用于监测高压断路器系统的监测单元,监测系统和方法 |
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| 申请号 | CN201510827687.0 | 申请日 | 2015-08-21 | 公开(公告)号 | CN105513908A | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | ABB技术有限公司; | 发明人 | M·兹拉坦斯基; M·霍奇勒内特; S·马林科维; Y·马雷特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 题为“用于监测高压 断路器 系统的监测单元，监测系统和方法”。本发明涉及一种用于监测高压断路器系统(1)的 开关 状态和/或电气状况的监测单元(20)，包括：-注入单元(28)，用于向该断路器系统(1)注入测试 信号 ；-接收单元(29)，用于从该断路器系统(1)接收注入测试信号；以及-耦合开关(27)，用于将该注入单元(28)或该接收单元(29)耦合至该断路器系统(1)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监测高压电路断路器系统(1)的开关状态和/或电气状况的监测系统(2)，包括至少两个监测单元(20；20’，20”，20”’)，每一个监测单元(20)包括： |
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| 说明书全文 | 用于监测高压断路器系统的监测单元，监测系统和方法技术领域[0001] 本发明涉及监测断路器系统的领域，尤其是高压电应用中的断路器系统。特别地，本发明涉及用于连续监测断路器系统的开关状态和/或电气状况的监测系统。进一步，本发明涉及断路器系统中的附加组件状况的监测的领域。 背景技术[0002] 在高压断路器系统，例如发电机电路断路器系统(GCB系统)中，系统中主断路器的开关状态传统地由驱动该断路器的相应操作机制的运动所激发的附加开关的开关状态确定。该附加开关组件机械地耦合到断路器的操作机制，并且配置为产生指示操作机制的位置的电信号，由此来指示断路器的开关状态。 [0003] 虽然用于监测电路断路器的开关状态的该方法很简单而且容易实现，这种测量的非直接属性会导致当驱动、操作机制和相应电路断路器之间的机械连接出现故障的情况下，断路器系统中开关状态的错误监测。尤其是，在系统中使用一个操作机制来驱动电路断路器的所有相时，当断路器的所有相未处于同一状态时会出现状况，这将带来严重的不对称故障。 [0005] 此外，断路器系统可能包括接地开关，其用于维护期间的安全目的。当断路器或者隔离器中任一个关闭时，接地开关不应当闭合。相反，如果任何一个接地开关闭合，则断路器或者隔离器都不应当闭合。接地开关的开关状态是相对安全的并且非常感兴趣去确定其开关状态。 [0006] 除了开关状态外，需要进一步监测电气状况以获得它们在断路器系统中的剩余寿命，该电气状况指示断路器系统的组件的电气状况。这使得能够在故障发生前检测、保留或者替换关键组件。 [0007] 本发明的目的是提供一种改进的系统，该系统具有简单的设置和较少数量的监测单元以监测高压断路器系统中的开关，如主断路器，隔离器，接地开关或类似组件，的开关状态和/或电气状况。 发明内容[0009] 根据第一方面，提供一种用于监测高压电路断路器系统中的开关状态和/或电气状况的监测系统，包括至少两个监测单元，每个监测单元(20)包括： [0010] -注入单元，配置成向断路器系统注入测试信号； [0011] -接收单元，用于从断路器系统接收注入测试信号；以及 [0012] -耦合开关，配置成可选择地将该注入单元或该接收单元耦合至该断路器系统，其中该至少两个监测单元中的每一个正好耦合至高压电路断路器系统(1)中的至少两个节点(N1，N2，N3)中的一个。 [0013] 上述监测单元配置为在断路器系统中操作，其中例如为瞬态信号或周期测试信号的测试信号被注入到该断路器系统的一个监测节点，并且至少在该断路器系统的其它监测节点中的一个接收对应的测试信号。特别地，在串联耦合有多个电路断路器和/或隔离器的系统中，当其中一个电路断路器和/或隔离器处于断开状态时，通常不可能仅仅使用两个监测单元去分析电路断路器和/或隔离器的所有相对状态和状况。实际上，为了监测断路器系统中的电路断路器或隔离器的开关状态和/或电气状况，需要将注入单元和接收单元对应连接到电路断路器或者隔离器的每一个终端节点。 [0014] 由于注入单元和接收单元中的每一个需要通过耦合单元耦合到主线路，随着每一个附加的监测单元，主线路的整体电容值可能增加。因此上述监测单元包括耦合装置以及耦合开关，该耦合开关配置成切换注入单元或者接收单元至该耦合装置，这样该监测单元可以用作注入部件或者接收部件。这允许通过单独耦合装置将电路断路器和隔离器之间的节点耦合至监测单元，这样不会施加额外的电容值。因此，多个监测单元可耦合到不同的节点或者高压系统，在该高压系统中每一个监测单元能够作为注入部件和接收部件运行，以分析和监测在两个对应节点之间耦合的组件。 [0015] 根据本发明，可提供耦合装置以用于耦合至断路器系统的节点，其中特别地耦合装置提供对被耦合断路器系统的电绝缘。 [0016] 进一步，在耦合开关将接收单元耦合至断路器系统的情况下，监测单元控制器配置为： [0017] -从接收到的测试信号中产生印迹(footprint)数据；以及 [0018] -比较该印迹数据和提供的参考印迹数据以得到该断路器系统的电气状况是否属于全操作断路器系统的指示。 [0019] 根据实施例，监测单元控制器可配置为： [0020] -检测由接收单元接收的测试信号是否存在和/或其特性；以及 [0021] -根据接收的测试信号的存在性和/或其特性来确定该断路器系统的开关状态的指示。 [0022] 监测可通过比较产生的印迹数据和预先存储的参考印迹数据来执行。该印迹数据从该接收的测试信号中提取并且代表了断路器系统的一部分的行为，断路器系统的该部分位于耦合至具有已激活的注入器的监测单元的对应监测节点和耦合至具有已激活的接收单元的监测单元的对应监测节点之间。 [0023] 根据进一步的实施例，在耦合开关将接收单元耦合至断路器系统的情况下，(该)监测单元控制器可配置为： [0024] -接收有关该断路器系统的开关状态配置的指示；以及 [0025] -核对该接收到的开关状态配置是否对应于通过该接收到的测试信号的存在性和/或特性而确定的配置。 [0026] 可以这样提供，监测控制单元耦合至每一个监测单元来控制监测单元，以使得监测单元中的一个行动以注入该测试信号而使其它监测单元行动以接收注入测试信号。 [0027] 进一步，可配置该监测控制单元连续地控制监测单元，这样两个或者更多个监测单元可连续行动以注入该测试信号。 [0028] 此外，可通过监测控制单元控制监测单元以连续地使监测单元中的一个注入该测试信号而其它监测单元接收该注入的测试信号。 [0029] 根据另一方面，提供断路器系统和监测系统的组合，其中该断路器系统具有定义至少两个监测节点的至少一个断路器，其中该监测单元耦合至监测节点的每一个。 [0030] 根据另一方面，提供一种操作上述监测单元的方法，其包括如下步骤： [0031] -控制监测单元，使得监测单元中的一个行动以注入该测试信号而使其它监测单元行动以接收注入测试信号；以及 [0033] 将结合附图详细描述本发明，其中： [0034] 图1示出了包括三个监测单元的发电机电路断路器系统的单相示意图； [0035] 图2示出了应用在图1所示的发电机电路断路器系统中的监测单元的示意图。 具体实施方式[0036] 图1示例性地示出了发电机电路电路断路器系统1，其具有电源输入端11(例如，可连接电力发电机至该端)和电源输出端12(例如，可连接接至电网的步进变压器至该端)。该发电机电路电路断路器系统1是包括在高压电路应用中的每一相需要的电路断路器，隔离器和其它组件的高压系统的示例。为了简单起见，该示出的发电机电路断路器系统1描述为单相系统，而对于多相系统而言，该示出的系统在相应的数量的时间内存在。 [0037] 为监测电气状况，尤其是断路器，隔离器，以及接地开关的开关状态，还有其它电气组件的状况，提供监测系统2。 [0038] 该电路断路器系统1包括输送电力的主线路3。该主线路3包括串联连接的组件，例如电路断路器15，和诸如隔离器16和电流互感器13的其它电力组件，由此形成节点。这些节点可耦合至其它电力组件。这些节点可用于监测该电路断路器系统1的电气状况。 [0039] 具体地，输入端11经由电流互感器13连接至第一监测节点N1。该第一监测节点N1耦合至具有接地电位GND的电涌电容器14。进一步，该第一节点N1经由互感器10耦合至测量系统(未示出)，其例如配置成用于控制主线路3上的电压。 [0040] 该第一节点N1经由电路断路器15耦合至第二监测节点N2。 [0041] 进一步，该第二监测节点N2经由隔离器16耦合至第三节点N3。电路断路器15能够承载并切换高电压和高电流，而当电路断路器15打开时，隔离器16主要用作将节点N1和N2从输出端12解耦。隔离器16通常不具备切换高电流的能力。 [0042] 监测节点N1，N2，N3中的每一个都经由接地开关19耦合至预定电位，优选为接地电位(GND)。接地开关19用于在电路断路器系统1的维修情况下将每个节点N1，N2，N3耦合至接地电位GND。 [0044] 为了监测电路断路器系统1的状态，该第一、第二和第三监测节点N1、N2、N3中的每一个可耦合至对应的监测单元20。这些监测单元20耦合至监测控制单元21，并且一起形成监测系统2。也就是说，该第一、第二和第三监测节点N1、N2、N3中的每一个恰好耦合到一个监测单元20。 [0045] 图2示例性地示出了在图1中的监测系统2中使用的监测单元20。每一个监测单元20包括耦合装置22，该耦合装置22耦合监测电路23到主线路3。该耦合作为主线路3的高压状态与监测单元20的监测部分的低压状态的绝缘隔离，例如通过电容性耦合器24实现。 [0046] 电容性耦合器24可包括所谓的电容电压分压器，所述顶部电容(连接到主线路)允许保持主线路3的电气绝缘而所述底电容器连接到地。所述底电容器可以省略并依据电容电压分压器的结构而由寄生电容代替。电容电压分压器24的中间节点NM连接到峰值电感25，以获得串联谐振电路，并且可为注入到主线路3中的测试信号提供低阻抗路径。在中间节点NM和接地电位GND之间可连接变阻器26，以防止该监测电路23过电压。 [0047] 耦合装置22经由耦合开关27连接到监测电路23。监测电路23包括用于提供测试信号的注入单元28和用于接收注入测试信号的接收单元29。根据耦合开关27的开关状态，注入单元28或者接收单元29被激活，即，通过耦合装置22耦合至主线路3。 [0049] 接收单元29能够接收注入测试信号，使用模拟-数字转换器31将其数字化并且提供该数字化的测试信号至监测单元控制器32。该监测单元控制器32分析该数字化的接收的测试信号并提取印迹数据。该印迹数据可以是描述该接收的测试信号的特性的数据，该特性反应了该电路断路器系统1的一部分的行为。例如，该印迹数据描述了在已注入的测试信号中所包括的不同频率分量的信号强度。 [0050] 监测节点N1，N2，N3中的至少两个耦合到对应的监测单元20(MU1，MU2，MU3)。监测单元20连接到监测控制单元21。监测控制单元21配置成可用于接收印迹数据并为监测单元20的每一个耦合开关27提供开关控制信号。 [0051] 监测控制单元21可受到监测流程的控制。断路器系统1的开关状态和电气状况以断路器系统1的行为为特点，断路器系统1的行为与在监测节点N1，N2，N3处的接收到的测试信号有关，该接收的测试信号取决于该已注入的测试信号和测试信号所注入的对应的监测节点N1，N2，N3。 [0052] 在监测节点N1，N2，N3中的至少一个处接收该测试信号的特性并且在其他监测节点N1，N2，N3中的其中一个被至少一个监测单元20注入，这提供了关于断路器系统1的开关状态和/或电气状况的指示。 [0053] 任何监测单元20的监测单元控制器32可包括存储器33，其包括为每一个监测节点N1，N2，N3存储的参考印迹数据，监测节点N1，N2，N3连接至监测单元20(其中它们的注入单元28被激活)，相应地，其中该参考印迹数据指示了断路器系统1处于全工作情况下的特性行为。进一步，该参考印迹数据可取决于断路器开关的状态而存储。印迹数据可以在接收单元29被激活的每一个监测单元20内所运行的校准中被连续获得，而在其它监控单元20内注入单元28被激活。 [0054] 为了监测该高压系统的状态，需要为断路器系统1的每个开关状态或者至少为当前的开关状态获取参考印迹。参考印迹包括耦合开关27所有(其子集)可能配置的初始记录数据。印迹保存到存储器33中。该参考印迹数据包括数据集，该数据集通过顺序设置每个监测单元20中的注入单元28被激活而切换其余监测单元20使其接收单元29被激活来获得。该参考印迹可包括有关断路器系统1的开关状态的信息，并且其数据可包括有关对应测试信号的在一个或多个不同频率处的接收的测试信号(例如幅值、相位、时序代表)的参数(或者有关特性的指示)，该测试信号处于特定耦合开关配置和/或断路器系统的配置下。如果耦合到对应的监测节点N1，N2，N3，每一个注入单元28提供处于一个或者多个不同频率的测试信号或一系列测试信号，而耦合至监测节点N1，N2，N3中的另一个的监测单元20的接收单元29提供测量、并提取该印迹数据。 [0055] 该监测在监测流程步骤中执行，其中每一个流程步骤包括选择具有已激活的对应注入单元28的监测单元20中的一个，而其它监测单元20中的至少一个具有已激活的接收单元29，分析该接收的测试数据并由此产生其印迹数据。该监测流程步骤可周期性执行，优选地在执行时变换其注入单元28已被激活的监测单元20。 [0056] 在每一个监测流程步骤之后，具有激活的接收单元29的监测单元20的监测单元控制器32中的每一个可比较从接收的测试信号中产生的印迹数据和在它们对应的存储器33中存储的、与对应注入节点关联的参考印迹数据。当差值超过临界阈值结果时会触发适当的保护流程，例如紧急拉闸。 [0057] 在估计断路器系统的开关状态时，将测得的印迹与所有参考印迹比较。其数据最接近测得的印迹的参考印迹决定了断路器系统1的估计开关状态。断路器系统的该估计开关状态可用于允许或阻止特定断路器操作。例如，如果任何接地开关19闭合，电路断路器15和隔离器16均不能打开；相反，如果断路器15或者隔离器16闭合，则接地开关19不能闭合。断路器系统1的估计开关状态配置可进一步和通过其它手段(例如机械的或视觉的)提供的开关状态配置比较，并且如果配置不同可发出警告。 [0058] 另一种估计断路器系统1的开关状态的可能方法是检查已注入的测试信号是否在节点(N1，N2，N3)之间传输。例如，如果连接到N2的监测单元20注入测试信号、并且该注入测试信号由连接到N1(N3)的监测单元20接收，这意味着电路断路器15(隔离器16)闭合。另一方面，如果连接到N1(N3)的监测单元20未接收到该测试信号，意味着或者断路器15(隔离器16)断开或者至少一个接地开关19闭合。可通过分析接收的测试信号在不同频率处的参数/特性(例如，对所有频率分量，接地开关19呈现低阻抗特性，而断路器15和隔离器16特性类似电容——传送强度随着频率增加而增加)和/或通过比较测得的印迹和参考印迹来区分这些开关状态。 [0059] 控制单元21通过控制每一个监测单元20的耦合开关27来操控监测系统2，这样在随后的监测流程步骤中，只有其中一个监测单元20的耦合开关27被切换，以使得相应监测单元20充当注入单元28，而切换其余监测单元20的耦合开关27使得相应监测单元20充当接收单元29。保持这些开关状态直到由所有切换的监测单元20分析好该注入测试信号使得监测单元20充当接收单元29以获得相应的印迹数据，，并且在印迹数据和参考印迹数据之间的比较已经执行为止。 [0060] 随后，切换下一个监测单元20的下一个耦合开关27以使得相应监测单元20充当注入单元28，而切换其余监测单元20充当接收单元29。执行该流程直到每一个监测单元20都充当注入单元28操作。 [0061] 为控制这个操作，控制单元21可向对应监测单元20发出注入命令，以使其充当注入单元28，并向其它监测单元(们)20提供包括标识数据的接收命令。该标识数据用于识别作为注入单元28将提供测试信号至其它监测单元(们)20的相应监测单元20。这允许其它监测单元20能够参考在它们对应存储器33中存储的对应参考印迹数据，以进行比较。 [0062] 与上述包括控制单元21的配置不同，还可提供不具备任何控制单元21的配置。在这种配置下，监测单元20之间相互连接以提供彼此之间的信号传输。这可以通过提供通信方案来执行，根据该通信方案监测单元20被顺序切换以使得相应监测单元20充当注入单元28而其它监测单元20切换为充当接收单元29。 [0063] 附图标记清单： [0064] 1 断路器系统 [0065] 10 电压互感器 [0066] 11 电力输入端 [0067] 12 电力输出端 [0068] 13 电流互感器 [0069] 14 第一电涌 [0070] 15 电路断路器 [0071] 16 隔离器 [0072] 17 第二电涌电容 [0073] 18 避雷器 [0074] 19 接地开关 [0075] 2 监测系统 [0076] 20 监测单元 [0077] 21 监测控制单元 [0078] 22 耦合装置 [0079] 23 监测电路 [0080] 24 电容电压分压器 [0081] 25 峰值电感 [0082] 26 变阻器 [0083] 27 耦合开关 [0084] 28 注入单元 [0085] 29 接收单元 [0086] 30 测试信号产生器 [0087] 3 主线路 [0088] 31 模拟-数字转换器 [0089] 32 监测电路控制器 [0090] 33 存储器 [0091] C 电容器 [0092] N1，N2，N3 监测节点 [0093] NM 中间节点 |
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