与若干个船侧用电负载连接，itn系统模块输出端分别与若干个岸侧用电负载连接；绝缘监测模块分别与变压器的输出端每相线路和it系统模块、itn系统模块的每个支路连接，获取每相线路的相状态信息和支路的支路状态信息，判断双电制岸电供电系统的故障信息。
40.具体的，如图1所示，双电制岸电供电系统可以为10kv高压电源输入，按照星形连接的变压器四相输出线路，并且变压器中性点不接地，保持悬空状态。船侧用电负载接入it系统模块侧，岸侧用电负载接入itn系统模块侧；双电制岸电供电系统中一般包含多个配电柜，一个配电柜中配出多条支路。
41.进一步地，绝缘监测模块包括：控制单元、选相单元和若干个选线单元；选线单元分别与it系统模块和itn系统模块中的支路连接，获取支路的支路状态信息，并发送至控制单元；选线单元分别与变压器的四相输出线路连接，获取变压器输出端每相的相状态信息，并发送至控制单元；控制单元依据支路状态信息和相状态信息判断双电制岸电供电系统的故障信息，得到故障判断结果。
42.双电制岸电供电系统的绝缘监测模块采用分布式结构，包括一个控制单元、一个选相单元以及根据系统规模选配的若干个选线单元，各单元之间通过can总线进行通信。
43.进一步地，绝缘监测模块还包括：人机交互单元；人机交互单元与控制单元电连接，获取显示控制单元的故障判断结果。
44.请参照图2，控制单元是双电制岸电供电系统绝缘监测模块的核心部分，能够控制信号发生器工作，完成选相单元和选线单元的综合数据分析和计算，并通过人机交互单元实时显示；选相单元负责在发生故障时收集故障相相关特征信息，上传到控制单元；选线单元负责在发生故障时收集故障支路的特征信息，上传到控制单元，一个选线单元最多可监控多条支路。
45.进一步地，选线单元通过注入电压法对支路进行绝缘电阻检测；支路中的绝缘电阻的检测电压小于或等于预设电压值。
46.进一步地，预设电压值为50v。
47.具体的，绝缘监测模块采用注入电压法进行绝缘电阻检测，双电制岸电供电系统中用于故障定位的信号电压有效值不允许超过50v，注入信号幅值应该控制在50v以内，注入电压法避免了当绝缘电阻较大时漏电流较小互感器感应电流微弱测量精度不高的问题，
提高了绝缘电阻的测量准确性。
48.进一步地，支路中设置有零序电流互感器；选线单元与零序电流互感器的二次侧连接，获取支路的电流信号，并发送至控制单元。
49.相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种双电制岸电供电系统故障检测方法，用于检测上述任一的双电制岸电供电系统，包括如下步骤：
50.步骤s110，获取当前检测周期内的变压器输出端每相线路的相电压数值。
51.步骤s120，将相电压数值与前一检测周期内相线路的相电压数值进行对比。
52.步骤s130，当二者的差值大于或等于预设电压阈值时，判定变压器输出端的相线路的超前相或滞后相处于故障状态。
53.步骤s140，当二者的差值小于预设电压阈值时，判定变压器输出端的相线路的超前相或滞后相处于正常状态。
54.进一步地，步骤s140中，当二者的差值大于或等于预设阈值时判定变压器输出端的相线路的超前相或滞后相处于故障状态，包括：
55.步骤s141，当相线路的滞后相的电压数值减小时，判定相线路的滞后相为故障相。
56.步骤s142，当相线路的滞后相的电压数值未变化，则判定相线路的超前相为故障相。
57.发送单相故障接地时，会引起各相电压及中性点电压发生变化，可以通过分析故障前后的电压变化情况来判别故障相。如果故障发生后检测a/b/c各相对地电压几乎无变化时，则说明为n线故障。
58.由于电压受对地电压影响较大，因而进行故障选相时需要考虑对地电容的影响，itn系统模块单相接地故障时的电路模型如图3所示。
59.发生单相接地故障后中性点对地电压不再为零，并且故障相电压的幅值和相位均存在一定的特点，选相单元对故障前后三相对地电压变化量作为特征量进行判断：a.相线发生接地故障时，对地电压变化量最大的相可以指示故障相，故障相总是超前或滞后对地电压变化量最大相；b.若对地电压变化量最大相的滞后相对地电压下降，则该滞后相为故障相，否则相位超前相为故障相；c.如果故障发生后各相对地电压几乎无变化，则为n线故障。
60.相应地，本发明实施例的第三方面还提供了一种双电制岸电供电系统故障检测方法，用于检测上述任一的双电制岸电供电系统，包括如下步骤：
61.步骤s210，获取绝缘电阻的零序电流检测值。
62.步骤s220，判断绝缘电阻的零序电流检测值是否大于或等于预设电流阈值。
63.步骤s230，如零序电流检测值大于或等于预设电流阈值，则判定与绝缘电阻相对应的支路为故障状态；
64.步骤s240，如零序电流检测值小于预设电流阈值，则判定与绝缘电阻相对应的支路为正常状态。
65.当测得绝缘电阻值低于设定报警值时启动故障选线功能，正常情况下支路零序电流为支路电容电流，值很小，一旦出现绝缘故障，零序电流就会包含了流经接地点的故障电流，该支路零序电流将远远大于其他支路，选线单元把采集的电流信号发送到控制单元，故障判定时确定零序电流幅值最大的支路即为故障支路，由控制单元发出命令切断该回路，
并报警输出，以将发生接地故障的回路从双电制岸电供电系统中脱离出去。
66.本发明实施例旨在保护一种双电制岸电供电系统及其故障检测方法，其中双电制岸电供电系统包括：变压器、it系统模块、itn系统模块和绝缘监测模块；变压器的输出端为星型四相输出，其中性点为悬空状态；it系统模块输入端和itn系统模块输入端分别与变压器的输出端线路连接，it系统模块输出端分别与若干个船侧用电负载连接，itn系统模块输出端分别与若干个岸侧用电负载连接；绝缘监测模块分别与变压器的输出端每相线路和it系统模块、itn系统模块的每个支路连接，获取每相线路的相状态信息和支路的支路状态信息，判断双电制岸电供电系统的故障信息。上述技术方案具备如下效果：
67.通过可以同时向船侧用电负载供电的it系统模块和岸侧用电负载供电的itn系统模块，实现了岸侧与船侧负载兼容供电，满足了港口停靠船舶岸电供电的需求，提高了港口供电系统的可靠性。
68.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。