CN101336463B - 开关的状态监视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供监视开关的状态的、同时避免电动机烧毁的开关的状态监视装置。是使用电动机(10)进行主电路的开关操作的开关(1)，具备：检测出将开关(1)进行开关时对电动机(10)的通电时间的通电时间检测单元；将所述通电时间检测单元检测出的电动机(10)的通电时间和对电动机(10)的可持续通电整定时间比较、判定电动机(10)的通电时间是否超过所述可持续通电整定时间的第1判定单元；根据第1判定单元的输出、当电动机(10)的通电时间超过所述可持续通电整定时间时停止对电动机(10)通电的保护单元；判断所述通电时间检测单元检测出的电动机(10)的通电时间是否脱离了判定开关异常的整定范围的第2判定单元；以及根据所述第2判定单元的输出、当电动机(10)的通电时间脱离所述整定范围时输出所述开关(1)异常的输出单元。

Description

开关的状态监视装置

技术领域

本发明涉及用于电力的输配电以及受电设备的开关的状态监视装置，特别涉及适合于对使用断路器、接地开关等的电动机进行主电路的开关操作的开关的动作特性进行状态监视的开关的状态监视装置。

背景技术

在专利文献1揭示的以往的开关的动作特性监视装置中，具备：检测出开关的动作时间的检测单元；检测出影响所述开关动作时间的参数值的参数检测单元；根据所述参数检测单元的检测值和所述参数基准值之差来校正所述动作时间检测单元的检测时间的动作时间校正单元；以及将成为所述开关动作时间基准值的整定值与被所述动作时间校正单元校正的动作时间进行比较、来判断所述开关的动作时间有无异常的判定单元。

专利文献1：日本专利特开2003-308751号公报

发明内容

另一方面，在使用电动机驱动主电路可动元件的开关的动作特性的状态监视装置中，使用以往的这种所述监视装置的时候，监视开关的动作时间，虽可以检测出开关的异常，但是由于开关的可动部的卡住以及润滑油的干枯等原因，电动机在受到限制的时候，会继续向电动机通电，存在随着连续向电动机通电而烧毁电动机的问题。

本发明鉴于上述问题，提供在监视开关状态的同时、避免电动机烧毁的开关的状态监视装置。

本发明的开关的状态监视装置，用于使用电动机对主电路进行开关操作的开关，具备：检测出将所述开关进行开关时对所述电动机的通电时间的通电时间检测单元；将所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间和对所述电动机的可持续通电整定时间比较、判定所述电动机的通电时间是否超过所述可持续通电整定时间的第1判定单元；根据所述第1判定单元的输出、当所述电动机的通电时间超过所述可持续通电整定时间时停止对所述电动机通电的保护单元；判断所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间是否脱离了判定所述开关异常的整定范围的第2判定单元；以及根据所述第2判定单元的输出、当所述电动机的通电时间脱离所述整定范围时输出所述开关异常的输出单元。

另外，本发明的开关的状态监视装置的所述第2判定单元在所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间脱离了判定所述开关异常的所述整定范围时，判定是脱离了所述整定范围的上端值还是下端值；异常部识别单元根据所述第2判定单元的输出来识别所述开关的异常部位。

另外，本发明的开关的状态监视装置，用于对于使用电动机对主电路进行开关操作的开关，具备：检测出将所述开关进行开关时对所述电动机的通电电流的通电电流检测单元；将所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流和对所述电动机的可通电整定电流值比较、判定所述电动机的通电电流是否超过所述可通电整定电流值的第1判定单元；根据所述第1判定单元的输出、当所述电动机的通电电流超过所述可通电整定电流值时停止对所述电动机通电的保护单元；判断所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流是否脱离了判定所述开关异常的整定范围的第2判定单元；以及根据所述第2判定单元的输出、当所述电动机的通电电流值脱离所述整定范围时输出所述开关异常的输出单元。

并且，本发明的开关的状态监视装置的所述第2判定单元在所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流脱离了判定所述开关异常的所述整定范围时，判定是脱离了所述整定范围的上端值还是下端值；异常部识别单元根据所述第2判定单元的输出来识别所述开关的异常部位。

通过本发明的开关的状态监视装置，由于当对电动机的通电时间超过电动机的可持续通电整定时间时，停止对电动机的通电，所以可以防止电动机的烧毁。同时，由于当对电动机的通电时间脱离判断开关异常的整定范围时，输出开关的异常，所以可以检测出开关不同部位的异常。

并且，通过本发明的开关的状态监视装置，由于当对电动机的通电电流超过电动机的可通电整定电流值时，停止对电动机的通电，所以可以防止电动机的烧毁。同时，由于当对电动机的通电电流脱离判断开关异常的整定范围时，输出开关的异常，所以可以检测出开关不同部位的异常。

附图说明

图1是表示本发明的开关的状态监视装置的方框构成图。

图2是表示断路器的正常状态的动作特性的特性图。

图3是表示断路器的可动部异常状态的动作特性的特性图。

图4是表示断路器的主电路触点部的异常状态的动作特性的特性图。

图5是表示操作电源电压和电动机起动时的上升电流峰值的关系的特性图。

图6是表示电动机的周围温度和通电电流以及通电时间的关系的特性图。

图7是表示电动机的动作间隔和通电电流以及通电时间的关系的特性图。

图8是表示实施形态1的开关的状态监视装置的动作的流程图。

标号说明

1断路器          2操作电源

3测定部          4校正部

5判定部          6控制电源

10电动机

11a电动机操作电路用开关

11b电动机操作电路用开关

12a辅助a触点     12b辅助b触点

13a合闸按钮      13b断开按钮

13c自锁触点      13d自锁触点

14电流互感器     15温度传感器

16异常停止触点   17异常停止用线圈

17b异常停止开关

110a合闸用线圈   110b断开用线圈

具体实施方式

实施形态1.

根据附图说明本发明的开关的状态监视装置。图1是表示本发明实施形态1的开关的状态监视装置的方框构成图。图中，开关的状态监视装置是这样构成，作为开关，例如以将三相的主电路通过电动机进行开关的断路器1为对象，在该断路器1开关时来确定有无异常或者异常部位。断路器1具备电动机10、电动机操作电路用开关11a和11b、辅助a触点12a、辅助b触点12b、温度传感器15等。

电动机10与电动机操作电路用开关11a或者11b串联连接后，连接在操作电源2的电源端子间，若合闸按钮13a闭合，则将电动机操作电路用开关11a的合闸用线圈110a励磁，电动机操作电路用开关11a将闭合，电动机10起动。另外，13c是与合闸按钮13a联动的自锁触点。6是控制电源。它是这样构成，即电动机10一起动，就将与电动机10机械连接的断路器1的主电路的可动元件(图中省略)驱动，断路器1向合闸方向驱动，断路器1的主触点闭合。

在断路器1的主触点闭合时，辅助b触点12b打开，电动机操作电路用开关11a的合闸用线圈110a处于非励磁状态，自锁触点13c与电动机操作电路用开关11a打开，电动机10停止。此时，与电动机操作电路用开关11b的断开用线圈110b串联连接的辅助a触点12a闭合。然后，流过电动机10的电流被插入电动机10的电路的电流互感器14检测出，将该检测电流提供给测定部3。

另一方面，断开按钮13b一闭合，将电动机操作电路用开关11b的断开用线圈110b励磁，电动机操作电路用开关11b闭合，电动机10向着与合闸时相反的方向起动。另外，13d是与断开按钮13b联动的自锁触点。它是这样构成，即电动机10一起动，就将与电动机10机械连接的断路器1的主电路的可动元件(图中省略)驱动，断路器1向断开方向驱动，断路器1的主触点打开。断路器1的主触点打开的时候，辅助a触点12a打开，电动机操作电路用开关11b的断开用线圈110b处于非励磁状态，自锁触点13d与电动机操作电路用开关11b打开，电动机10停止。此时，与电动机操作电路用开关11a的合闸用线圈110a串联连接的辅助b触点12b闭合。

然后，流过电动机10的电流被插入电动机10的电路的电流互感器14检测出，将该检测电流提供给测定部3。另外，将检测出电动机10的起动以及停止的电动机操作电路用开关11a以及11b的开关状态提供给测定部3。另外，状态监视装置具有测定部3、校正部4以及判定部5。在判定部5判断电动机10必须停止的时候，打开在断路器1内设置的异常停止触点16，使与异常停止触点16连接的异常停止用线圈17处于非励磁状态。这样，打开与电动机操作电路用开关11a、11b的合闸用线圈110a、110b连接的异常停止开关17b，使电动机操作电路用开关11a、11b的合闸用线圈110a、110b处于非励磁状态，从而打开与电动机10连接的电动机操作电路用开关11a、11b，使电动机10从电源2断开，停止向电动机10的电源供给。

这里，在断路器1正常接通时，如图2所示，若对接通指令进行响应，触点11a闭合，则电动机10起动，流过起动时的上升电流10a。若电动机10起动，将断路器1的可动元件向合闸方向驱动，则流向电动机10的通电电流减少为能驱动断路器1的可动元件的因摩擦等而产生的负载力的通电电流10b，断路器1的主电路的触点被驱动至接触位置10p。断路器1的主电路的触点接触后，除了断路器1的可动部的因摩擦等而产生的负载力，还由于加上断路器1的主电路触点部分的摩擦力，因此对电动机10的负载增大，所以电动机10的通电电流10c也增大。

实施形态1中，由于该上升电流10a的峰值I₁大致由电动机10的直流电阻和电源电压来决定，所以由上升电流10a的峰值I₁算出电源电压的值。另外，对电动机10的通电时间通过测定电动机操作电路用开关11a或者11b闭合的时间(T₁+T₂)来检测出，再有作为检测出对电动机10施加的负载力变化的单元，是使用插入电动机10的电路的电流互感器14检测出对电动机10的通电电流，检测出施加给电动机10的断路器1的可动部以及主电路触点部分的驱动力以及摩擦力等构成的负载力的变化。

通过检测出对驱动中的电动机10的通电电流的变化，可以将对电动机10的通电时间分为电动机10从起动到主电路触点接触为止的通电时间T₁、以及从主电路触点接触到电动机10停止为止的通电时间T₂来进行检测。在电动机10从起动到主电路触点接触为止的通电时间T₁中，从通电时间T₁的变化以及此时的通电电流I₂的变化，可以检测出断路器1的可动部的摩擦力的变化。

即，如图3所示，在通电时间T₁中，若通电时间T₁或者通电电流I₂大于初始值，则表示断路器1的可动部的摩擦力大于初始，若通电时间T₁或者通电电流I₂超过第1整定范围而变大，则必须对断路器1的可动部摩擦力增大的部分进行保养。另外，反过来，若通电时间T₁或者通电电流I₂离开第1整定范围而变小，则表示断路器1的可动部摩擦力异常变小，表示连接从电动机10到主电路的可动部的连接销等脱落，没有正常连接，必须确认从电动机10到主电路可动部的连接状态，进行保养。

另外，如图4所示，在从断路器1的主电路触点接触到电动机10停止为止的通电时间T₂中，从通电时间T₂的变化或者通电电流I₃的变化，可以检测出断路器1的主电路触点部分的摩擦力的变化。即，若通电时间T₂或者通电电流I₃大于初始值，则表示断路器1的主电路触点部分的摩擦力大于初始，若通电时间T₂或者通电电流I₃超过第2整定范围而变大，则必须对断路器1的主电路触点部分的摩擦力增大的部分进行保养。反过来，若通电时间T₂或者通电电流I₃离开第2整定范围而变小，则表示断路器1的主电路触点部分的摩擦力异常变小，主电路没有正常接触，必须确认断路器1的主电路触点部分，进行保养。

另外，在对电动机10的通电时间T₁+T₂超过作为通电时间异常值的第1整定值(可持续通电整定时间)、或者在通电时间T₁+T₂中的通电电流超过作为通电电流异常值的第2整定值(可通电整定电流值)时，判定部5进行有异常的判定，将断路器1中的异常停止用线圈17处于非励磁状态，打开电动机操作电路用开关11a、11b的合闸用线圈110a以及断开用线圈110b的电路，将合闸用线圈110a以及断开用线圈110b处于非励磁状态，打开与电动机10连接的电动机操作电路用开关11a、11b，将电动机10与操作电源2断开，停止对电动机10的电源供给，防止电动机10的发热、烧毁。

另外，在上述说明中详细叙述了开关的合闸动作时的电动机的通电时间T₁、T₂和通电电流I₂、I₃，但开关的断开动作时的电动机的通电时间以及通电电流也可以同样考虑。可以同样将从断开动作开始到主电路的可动元件与固定元件离开的时间、即从断开动作开始到随着主电路的可动元件和固定元件离开而负载减少并减少对电动机的通电电流的通电时间T₃(与通电时间T₂对应)或者通电电流I₄(与通电电流I₃对应)和第2整定范围进行比较判定。在脱离整定范围的时候，输出开关异常。

可以同样将从主电路的可动元件和固定元件离开到电动机完成动作的时间、即从随着主电路的可动元件和固定元件离开而负载减少并减少对电动机的通电电流到电动机完成动作的通电时间T₄(与通电时间T₁对应)或者通电电流I₅(与通电电流I₂对应)和第1整定范围进行比较判定。在脱离整定范围的时候，输出开关异常。并且，也可以同样判定对电动机的通电时间T₃+T₄是否超过第1整定值(可持续通电整定时间)，或者通电时间T₃+T₄中的通电电流是否超过作为通电电流异常值的第2整定值(可通电整定电流值)。在超过的时候，通过将电动机10和操作电源2断开，停止对电动机10的电源供给。

通电时间T₁、T₂以及通电电流I₁、I₂、I₃随着周围温度、提供给电动机10的电源电压以及动作间隔、例如将断路器1从合闸到开始断开的时间而变化。图5是表示电源电压(操作电压)V和电动机1起动时的上升电流10a的峰值I₁(p.u.)(p.u.：percentage unit，百分比单元)的关系的特性图。图中，可以确认操作电压V和通电电流I₁大致成比例关系，表示可以从通电电流I₁算出电源电压。

另外，图6是表示周围温度(℃)和从电动机10起动到断路器1的主电路触点接触为止的通电时间T₁(p.u.)以及其间的通电电流I₂(p.u.)的关系的特性图。图中，由于随着周围温度的降低而电动机10的电阻值减少，因此通电电流I₂增加，通电时间T₁与通电电流相反，随着周围温度的降低而通电时间T₁缩短。

另一方面，图7是表示动作间隔(Hr)和从电动机10起动到断路器1的主电路触点接触为止的通电时间T₁(p.u.)以及其间的通电电流I₂(p.u.)的关系的特性图。图中，相对于动作间隔从1Hr到10Hr的范围的通电电流I₂以及通电时间T₁，若动作间隔比1Hr要短，则由于因上次动作时的对电动机10的通电而产生的温度上升的影响，因此通电电流I₂减小，通电时间T₁增加。另外，若动作间隔超过10Hr，则可知断路器1的可动部的摩擦力略有增大，通电电流I₂以及通电时间T₁增加。

按照图5到图7的特性，根据检测出的电源电压、温度传感器15的检测温度以及相距上次动作的动作间隔(影响电动机的通电时间或者通电电流的参数)与它们的基准值(参数的基准值)之差，决定关于电源电压、周围温度以及动作间隔的校正系数，按照关于电源电压、周围温度以及动作间隔的校正系数，校正通电时间T₁、T₂以及通电电流I₂、I₃，求出被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁。例如，按照作为周围温度基准值的常温20℃和温度传感器15的检测温度之差进行校正，以使通电电流以及通电时间换算为基准值的值。另外，按照电源电压的基准值、例如100V和检测电源电压之差进行校正，以使通电电流以及通电时间换算为基准值的值。并且，按照动作间隔的基准值、例如1Hr和检测动作间隔之差进行校正，以使通电电流以及通电时间换算为基准值的值。

接下来，按照图8所示的流程图，以断路器1的合闸动作的情况为例说明状态监视装置的状态诊断方法。首先，断路器1每进行动作时，将关于电动机操作电路用开关11a的动作的信号、电流互感器14的检测电流、温度传感器15的检测温度依次输入测定部3(步骤1，以下将S1-S13称为步骤1-步骤13)。其后进行是否输入了全部需要检测的数据的判定(步骤2)。例如，缺少电流互感器14的检测电流的数据的时候，由于电流互感器14或者电流互感器14和测定部3之间的连接部发生异常，因此判定为装置异常(步骤3)，终止处理。另外，在检测数据没有异常的时候，进行通电时间T₁+T₂以及通电电流是否分别超过第1整定值以及第2整定值的判定，在通电时间T₁+T₂或者通电电流超过第1整定值或者第2整定值的时候，进行判定为有异常(步骤4、第1判定单元)，停止电动机10，终止处理(步骤5、保护单元)。

另一方面，在上述的处理(步骤4)中没有异常的时候，根据检测出的电源电压(电源2的电压)、温度传感器15的检测温度以及相距上次动作的动作间隔，按照图5到图7的特性，决定关于电源电压、周围温度以及动作间隔的校正系数(步骤6)，按照关于电源电压、周围温度以及动作间隔的校正系数，校正通电时间T₁、T₂以及通电电流I₂、I₃，求出被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁(步骤7)。其后，进行关于被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁的第1整定范围以及第2整定范围的大小比较判定(步骤8，第2判定单元)，在判定为被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁位于第1整定范围以及第2整定范围内时，判断为断路器1正常(步骤9)，同时被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁与动作次数相关进行累积，终止处理。

另一方面，在判定为脱离整定范围时，输出异常(步骤8)，识别出异常(步骤10-步骤13)。即，若被校正的通电时间T₁₁或者通电电流I₂₁离开第1整定范围，则识别为断路器1的可动部异常(步骤10和步骤11)，若通电时间T₂₁或者通电电流I₃₁离开第2整定范围，则识别为断路器1的主电路触点部异常(步骤10和步骤12)，若通电时间T₁₁或者通电电流I₂₁以及通电时间T₂₁或者通电电流I₃₁为2个以上集中离开第1整定范围以及第2整定范围，则识别为断路器1的装置异常(步骤10和步骤13)，被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁与动作次数相关进行累积，终止处理。另外，异常识别单元由步骤10-13构成。

另外，在上述是比较判定被校正的通电时间T₁₁、T₂₁以及通电电流I₂₁、I₃₁是否脱离第1整定范围以及第2整定范围，但即使比较判定校正前的通电时间T₁、T₂以及通电电流I₂、I₃是否脱离第1整定范围以及第2整定范围，虽然精度会有一些下降，但是毫无疑问也可以实用。

这样，在实施形态1中，对电动机10的通电时间T₁+T₂或者通电电流超过第1整定值(可持续通电整定时间)或者第2整定值(可通电整定电流值)的时候，通过将电动机10从电源断开，能够防止电动机10的异常发热以及烧毁。另外，由于比较电动机10的通电时间T₁、T₂或者通电电流I₂、I₃与第1整定范围或者第2整定范围，来判定断路器1的状态有无异常，所以可以诊断断路器1的状态。并且，由于按照对电动机10的通电时间T₁、T₂以及通电电流I₂、I₃带来影响的参数的电源电压、周围温度以及动作间隔对其进行校正，并将被校正的通电时间T₁₁、T₂₁或者通电电流I₂₁、I₃₁与第1整定范围或者第2整定范围比较，来判定断路器1的状态有无异常，所以可以高精度地诊断断路器1的状态。

另外，通过确定发生异常的部分，可以减少保养所花费的时间。并且，由于通过诊断断路器1的状态，可以早期发现断路器1的异常的征兆，所以可以进行定期保养，同时通过确认与动作次数相关进行累积的通电时间以及通电电流的趋势信息，可以确认断路器1的状态是否稳定。

Claims (8)

1.一种开关的状态监视装置，用于使用电动机对主电路进行开关操作的开关，其特征在于，具备：

检测出将所述开关进行开关时所述电动机的通电时间的通电时间检测单元；

将所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间和对所述电动机的可持续通电整定时间比较、判定所述电动机的通电时间是否超过所述可持续通电整定时间的第1判定单元；

根据所述第1判定单元的输出、当所述电动机的通电时间超过所述可持续通电整定时间时停止对所述电动机通电的保护单元；

判断所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间是否脱离了判定所述开关的异常的整定范围的第2判定单元；以及

根据所述第2判定单元的输出、当所述电动机的通电时间脱离所述整定范围时输出所述开关的异常的输出单元。

2.如权利要求1所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

所述第2判定单元在所述通电时间检测单元检测出的所述电动机的通电时间脱离了判定所述开关的异常的所述整定范围时，判定是脱离了所述整定范围的上端值还是下端值；

异常部识别单元根据所述第2判定单元的输出来识别所述开关的异常部位。

3.如权利要求1所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

具备：检测出影响所述电动机的通电时间的参数的值的参数检测单元；以及

按照所述参数检测单元的检测值和所述参数的基准值之差、校正所述通电时间检测单元检测的所述电动机的通电时间的通电时间校正单元，

所述第2判定单元判定是否脱离了所述整定范围的所述电动机的通电时间是使用所述通电时间校正单元校正的通电时间。

4.如权利要求3所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

所述参数检测单元含有：检测出对所述电动机提供电源电压的电源电压检测单元；监测出所述开关的动作间隔的动作间隔检测单元；以及检测出所述电动机的周围温度的温度检测单元之中的任意一个。

5.一种开关的状态监视装置，用于使用电动机对主电路进行开关操作的开关，其特征在于，具备：

检测出将所述开关进行开关时所述电动机的通电电流的通电电流检测单元；

将所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流和对所述电动机的可通电整定电流值比较、判定所述电动机的通电电流是否超过所述可通电整定电流值的第1判定单元；

根据所述第1判定单元的输出、当所述电动机的通电电流超过所述可通电整定电流值时停止对所述电动机通电的保护单元；

判断所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流是否脱离了判定所述开关的异常的整定范围的第2判定单元；以及

根据所述第2判定单元的输出、当所述电动机的通电电流的值脱离所述整定范围时输出所述开关的异常的输出单元。

6.如权利要求5所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

所述第2判定单元在所述通电电流检测单元检测出的所述电动机的通电电流脱离了判定所述开关的异常的所述整定范围时，判定是脱离了所述整定范围的上端值还是下端值；

异常部识别单元根据所述第2判定单元的输出来识别所述开关的异常部位。

7.如权利要求5所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

具备：检测出影响所述电动机的通电电流的参数的值的参数检测单元；以及

按照所述参数检测单元的检测值和所述参数的基准值之差、校正所述通电电流检测单元检测的所述电动机的通电电流的通电电流校正单元，

所述第2判定单元判定是否脱离了所述整定范围的所述电动机的通电电流是使用所述通电电流校正单元校正的通电电流。

8.如权利要求7所述的开关的状态监视装置，其特征在于，

所述参数检测单元含有：检测出对所述电动机提供电源电压的电源电压检测单元；监测出所述开关的动作间隔的动作间隔检测单元；以及检测出所述电动机的周围温度的温度检测单元之中的任意一个。

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