CN101523680B - 电气故障限制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电气设备和/或电气系统的电气故障限制系统，包括放置在关注位置的监视单元，该监视单元用于借助于感应或测量装置来感应或测量发生的电气故障，该感应或测量装置进一步连接到信号处理和控制单元，该信号处理和控制单元接收由监视单元收集到的数据，该信号处理和控制单元将用于故障识别、报警和控制操作的输出提供给报警和指示单元，并且将跳闸信号的命令提供给电路断开装置，其中该数据收集和处理单元处理过的数据存储在数据历史存储和显示单元内以用于后备参考，该监视单元将图像提供给图像接收、处理和控制单元，该图像接收、处理和控制单元进一步将处理过的图像提供给附加的数据历史存储和显示单元，用于进一步的状况分析，其中多个信号处理和控制单元与附加的远程中央控制和数据处理单元互相连接起来。

Description

电气故障限制系统

技术领域

本发明涉及在电气系统和/或电气设备中使用的电气故障限制系统。本发明尤其涉及可以从初始阶段限制电气故障的电气故障限制系统。 

背景技术

必须保护任何电气系统和/或电气设备以避免电气故障，以便保护电气系统和/或电气设备免受电气故障的严重影响。存在影响系统的各种类型的故障，如短路故障、过电流故障、开路故障、热点和接地故障、由于电气故障(例如短路、开路、热点和接地故障)点处的故障路径的电气参数而引起的电弧。 

存在可用于限制故障的系统，这些系统对所有类型的电压等级有效，其中，这些系统借助于测量装置来识别电气故障。这些测量装置测量电气系统和/或设备的电气参数。在常规状况下，参数测量值指示了电气系统和/或设备的电压和电流。而在故障状况下，参数测量值指示了发生故障的系统或设备的电压和电流。因此很难识别实际的电气参数，尤其是故障导致的电流。控制装置通过将测量值与被测参数的设定值进行比较，从而发出跳闸信号(trip signal)以保护电气系统和/或设备。为了避免电气系统和/或设备的误操作，将电气参数的设定值保持在稍微高于所需的水平。因此，在当前的故障限制系统中，故障不是在其发展的初始阶段受到限制，而是在电气系统和/或设备的电气参数的设定值处受到限制。显然，当故障级别达到更高阶段时，可能严重损坏电气系统和/或设备。 

此外，当前系统是以假设某种类型的故障为基础的，因此系统无法提供精确的结果。这些系统对故障不太敏感。 

借助于可用的系统进行电气故障保护，这些系统仅仅能够在电气系统和/或电气设备中的电气参数的水平达到电气参数的设定值时起保护作 用。将故障部分从整个系统中隔离，从而保护整个系统。但是无法通过在初始阶段报警而注意到故障，而且也无法识别已发生故障的位置。此外，当故障达到严重阶段时，故障区域受到恶劣影响，这可能导致电气系统和/或电气设备的完全关停。 

现有系统无法提供任何用于进一步分析的异常记录，这种异常记录对于电气系统和/或电气设备中的预防性维护和运行是必要的。 

在现有系统中，电气系统和/或电气设备中的异常没有在故障的初始阶段被识别，因此可能无法将该故障事件减小到接近于零的程度。 

现有系统没有在故障的发展阶段给出任何感应信号的指示，因此它们无法避免在电气系统和/或电气设备中故障的进一步发展，并且还可能损坏电气系统和/或电气设备。 

现有系统无法识别故障位置。因此现有系统会花费更多的时间来恢复受到影响的电气系统和/或设备。 

发明内容

为了实现这样一种目的，即，提供一种在故障的初始阶段发现电气故障，识别故障位置并且在源头限制电气故障，进而保护与电气系统和/或电气设备中的电气故障的关注位置有关的整个电气系统和/或电气设备的系统，发明人提出了本电气故障限制系统。 

本发明的主要目的是通过有效地借助于包括微处理器在内的电子电路来持续监视电气参数、在初始阶段识别故障并且在故障的初始阶段报警并使电气系统和/或电气设备跳闸而保护电气系统和/或电气设备免受严重损坏。 

本发明的另一个目的是将数据历史存储设备包含在内，该数据历史存储设备提供存储数据，以进一步分析电气系统和/或电气设备中的故障状况，并且该数据历史存储设备对于预防性维护工作规划是基本的。 

本发明的另一个目的是减小由电气故障引起的对电气系统和/或电气设备的损坏，从而也保护了周围的电气系统和/或电气设备免受故障的影响，这样减小了损坏成本并且节约了大量的恢复时间。 

本发明的另一个目的是容易并且快速地识别故障位置，因为系统被设计有包括微处理器在内的电子电路。 

本发明的另一个目的是为了改善电气系统和/或电气设备的性能，通知每个感应到/测量到的故障异常，对其进行分析，将其记录为数据历史，并对其进行访问，并且通过在故障的初始阶段跳闸而使电气系统和/或电气设备免受严重影响。 

本发明的另一个目的是在系统中提供多个监视单元，以在故障的初始阶段感应/测量故障信号，并且给出故障位置，从而使各个单元来监视异常，并且参照相关位置来传送故障信号以用于进一步操作。 

附图说明

现在将借助附图来详细描述本发明，在图中： 

图1示出了现有电气故障限制系统的图示结构。 

图2示出了电气故障限制系统的方框图，该电气故障限制系统具有用于报警和跳闸命令、指示并且显示所需数据的必要设备。 

图3示出了电气故障限制系统的方框图，该电气故障限制系统具有用于报警和跳闸命令、指示并且显示所需数据、在发生故障时对故障位置状况进行数据历史存储和显示的必要设备。 

图4示出了电气故障限制系统的方框图，该电气故障限制系统与中央数据处理和决策单元协同工作，并且该电气故障限制系统具有用于报警和跳闸命令、指示、数据显示、在发生故障时对故障位置状况进行数据历史存储和显示的必要设备。该电气故障限制系统与位于中央数据处理和决策单元的数据历史存储单元的附加设备一起工作。 

具体实施方式

图1示出了现有技术运行的图示结构。借助于测量装置B和测量装置C对电气系统和/或设备A进行保护，其中测量装置B测量例如电流、电压和频率的电气参数，而测量装置C测量例如温度、压力等的局部内部参数。测量装置B和C测量所需的参数并且将数据连续发送到决策装 置D。决策装置D包括继电器、O/L热开关等。决策装置D持续监视这些参数。当发现任何一个参数高于预定值时，决策装置D向电路断开装置E发出跳闸信号。因此跳闸信号被发送给电气系统和/或设备，进而保护电气系统和/或设备，但是在现有系统中无法识别故障位置。 

图2示出了提议的电气故障限制系统的方框图。可以将该故障限制系统划分为三个不同的部分： 

i.监视单元M 

ii.信号处理和控制单元S 

iii.报警和指示单元I 

监视单元M借助于感应或测量装置N来感应或测量电气系统和/或设备中的电气故障状况。感应或测量装置N所感应到的或测量到的信号与电气故障点处的故障路径的电气参数成正比。感应装置所感应到的信号与电气故障(如短路、开路、热点和接地故障)导致的关注位置处形成的热点和电弧成正比。测量装置测量电气系统和/或电气设备中的关注位置处的接地故障电流。该感应或测量装置能够在所应用的系统中承受压力，消除电磁和静电电荷，且其机械耐受度强，大小灵活并且可以按照电气系统和/或设备的要求放置和安装在任何位置，甚至可通过适当的安装方式放置和安装在电气设备内部。监视单元M通过必要的结构将感应或测量信号收集起来。监视单元M具有在电气故障的初始阶段中的电气故障状况下收集从导电部件产生的信号的能力和灵敏度。监视单元M借助于电子放大电路和其他相关电路，能够将在出现的关注位置处收集到的信号传送到信号处理和控制单元S。监视单元M在电气系统和/或设备中的关注点处感应或测量电气故障。可以根据特定的电气系统和/或设备中的要求使用多个监视单元M。通过必要结构将监视单元M感应或测量到的信号传送给信号处理和控制单元S。基于电子电路的处理和控制单元S针对特定电气系统和/或设备持续监视来自监视单元M的感应或测量信号以及来自电气参数测量单元B和C的电气参数，并且进行处理以进行故障识别、位置识别、故障信号分析、比较、指示、报警和必要的控制操作，这些控制操作可以在关注位置发生的电气故障的初始阶段采取 电气故障限制的时候执行。信号处理和控制单元S被配置成处理收集到的数据信号，以确定故障信号的幅度、持续时间和数量，并且指示相同的数据以通知故障信号的细节，并且将必要的控制命令发送给电气系统和/或设备的电路断开单元E以及对故障进行指示并且报警的报警和指示单元I。必要的辅助供给被提供给电气故障限制系统。 

图3示出了电气故障限制系统的方框图。现在可以将该故障限制系统划分为如下四个不同的部分，相对于前一实施方式，该故障限制系统具有附加的数据历史存储设备和显示单元。 

i.监视单元M 

ii.信号处理和控制单元S以及图像接收、处理和控制单元P 

iii.报警和指示单元I 

iv.数据历史存储和显示单元H 

监视单元M借助于感应或测量装置N来感应或测量电气系统和/或设备中的电气故障状况。感应或测量装置N所感应到的或所测量到的信号与电气故障点处的故障路径的电气参数成正比。感应装置感应到的信号与电气故障(如短路、开路、热点和接地故障)导致的关注位置处形成的热点和电弧成正比。测量装置测量电气系统和/或电气设备中的关注位置处的接地故障电流。该感应或测量装置能够在所应用的系统中承受压力，消除电磁和静电电荷，且其机械耐受度强，大小灵活并且可以按照电气设备和/或系统中的要求放置和安装在任何位置，甚至可通过适当的安装方式放置和安装在电气设备内部。监视单元M通过必要的结构将感应或测量信号收集起来。监视单元M具有在电气故障的初始阶段中的电气故障状况下收集从导电部件产生的信号的能力和灵敏度。监视单元M借助于电子放大电路和其他相关电路，能够将在出现的关注位置处收集到的信号传送到信号处理和控制单元S。监视单元M在电气系统和/或设备中的关注点处感应或测量电气故障。可以根据特定的电气系统和/或设备中的要求使用多个监视单元M。通过必要结构将监视单元M感应或测量到的信号传送给信号处理和控制单元S。基于包括微处理器在内的电子电路的处理和控制单元S针对特定电气系统和/或设备持续监视来自监 视单元M的感应或测量信号以及来自电气参数测量单元B和C的电气参数，并且进行处理以进行故障识别、位置识别、故障信号分析、比较、指示、报警和必要的控制操作，这些控制操作可以在关注位置发生的电气故障的初始阶段采取电气故障限制的时候执行。信号处理和控制单元S被配置成处理收集到的数据信号，以确定故障信号的幅度、持续时间和数量，并且指示相同的数据以通知故障信号的细节，并且将必要的控制命令发送给电气系统和/或设备的电路断开单元E以及对故障进行指示并且报警的报警和指示单元I。 

图像接收、处理和控制单元P利用具有感应装置的图像收集器的结构来收集来自监视单元M的并且在电气设备和/或电气系统内的关注位置发生的电气故障状况的图像。在处理收集到的图像之后，图像接收、处理和控制单元P提供将要存储在数据历史和显示单元H内的图像数据，并且利用在电气设备和/或电气系统内的关注位置在初始阶段限制电气故障所需的必要的报警和控制操作。图像接收、处理和控制单元P在充足时段内并且在故障发生之前和之后在显示单元提供故障状况的所需的图像数据。将信号处理和控制单元S以及图像接收、处理和控制单元P的处理过的数据存储在数据历史存储和显示单元H内，以便进一步分析故障发展、故障持续时间等的各种状况，这对于为应用了该系统的电气设备和/或系统进行进一步的预防性维护工作规划是基本的。必要的辅助供给被提供给电气故障限制系统。 

图4示出了电气故障限制系统的方框图，该电气故障限制系统具有中央远程控制单元。现在可以将该故障限制系统划分为如下五个不同的部分，相对于前一实施方式，该电气故障限制系统具有附加的远程中央控制设备和数据处理单元。 

i.监视单元M 

ii.信号处理和控制单元S，图像接收、处理和控制单元P 

iii.报警和指示单元I 

iv.数据历史存储和显示单元H 

v.远程中央控制和数据处理单元R 

监视单元M借助于感应或测量装置N来感应或测量电气系统和/或设备中的电气故障状况。感应或测量装置N所感应到的或所测量到的信号与电气故障点处的故障路径的电气参数成正比。感应装置感应到的信号与电气故障(如短路、开路、热点和接地故障)导致的在关注位置处形成的热点和电弧成正比。测量装置测量电气系统和/或电气设备中的关注位置处的接地故障电流。该感应或测量装置能够在所应用的系统中承受压力，消除电磁和静电电荷，且其机械耐受度强，大小灵活并且可以按照电气设备和/或系统中的要求放置和安装在任何位置，甚至可通过适当的安装方式放置和安装在电气设备内部。监视单元M通过必要的结构将感应或测量信号收集起来。监视单元M具有在电气故障的初始阶段中的电气故障状况下收集从导电部件产生的信号的能力和灵敏度。监视单元M借助于电子放大电路和其他相关电路，能够将在出现的关注位置处收集到的信号传送到信号处理和控制单元S。监视单元M在电气系统和/或设备中的关注点处感应或测量电气故障。可以根据特定的电气系统和/或设备中的要求使用多个监视单元M。通过必要结构将监视单元M感应或测量到的信号传送给信号处理和控制单元S。基于包括微处理器在内的电子电路的处理和控制单元S针对特定电气系统和/或设备持续监视来自监视单元M的感应或测量信号以及来自电气参数测量单元B和C的电气参数，并且进行处理以进行故障识别、位置识别、故障信号分析、比较、指示、报警和必要的控制操作，这些控制操作可以在关注位置发生的电气故障的初始阶段采取电气故障限制的时候执行。信号处理和控制单元S被配置成处理收集到的数据信号，以确定故障信号的幅度、持续时间和数量，并且指示相同的数据以通知故障信号的细节，并且将必要的控制命令发送给电气系统和/或设备的电路断开单元E以及对故障进行指示并且报警的报警和指示单元I。图像接收、处理和控制单元P利用具有感应装置的图像收集器的结构来收集来自监视单元M的并且在电气设备和/或电气系统内的关注位置发生的电气故障状况的图像。在处理收集到的图像之后，图像接收、处理和控制单元P提供将要存储在数据历史和显示单元H内的图像数据，并且利用在电气设备和/或电气系统内的关注位置在初始阶段限制电气故障所需的必要的报警和控制操作。图像接收、处理和控制单元P在充足时段内并且在故障发生之前和之后在显示单元上提供故障状况的所需的图像数据。将信号处理和控制单元S以及图像接收、处理和控制单元P的处理过的数据存储在数据历史存储和显示单元H内，以便进一步分析故障发展、故障持续时间等的各种状况，这对于为应用了该系统的电气设备和/或系统进行进一步的预防性维护工作规划是基本的。 

远程中央控制和数据处理单元R被配置成借助于适当的互连结构与多个信号处理和控制单元S互相连接起来。这种互连在广域网络中提供了更好的、有效并且即时的电气故障限制。其中远程中央控制和数据处理单元R被配置成使中央数据历史存储和显示单元H与多个信号处理和控制单元S互相连接起来。在远程中央控制和数据处理单元R中，对所有信号处理和控制单元S的决策进行决定，以便获得电气设备和/或电气系统的更好并且有效的运行。该系统具有相当高的判断力，从而避免了在集成电气电源系统中不必要的误操作。远程中央控制和数据处理单元R中的数据历史存储和显示单元H记录所有互相连接的信号处理和控制单元S的所需数据，并且按照要求对远程中央控制和数据处理单元R和单独的信号处理和控制单元S提供必要的数据报警和显示。 

本发明的工作过程 

用于电气设备和/或电气系统的电气故障限制系统借助于感应或测量装置N，利用放置在关注位置的监视单元M来感应或测量在关注位置发生的电气故障，该感应或测量装置N进一步连接到信号处理和控制单元S，该信号处理和控制单元S接收由监视单元M收集到的数据，其中信号处理和控制单元S可以根据要求和地点条件放置在靠近或远离监视单元的位置。信号处理和控制单元S将用于故障识别、位置识别、故障信号分析、比较、指示、报警和必要的控制操作的输出提供给报警和指示单元，并且将跳闸信号命令提供给电路断开装置，这些控制操作可以在关注位置处发生电气故障的初始阶段采取电气故障限制的时候执行，数据处理和控制单元处理过的数据存储在数据历史存储和显示单元内以用于后备参考，其中监视单元内的具有感应装置N的图像收集器的结构将图像提供给图像接收、处理和控制单元P，该图像接收、处理和控制单元P进一步将处理过的图像提供给附加的数据历史存储和显示单元，用于进一步分析故障发生时的状况，并且用于进一步进行预防性维护工作规划。在此，多个信号处理和控制单元与附加的远程中央控制和数据处理单元互相连接起来，这有助于在单独的信号处理和控制单元之间进行协调，以便借助于对单独单元的数据进行比较来实现有效的故障限制。因此，借助于所需的设备(如作为后备参考的故障位置状况的数据存储和显示设备)，可以将本发明的用途从小规模扩展到大规模的集成电气设备和/或电气系统。 

Claims (11)

1.一种用于电气设备和/或电气系统的电气故障限制系统，该电气故障限制系统包括：

安装在关注位置的监视单元，所述监视单元借助于感应或测量装置来感应或测量在所述关注位置处发生的电气故障，所述感应或测量装置感应到的或测量到的信号与电气故障点处的故障路径的电气参数成正比，所述监视单元收集感应或测量信号；

安装在靠近或远离所述监视单元的位置处的信号处理和控制单元，所述信号处理和控制单元适于：

持续监视来自监视单元的感应或测量信号以及来自电气参数测量单元的电气参数，并且

将用于故障识别、位置识别、故障信号分析、比较、故障指示、报警和必要的控制操作的输出提供给报警和指示单元，并且将跳闸信号命令的输出提供给电路断开装置，这些控制操作在关注位置处发生电气故障的初始阶段采取电气故障限制的时候执行；

报警和指示单元，用于基于信号处理和控制单元关于故障指示和报警提供的输出来对故障进行指示和报警，

监视单元内的具有感应装置的图像收集器，用于拍摄电气设备和/或电气系统中的关注位置处发生的电气故障状况的图像；

图像接收、处理和控制单元，用于收集来自所述监视单元的并且在电气设备和/或电气系统中的关注位置处发生的电气故障状况的图像；

数据历史存储和显示单元，用于存储所述信号处理和控制单元以及所述图像接收、处理和控制单元处理过的数据；以及

远程中央控制和数据处理单元，其连接到多个信号处理和控制单元，通过对所述多个信号处理和控制单元的数据进行比较来实现有效的故障限制。

2.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中感应装置感应到的信号与由于短路、开路、热点和接地故障所导致的热点和电弧成正比，并且测量装置测量到的信号与所述故障点处的故障路径的接地故障电流成正比。

3.根据权利要求2所述的电气故障限制系统，其中所述感应或测量装置被构造为能够消除电磁和静电电荷，且其机械耐受度强，大小灵活并且可以按照电气设备和/或电气系统的要求放置和安装在任何位置，甚至可通过适当的安装方式放置和安装在电气设备内部。

4.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述监视单元具有在电气故障的初始阶段中的电气故障状况下收集从导电部件产生的信号的能力和灵敏度。

5.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中要使用的监视单元的数量取决于所应用的电气设备和/或电气系统中的关注位置的数量。

6.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述信号处理和控制单元适于收集来自所述监视单元的感应或测量信号数据以及来自特定电气设备和/或电气系统的电气参数测量单元的电气参数数据，并且分离地处理信号以参照特定的监视单元进行进一步响应，其中所述特定的监视单元放置在所述关注位置处。

7.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述信号处理和控制单元适于处理收集到的数据信号，以确定幅度、持续时间和数量，并且指示相同的数据以通知故障信号的细节。

8.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述信号处理和控制单元适于具有即时对故障进行报警和即时发出跳闸信号的选择性，以中断电气电源从而在特定的电气系统和/或电气设备中的关注位置发生电气故障的初始阶段限制电气故障。

9.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述数据历史存储和显示单元被配置成提供充足的数据，以用于对接收到的故障信号、发生故障时的状况进行评估，对故障信号数据和相关电气系统和/或电气设备的电气参数进行比较，以根据从所述关注位置接收到的信号决定故障状况发展的信息，用于对由于电气故障状况而从其接收到信号的关注位置的预防性维护规划以及与电气故障限制任务的紧急性有关的结论进行决策。

10.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述远程中央控制和数据处理单元包括中央数据历史存储和显示单元，所述中央数据历史存储和显示单元记录所有相互连接的信号处理和控制单元的所需数据，按照要求对远程中央控制和数据处理单元处和单独的信号处理和控制单元提供必要的数据报警和显示。

11.根据权利要求1所述的电气故障限制系统，其中所述图像接收、处理和控制单元被配置成借助于位于监视单元中的设置有感应装置的图像收集器来收集在关注位置发生电气故障的图像，并且处理收集到的图像并创建特定电气故障状况的数据，其中处理过的图像提供充分信息，所述充分信息对于电气故障状况的识别和通知以及与在初始阶段中电气设备和/或电气系统的关注位置处对电气故障进行限制有关的进一步必要的结论和操作是有用的。

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