CN101416364A - 用于保护的高速自动断路器 - Google Patents

Abstract

公开了一种高速自动断路器，其中，罗果夫斯基线圈与电压传感器集成，微处理器通过电子互感器处理电压和电流信号以减少尺寸和成本，并且实现了计数、充电和脱扣的算法以便与变电所和线路的重新闭合器相配合。断路器包括：主体，用于当固定接触件和移动接触件相互接触时接收电力，根据脱扣控制信号使用脱扣线圈来操作移动接触件以便脱扣，和根据闭合控制信号来输入电力；以及控制单元，用于监视引入线的电流和电压以产生用于控制主体的控制信号。这样一来，就可以减少成本和安装空间，并且基本上防止耗电器故障传播到线路。

Description

用于保护的高速自动断路器

技术领域

本发明涉及耗电器内部安装的电力接收主断路器，并且更加具体地，涉及高速自动断路器，在所述高速自动断路器中集成断路器、电子电压互感器和电子电流互感器，以防止耗电器中的事故传播到与变电所保护配合良好的电力线和电力线上的重新闭合器(recloser)并保护耗电器中的设备。

背景技术

一般地，为了向耗电器提供电力，需要相当长的电力传输线。在这种情况下，不可避免地产生由电力传输线的电阻造成的电力损失。为了减少电力传输损失，使用粗电线来减少电阻或者增加传输线电压。这样一来，一般发电机的传输线电压就被提供高达大约66,000V、154,000V和345,000V作为传输线电压，并且耗电器附近的变电所的配电线电压主要达到22,900V。

另一方面，在多重中性接地类型22.9kV配电系统中，作为用于保护耗电器的传统主断路器，如图1和2所示，是其中具有电力熔断器(PF)和自动分段开关(ASS)或断路器(CB)的装置。

然而，由于这些装置当在耗电器中发生事故时激活配电线中的重新闭合器或者持久地断开，所以耗电器中发生的故障频繁地被传播到线路，导致故障区扩大或者电力故障时间延长。

图1是用于特高电压电力接收单元的传统标准布线图，而图2则是用于简化的特高电压电力接收单元的传统标准布线图。

根据图1中的传统标准布线图，在断开开关(DS)安装在耗电器的第一进线口末端之后，电力通过电力熔断器(PF)来供应，并且测量装备(MOF)和功率表(D/M和VAR)被依次安装。穿过测量装备(MOF)的电力通过断路器(CB)被提供给各个耗电器，并且为了保护配电系统免于相位故障或接地故障，通过电压互感器(PT)和电流互感器(CT)来检测电压和电流，以用过电流继电器(OCR)、过电流接地继电器(OCGR)、欠电压继电器(UVR)和过电压继电器(OVR)来控制断路器(CB)和脱扣线圈(TC)。

此外，根据图2中的传统标准布线图，在分段隔离开关或自动分段开关(ASS)安装在耗电器的第一进线口末端处安装的断开开关(DS)处之后，电力通过电力熔断器(PF)来供应，并且测量装备(MOF)和功率表(D/M和VAR)被依次安装。

图1和2中描绘的自动分段开关(ASS)是这样的装置，该装置用于迅速而正确地仅仅中断或断开故障区段，并且与变电所的断路器(CB)和配电线中安装的重新闭合器配合来自动隔离故障区段，以便提高电力供应的可靠性并防止许多其它耗电器的短路。

断开开关(DS)是这样的装置，该装置用于开关带电的电力线，并且用于通过断开和闭合来隔离带电的电力线，以检查或维修变电所中的电力设施。断路器(CB)是一种电力断开和闭合装置，并且是这样的装置，该装置用于使异常电力线而不是正常电力线脱扣，更加具体地，用于使相位故障电力线或接地故障电力线脱扣。

断路器(CB)分为油断路器、磁吹弧断路器、空气吹弧断路器、SF6气体吹弧断路器和真空断路器。避雷器(LA)是用于保护主要设施免于由雷击或开关浪涌引起的过电压的装置。

然而，根据电力熔断器(PF)和自动分段开关(ASS)之间的传统布线方法(参见图2)，自动分段开关(ASS)直接清除其中故障电流低(等于或小于900A)的区段中的故障，而备用保护装置则使用充电脱扣功能来清除故障，并且在其中故障电流高的区段重新闭合之前或者当重新闭合器首先清除故障时隔离故障区段。由于自动分段开关(ASS)不能消除短路电流，所以当故障电流高时，它必须等待备用保护装置来消除故障。

此外，在使用断路器(CB)的情况下(参见图1)，相互分开的断路器(CB)、电流互感器(CT)、电力熔断器(PF)和三相互感器(PT)独立地安装，并且诸如过电流继电器、过电流接地继电器、过电压继电器和欠电压继电器之类的各种仪表帮助备用保护装置进行保护。在韩国，为了改善电流互感器(CT)的损耗，用于测量电功率的测量装备(MOF)安装在断路器(CB)的电源中，并且安装电力熔断器(PF)以保护测量装备(MOF)。然而，这些安装使断路器(CB)成为无用之物，并且由于与电力熔断器(PF)和备用保护装置的配合问题而不能防止耗电器处的故障传播到线路。为了改善上述问题，配置成在进线口处使用自动分段开关或分段隔离开关而不是断开开关(DS)。然而，通过充电脱扣功能部分地改善了与备用保护装置的配合，但是却不能防止故障传播到线路，并且断路器(CB)成为无用之物。

为了解决上述问题，有必要的是能够通过以下将测量装备(MOF)安装到断路器(CB)的负荷端：将具有可忽略的损耗的电压传感器和电流传感器集成到断路器(CB)中，并且安装断路器(CB)。由于这个电子互感器具有非常小的负担，所以该电子互感器需要通过具有输入阻抗的匹配电路连接到微处理器。此外，为了与变电所的断路器(CB)和线路的重新闭合器配合，需要使用于消除断路器(CB)主体故障的时间最小化。并且需要使用计数功能和充电功能的新的保护配合算法。

发明内容

技术问题

因此，考虑到上述问题已进行了本发明，并且本发明的一个方面是提供一种高速自动断路器，其中，电流互感器使用罗果夫斯基(Rogowski)线圈，微分电流信号通过数字积分算法与微处理器匹配，电阻性传感器用作电压互感器以改善介电特性和准确性，计数功能和充电功能被添加到过电流继电器、电压继电器和重新闭合继电器。

技术方案

根据本发明的一个方面，上述和其它目的可以通过提供这样的断路器来实现，所述断路器包括：断路器主体，用于当固定接触件和移动接触件相互接触时接收电力，根据脱扣控制信号使用脱扣线圈来操作移动接触件以便脱扣，和根据闭合控制信号来输入电力；以及断路器控制单元，用于监视引入线的电流和电压以产生用于控制断路器主体的控制信号。

这里，断路器主体与用于检测电流的罗果夫斯基线圈和用于检测电压的电阻性电压传感器整体地形成，并且罗果夫斯基线圈包括围绕塑料芯缠绕以通过塑料芯中形成的凹槽返回的线圈末端，并且该线圈具有磁屏蔽的外侧和电屏蔽的内侧。

断路器控制单元包括：模拟滤波器，用于对在断路器主体中检测到的电流进行滤波；模拟数字转换器，用于将检测的模拟信号转换成数字信号；预处理单元，用于对转换成数字检测电流的检测电流进行数字积分、DC偏移调整和感应电流补偿；数字滤波器单元，用于对预处理的电流值进行滤波；模拟滤波器，用于对在断路器主体中检测到的电压进行滤波；模拟数字转换器，用于将模拟检测电压转换成数字检测电压；数字滤波器，用于对转换成数字值的检测电压进行滤波；以及控制器，用于将滤波电流与电流阈值进行比较并将滤波电压与过电压阈值进行比较，以执行快速过电流继电功能、延迟过电流继电功能、充电和计数功能、测量功能、过电压继电功能、欠电压继电功能和重新闭合继电功能，并且将计数功能、充电功能和脱扣功能提供给一般过电流继电功能、一般过电流接地继电功能、一般重新闭合继电功能、一般过电压继电功能和一般欠电压继电功能，以便取代与线路中的重新闭合器配合而不用安装分段隔离开关或自动分段开关。

有益效果

根据本发明，过电流继电单元和过电流接地继电功能单元可以因为既具有快速特性又具有延迟特性而防止冷负载拾取，可以与重新闭合器的快速操作配合，并且操作本发明的断路器以基本上防止耗电器中发生事故时由耗电器中发生的故障引起的由重新闭合器的操作造成的电力中断。

此外，由于本发明的高速自动断路器操作快速，所以断路器在重新闭合器瞬时操作时可以与重新闭合器配合。由于当在一般断路器中使用本发明的控制单元时，通过充电和计数功能在重新闭合器操作一次之后可以消除故障，所以不需要安装分段隔离开关或自动分段开关。

进而，由于本发明的断路器既具有过电流继电功能又具有欠电压继电功能，并且当备用保护单元清除故障而且耗电器中没有发生事故时没有执行非电压断开，所以这样一来在再压时就不需要不希望有的时间和努力。

断路器可以用在耗电器中或线路中，并且起到这样的断路器的作用，所述断路器在最终计数之前按顺序使用计数功能，以与负荷开关相比较减少从前的广域线路中断。

罗果夫斯基线圈的电阻性传感器特征在于低损耗和高准确性，并且安装在断路器的主体中而没有另外的保护器，使得测量装备可以安装到断路器的负荷端，并且这样一来更好的保护配合就成为可能而不用分段隔离开关、自动分段开关、电力熔断器或三相互感器。因此，耗电器可以减少安装空间和成本，并且电力公司可以基本上防止耗电器事故传播到线路。

附图说明

图1是用于特高电压电力接收单元的传统标准布线图；

图2是用于简化的特高电压电力接收单元的传统标准布线图；

图3是使用根据本发明的实施例的断路器的接收端布线图；

图4是根据本发明的实施例的罗果夫斯基线圈；

图5是根据本发明的实施例的电阻性电压传感器；

图7是图示根据本发明的实施例的断路器的框图；以及

图8是根据本发明的实施例的断路器的控制算法。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细地描述本发明的实施例。

首先，交变电流断路器中的中断指的是，由于电流零点每半个周期就出现并且电流的方向被反向，所以尽可能多地使用电流零点的机会，并且电弧能量有效地熄灭。一般地，交变电流断路器被分类成以下中的一种：组合用于空气切换的开关和熔断器以及油断路器、空气断路器和磁断路器，它们在中断理论和熄灭介质方面彼此不同。当前广泛使用SF6气体断路器和真空断路器。

SF6气体断路器是使用SF6气体的良好绝缘性能和冷却性能的断路器。真空断路器配置成接触件在维持低于10托(Torr)的高度真空的容器(真空阀)之内彼此接触，在高度真空的条件下以狭窄的间隙具有高绝缘强度，并且因为从电弧产生的金属蒸汽的快速传播而具有良好的中断性能。

图3是使用根据本发明的实施例的高速自动断路器的接收端布线图。

根据图3中的接收端布线图，断开开关(DS)安装在耗电器的第一进线口末端，并且可以理解的是，穿过断开开关(DS)的电力经由根据本发明的实施例的断路器(CB)的主体(10)和测量装备(MOF)被提供给耗电器的装置。尽管未在附图中描绘，断路器的主体(10)包括固定接触件、移动接触件、闭合线圈、脱扣线圈、熄灭方法。具体地，在断路器的主体(10)中整体地形成在本发明中用来充当电流互感器的罗果夫斯基线圈(14)和用来充当电压互感器的电阻性电压传感器(15)。

此外，断路器的主体(10)连接到断路器控制单元(20)，以便保护配电系统免于相位故障或接地故障。如稍后描述的那样，断路器控制单元(20)通过微处理器来实现，以便通过软件来处理过电流继电器(OCR)功能、过电流接地继电器(OCGR)功能、欠电压继电器(UVR)功能、过电压继电器(OVR)功能、计数和充电功能(26)、电流表(A)功能、电压表(V)功能和功率表(Wh和VAR)功能，以控制断路器的脱扣操作。

图4是图示根据本发明的实施例的罗果夫斯基线圈的视图，其中，图4A是图示以圆柱形形状的形式围绕配电线(1)缠绕的罗果夫斯基线圈(14)的透视图，图4B是图示线圈(141)的缠绕形状和经由内部凹槽的返回方法的示意图，而图4C则是图示罗果夫斯基线圈(14)的侧截面图。

一般地，由于罗果夫斯基线圈使用空气芯，不同于使用普通金属芯的电流互感器，所以罗果夫斯基线圈被认为是理想的电流互感器，它不具有励磁电流，并且即使当大电流流过时也不饱和。然而，由于电流信号是微分的，需要精确的模拟积分器，并且负担非常低，所以罗果夫斯基线圈不与一般机电式继电器和一般电子继电器相匹配，并且在超高电压开关装置的部分中限制使用。此外，罗果夫斯基线圈在电流流过其附近的电流路径时造成磁感应，并且由于电压而具有相对高的静电感应。

因此，本发明提供了一种装置用来解决当低损耗和高精度的罗果夫斯基线圈集成到具有有限尺寸的断路器中时的磁感应和静电感应，并且使用用于克服使用模拟积分器的困难的数字积分器或数字滤波器算法来补偿相位和大小。

参考图4，在根据本发明的实施例的罗果夫斯基线圈(14)中，围绕塑料芯(142)缠绕的线圈(141)的末端经由内部凹槽(143)返回，其外侧是磁屏蔽的，而其内侧则是电屏蔽的。线圈(141)的输出端连接到屏蔽线缆，并且屏蔽层连接到将要接地到断路器的金属壳的电屏蔽。同样地，为了防止罗果夫斯基线圈(14)的静电感应，需要电屏蔽罗果夫斯基线圈。此外，为了防止磁感应，需要将缠绕成线圈形状的环形罗果夫斯基线圈的一个末端返回到线圈内部。

另一方面，罗果夫斯基线圈(14)的输出通过以下公式(1)和关于输入电流的负微分值来表达。

[公式1]

$V=-M\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}$

如果三相电流为I_A、I_B和I_C，并且罗果夫斯基线圈(14)的采样值为V_RA1，V_RA2，.....，V_RAN-1，V_RAN，V_RAN+1；V_RB1，V_RB2，....，V_RBN-1，V_RBN，V_RB+1；V_RC1，V_RC2，....，V_RCN-1，V_RCN，V_RCN+1，则顺序采样值的中间值被选择以便避免相变，并且所选择的中间值被积分，以便相变消失，并且所选择的采样值的大小具有预定比率误差，而且在通过以下公式(2)至(4)执行估计期间被补偿。

[公式2]

$I_{\mathrm{AN}}=-Q\left(\frac{V_{\mathrm{RAN}}+V_{\mathrm{RAN}-1}}{2}\right)X\frac{1}{T}$

[公式3]

$I_{\mathrm{BN}}=-Q\left(\frac{V_{\mathrm{RBN}}+V_{\mathrm{RBN}-1}}{2}\right)X\frac{1}{T}$

[公式4]

$I_{\mathrm{CN}}=-Q\left(\frac{V_{\mathrm{RCN}}+V_{\mathrm{RCN}-1}}{2}\right)X\frac{1}{T}$

其中T为每一秒钟的采样数。

由相邻电流路径引起的感应电流受到罗果夫斯基线圈的缠绕方法和磁屏蔽的限制，但是可能产生一部分的感应电流。

通过B相电流和C相电流而在A相中感应的因数通过试验来确定并分别被设置为KBA和KCA，于是

V′_RAN＝V_RAN-K _BA VRBN-K _CA V_RCN

用同样的方式，如果通过A相和C相而在B相上感应的因数以及通过A相和B相而在C相上感应的因数分别被设置为KAB和KCB以及KAC和KBC，那么

V′_RBN＝V_RBN-K_AB V_RAN-K _CB V_RCN

V′_RCN＝V_RCN-K_AC V_RAN-K_BCV_RBN

所以可以通过简单的估计来执行补偿。

在积分器中，当直流偏移电流通过其中积分正在开始的初始值或者由于系统中的相位故障而产生时，可能产生直流偏移电流不被采样的情况。由于数字积分器将这种情况存储为偏移，所以数字积分器必须周期性地复位。一般地，由于继电器中的数字滤波器仅提取基波，所以直流偏移没有影响，但是需要防止积分器饱和。

为了去除积分器中出现的DC偏移，分开电180度的两个数之和被求得，并且所述和除以2并从当前的积分值中减去。

例如，如果采样为每一个周期16次，那么通过以下给出

$I_{\mathrm{AN}}=I_{\mathrm{AN}}-\frac{I_{\mathrm{AN}}+I_{\mathrm{AN}}-7}{2}$

在不使用积分器的情况下补偿相位和大小的方法如下。

如果线路电流为l_l＝cosωt，那么罗果夫斯基线圈的输出为I_rc∝ωsinωt。

由于

$I_l=\cos \mathrm{\ωt}=\frac{\mathrm{\ω}\sin (\mathrm{\ωt}+90)}{\mathrm{\ω}},$

所以实际的线路电流将罗果夫斯基线圈的输出值转变90度，并且与除以ω的值成比例。

一般地，由于继电器起作用以仅仅提取基波，所以数字滤波器易于将采样数据转变90度，而其余的则作为常数处理。不用说，在这种情况下也需要用于补偿感应电流的算法。

如上所述，本发明提供了作为断路器主体(10)中集成的电流互感器的罗果夫斯基线圈(14)、与微处理器相匹配的电磁屏蔽型罗果夫斯基线圈、磁感应的补偿、数字积分算法以及数字积分器的复位方法和非积分算法。

图5是图示根据本发明的实施例的树脂模制的电阻性电压传感器(15)的视图，而图6则是图示根据本发明的实施例的呈绝缘管形式的电阻性电压传感器的视图。

一般地，使用电感性电压互感器(PT)来检测电压信号。然而，存在许多问题如尺寸大、费用高和使用熔断器，并且电感性电压互感器不适合于制造电感器集成的断路器。传统上制造使用电压静电感应的电容性电压传感器，并且容易获得高绝缘强度，但是电容性电压传感器关于频率和温度可变，所以精确电压感测有限制。

电阻性分压器是经典的技术，并且高精度传感器可以集成在其中。然而，要点是多小的传感器集成在断路器中。当考虑到这一点时，必须考虑绝缘，而且必须有效地屏蔽或补偿静电感应。

如图5和6所示，根据本发明的实施例的电阻性电压传感器(15)通过在高电压端子和低电压端子之间串联连接的电阻器(152)来实现。串联的电阻器(152)可以围绕断路器壳中的套管缠绕，可以呈螺旋形状围绕圆柱形绝缘体缠绕，并且可以插入到诸如环氧树脂之类的绝缘体中并由其密封。电阻性电压传感器(15)使得绝缘强度和最小化成为可能。

图5中的电阻性电压传感器(15)配置成螺旋形的电阻器(152)插入到绝缘体(151)中并由其密封，而图6中的电阻性电压传感器(15)则配置成电阻器(152)彼此串联连接以容纳在绝缘管(154)中。像这样，根据本发明的实施例的电阻性电压传感器(15)以螺旋形状缠绕以扩展它们的长度，并且管(154)中的SF6气体用来作为绝缘体。

根据本发明，当制造电阻性电压传感器(15)时，小尺寸的电阻器彼此串联连接，以便以圆形、矩形等的形式缠绕，并且绝缘，以便以小的尺寸来制造，所以易于保证绝缘并且可以制造高精度电压传感器。

当电阻器位于被施加电压的诸如套管之类的导体处时，会感应静电电压并且转变相位。当驱动一般模拟相变电路或数字滤波器时，在估计期间，这可以容易地补偿。

图7是图示根据本发明的实施例的断路器的框图，而图8则是用于改善根据本发明的实施例的断路器与重新闭合器的协同操作的保护配合算法。

一般地，配电线的保护装置包括变电所的断路器、线路的重新闭合器、分段隔离开关、耗电器熔断器、耗电器断路器以及耗电器熔断器和耗电器自动分段开关的组合。重新闭合器是这样的断路器，其中，考虑配电线的故障大约80％是瞬时故障这一点来组合快速操作和延迟操作，并且当执行延迟操作时与负载熔断器和断路器相协作。

在实际的情形中，为了与变电所的断路器、线路的重新闭合器以及耗电器的熔断器或断路器相配合，操作时间限制被设置为“变电所的断路器的响应时间>重新闭合器的故障清除时间，重新闭合器的响应时间>耗电器的熔断器或断路器的故障清除时间”。然而，配合常常不可能，因为变电所的断路器的响应时间被调整得较快。有分段隔离开关或自动分段开关作为解决该问题的装置。由于在变电所的备用重新闭合器或断路器清除故障之后，这个装置存储故障电流并且被打开以隔离故障区段，所以当考虑到时间限制而配合困难时该装置可用。

然而，由于分段隔离开关和自动分段开关通过执行计数功能而与备用保护装置协作，并且基本上在备用保护装置操作之后被断开，所以存在将耗电器中的故障瞬时传播到线路的缺点。当自动分段开关接收电力时，在备用保护装置被操作一次之后，故障无论如何会被清除。然而，当断路器用作正式电力接收单元时，备用重新闭合器至少在完成瞬时操作之后与延迟操作进行协作，或者常常被封锁以发展到持久故障状态。

当测量装备(MOF)安装到断路器的电源侧时，耗电器的电力接收单元再次由电力熔断器保护。由于电力熔断器的容量增加，所以与重新闭合器的配合变得困难。为了解决这个问题，代替安装在耗电器的响应分割点的断开开关(DS)，安装分段隔离开关或自动分段开关。因此，这将会使用计数功能和充电功能来清除故障区段，并且这样一来就使得断路器成为无用之物并造成不希望有的成本。

此外，为了相位损失保护而安装三相互感器，并且当发生相位损失时，欠电压继电器断开断路器。由于甚至在当相位损失并没有发生而是在备用系统中发生持久故障时的情况下，当预定时间过去时也会断开断路器，所以耗电器在再压时一个接一个地检查自己的装置是否出故障并输入电力，导致不希望有的时间和电力中断时间延长。

本发明提供了一种将传统过电流继电器和传统欠电压继电器进行组合的新算法来解决这个问题。此外，当配电线很长时，添加另一个重新闭合器来连续地配合。然而，如上所述，由于没有足够的配合时间，所以通过分段隔离开关的计数功能进行配合是可用的。

然而，尽管备用保护装置因为分段隔离开关基本上是负荷开关而必须等待备用保护装置来清除故障，但是断路器可以减少用于清除故障的电力中断次数，并且与分段隔离开关相比可以提供用于保护配电线的稳定而改善的配合。由于断路器提供了过电流继电器的激活功能，次数比按顺序的校正计数少一次，所以自动分段断路器的串联配合是可能的，并且电力中断的次数与分段隔离开关相比可以减少。

如图7所示，用于解决上述问题的根据本发明的实施例的断路器包括：罗果夫斯基线圈(14)，其与断路器主体(10)整体地形成以检测电流；电阻性电压传感器(15)，用于检测电压；模拟滤波器(21a和21b)；模拟数字转换器(22a和22b)；预处理单元(24)，用于对转换成数字值的检测电流进行数字积分、调整DC偏移和补偿感应电流；数字滤波器(25a)，用于对预处理的电流值进行滤波；数字滤波器(25b)，用于对转换成数字值的电压值进行滤波；以及控制单元(26)，用于通过以下来控制闭合线圈(12)和脱扣线圈(13)：将滤波电流值与电流阈值进行比较并将滤波电压值与过电压阈值或欠电压阈值进行比较，并且处理快速过电流继电功能、延迟过电流继电功能、充电和计数功能、测量功能、过电压继电功能、欠电压继电功能和重新闭合继电功能。这里，预处理单元(24)、数字滤波器(25a和25b)和控制单元(26)优选地通过微处理器和软件来实现。

根据本发明的实施例的断路器之内的微处理器所处理的主要控制算法将会描述如下。

1.当故障电流发生并且罗果夫斯基线圈(14)所检测到的电流大于电流阈值而且被确定为故障电流时，输出的一端被输入到过电流继电器和过电流接地继电器的计时电路，而输出的另一端则被输入到充电功能单元和计数功能单元。

2.计时电路的输出被传送到断路器的脱扣功能单元以断开断路器并被输入到重新闭合顺序控制器。

3.当在计时电路输出之前故障电流被备用保护单元清除时，执行一次计数。当故障继续并且计数被校正时，校正的计数数目被传送到脱扣功能单元并且断路器被断开并封锁。这个功能与重新闭合功能单元无关。

4.过电流继电功能单元和过电流接地继电功能以比校正的计数小于1的计数被激活，例如，当计数被校正一次时以计数0(零)被激活，当计数被校正两次时以计数1被激活，当计数被校正三次时以计数2被激活。

5.过电流继电功能单元和过电流接地继电功能单元具有两个快速和延迟时间-电流特性曲线。快速特性类似于与重新闭合器相关的快速时间-电流特性曲线组当中最快的一个。在这种情况下，当重新闭合器根据最小响应特性从快速时间-电流特性曲线组中校正略微延迟的快速时间-电流特性曲线时，根据本发明的实施例的断路器可以当在耗电器中发生故障时在操作重新闭合器之前清除故障，而不会破坏变电所的断路器和重新闭合器之间的配合，并且可以基本上防止耗电器中的故障传播到线路。只有当防止冷负载拾取被激活时才激活延迟时间-电流特性。

6.冷负载拾取防止功能在非电压状态持续预定时间时被激活，并且在正常电流流过时或者在预定时间过去之后被强迫复位。

7.充电功能在浪涌电流限制功能单元未被激活时被激活，并且防止备用保护单元由于在电源被错误操作时重新闭合备用保护单元而错误操作。浪涌电流限制功能在故障由备用保护单元清除之前当经历负载电流时被激活，并且在预定时间内增加最小工作电流或者限制最小工作电流的检测。浪涌电流限制功能在再压之后当负载电流流过预定时间时被复位。

8.欠电压继电功能和过电压继电功能与过电流继电功能和过电流接地继电功能相结合，并且非电压断开被提供给欠电压继电功能。

9.重新闭合继电功能仅与过电流继电功能和过电流接地继电功能相配合，而不与计数功能和重新闭合继电功能相耦合。过电压继电功能和欠电压继电功能可以独立地失活。

下一步将参考图8描述根据本发明的实施例的断路器的控制算法如下。

当罗果夫斯基线圈(14)所检测到的线路电流大于电流阈值时(201)，罗果夫斯基线圈(14)的输出值被输入到快速时间-电流特性单元(206)和延迟时间-电流特性单元(207)，并且同时被输入到充电单元(203)来准备计数。

当故障继续并且快速时间-电流特性单元(206)和延迟时间-电流特性单元(207)输出时，输出中的一个激活脱扣线圈(13)以断开断路器的接触件，并且另一个被输入重新闭合顺序控制器(208)，以便使顺序从复位状态发展到循环状态。

如果故障被清除并且达到正常电流状态，则复位计时器(216)复位重新闭合顺序控制器(208)。如果故障被备用保护单元清除，则在当三相电流为0(零)(202)时的时刻，充电单元(203)的输出被输入到计数单元(204)以便执行计数。当计数通过重复该过程而达到校正的计数时，断路器的接触件被断开，并且重新闭合顺序控制器(208)被封锁。

当计数比校正的计数少1时，快速时间-电流特性单元(206)和延迟时间-电流特性单元(207)被激活。例如，快速时间-电流特性单元和延迟时间-电流特性单元当计数在诸如耗电器之类的线路的末端被校正到1时类似于传统断路器而工作，当计数被校正到2时仅执行一个计数，并且当故障发生两次时作为断路器而工作。

具体地，本发明的高速自动断路器必须比重新闭合器的快速操作更快地工作，并且具有非常快的操作特性。由于这个特性，自动断路器可能由于制冷和加热负载所造成的浪涌电流(217)而被错误操作。为了解决这个问题，自动断路器具有快速和延迟时间-电流特性，并且在当电力中断持续预定时间以及制冷和加热负载打破平衡时的时刻，延迟时间-电流特性单元(207)被激活。

制冷和加热负载浪涌电流限制单元(217)当三相电流为0(202)并且三相电压为0(222)时被置位计时器(211)激活，并且当三相电流正常时由于复位计时器(212)的输出而被强迫复位，或者当三相电压不为0时被复位计时器(213)复位。

浪涌电流限制功能单元(218)被提供以防止当电源被错误操作时由备用保护单元的重新闭合所造成的计数误差，并且在当三相电流为0(202)时的时刻，当三相电流正常时，被脱扣计时器(214)和以后的逻辑激活。当浪涌电流限制功能单元(218)被激活时，充电单元(203)的功能被限制，并且浪涌电流限制功能单元(218)在正常电流状态下被复位计时器(215)所失活。

当三相电压为0(222)时，欠电压时间-电压特性单元(223)不起作用。

重新闭合顺序控制器(208)仅由过电流继电单元(206和208)操作，并且充电计数脱扣和过电压继电单元(220和223)所造成的脱扣直接封锁断路器。

Claims (8)

1.一种高速自动断路器，包括：

断路器主体，用于当固定接触件和移动接触件相互接触时接收电力，该断路器主体包括用于检测电流的罗果夫斯基线圈和用于检测电压的电阻性电压传感器，它们与该断路器主体整体地形成，该断路器主体用于根据脱扣控制信号使用脱扣线圈来操作所述移动接触件以便脱扣，和根据闭合控制信号来操作所述移动接触件以便输入电力；以及

断路器控制单元，用于从所述罗果夫斯基线圈接收流过引入线的电流的电流检测信号，和从所述电阻性电压传感器接收所述引入线的电压检测信号，以产生用于控制所述断路器主体的控制信号，并且

所述高速自动断路器具有添加到一般过电流继电功能、一般过电流接地继电功能、一般重新闭合继电功能、一般过电压继电功能和一般欠电压继电功能的计数功能、充电功能和脱扣功能。

2.根据权利要求1所述的高速自动断路器，其中，所述罗果夫斯基线圈包括围绕塑料芯缠绕以通过所述塑料芯中形成的凹槽返回的线圈末端，并且该线圈具有磁屏蔽的外侧和电屏蔽的内侧。

3.根据权利要求1所述的高速自动断路器，其中，所述电阻性电压传感器配置成彼此串联连接的小尺寸的电阻器，并且所述电阻器的序列围绕用于绝缘的套管或绝缘体的外侧缠绕，所述绝缘体包括绝缘管或模制树脂。

4.根据权利要求1所述的高速自动断路器，其中，所述断路器控制单元包括：

模拟滤波器，用于对在所述断路器主体中检测到的电流进行滤波；

模拟数字转换器，用于将检测的模拟信号转换成数字信号；

预处理单元，用于对转换成数字检测电流的检测电流进行数字积分、DC偏移调整和感应电流补偿；

数字滤波器单元，用于对预处理的电流值进行滤波；

模拟滤波器，用于对在所述断路器主体中检测到的电压进行滤波；

模拟数字转换器，用于将模拟检测电压转换成数字检测电压；

数字滤波器，用于对转换成数字值的检测电压进行滤波；以及

控制器，用于将滤波电流与电流阈值进行比较并将滤波电压与过电压阈值进行比较，以执行快速过电流继电功能、延迟过电流继电功能、充电和计数功能、测量功能、过电压继电功能、欠电压继电功能和重新闭合继电功能，并且

所述断路器控制单元将计数功能、充电功能和脱扣功能提供给一般过电流继电功能、一般过电流接地继电功能、一般重新闭合继电功能、一般过电压继电功能和一般欠电压继电功能，以便取代与线路中的重新闭合器配合而不用安装分段隔离开关或自动分段开关。

5.根据权利要求4所述的高速自动断路器，其中，所述预处理单元使用数字滤波器而不是使用数字积分器来补偿相位。

6.根据权利要求4所述的高速自动断路器，其中，所述控制器将彼此不同的快速时间-电流特性曲线和延迟时间-电流特性曲线提供给过电流继电功能单元，所述快速时间-电流特性与重新闭合器的快速时间-电流特性相配合，所述延迟时间-电流特性防止冷负载拾取，使得过电流继电功能以比校正的计数提前1的序列被激活。

7.根据权利要求4所述的高速自动断路器，其中，所述控制器在故障发生时将输出输入到过电流继电单元以产生高于最小工作电流的电流，并且将另一个输出输入到计数功能单元以当过电流继电功能单元的时间-电流特性完成时传输脱扣信号，在过电流继电功能单元的时间-电流特性完成之前当故障被消除时执行计数，当系统返回到正常状态时复位计数，当计数功能具有浪涌电流限制算法和电流以正常电流状态消失时，激活计数功能的浪涌电流限制功能以削弱或限制故障检测预定时间，并且当正常电流流过预定时间时或者在校正时间过去之后，返回正常故障检测。

8.根据权利要求4所述的高速自动断路器，其中，所述控制器在非三相电压下使欠电压继电功能失活，并且仅当提供过电流继电功能和欠电压继电功能时，将重新闭合继电功能与过电流继电功能相关联。

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