CN101669261A - 用于断路器的驱动单元中的功率备用和断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于断路器(10)的驱动单元(11)。该驱动单元包括用于控制断路器的断开和闭合操作的控制单元(17)。该驱动单元的特征在于它包括用于在电力故障期间将功率备用提供给控制单元的分离的功率备用单元(19)。

Description

用于断路器的驱动单元中的功率备用和断路器

技术领域

本发明主要地涉及高压断路器的领域。具体而言，本发明涉及一种用于在电力故障期间保持向断路器驱动系统的驱动单元通电的改进手段。

背景技术

保护继电器在整个配电系统中使用以用于提供保护和控制。保护继电器检测输电和配电线上的故障并且通过断开和闭合断路器来隔离这些故障。断路器因此是配电系统的重要部件，并且保护电力系统免受例如由过载或者短路造成的损坏。断路器由执行断路器的断开和闭合的适当驱动系统操作。

断路器包括布置成中断电流的接触器件和用于断开和闭合接触器件的机构。图1图示了已知的三极断路器。该断路器包括每个均具有断路器接触器件的三个断路器极1、2、3。断路器的三个极1、2、3装配于共同支撑框架4上，该支撑框架也支撑用于断开和闭合接触器件的机构。该机构在所示情况下是由驱动单元6控制的电动机5。

在向驱动单元6的供电中断的情况下，希望即使在这样的完全电力故障期间仍然保持使驱动单元6通电一段短暂时间。例如，可能希望即使在电力故障期间仍然能够使用断路器的闭合和断开功能(即，操作电动机5)至少数次。

因此，即使在电力故障之后仍然保持驱动单元6通电持续一段短暂时间。也就是说，这在现有技术解决方案中是通过使用驱动单元6的储能单元和充能单元来实现。储能单元和充能单元在正常操作中用于向电动机5提供操作能量，以便在断开与闭合位置之间移动断路器触点。

然而，这一现有技术解决方案有一些弊端。在电力故障期间，因此从用于向电动机5供电的储能单元取得用于向驱动单元6供电的能量。这要求相当复杂的充能单元，因为它必须能够一方面在操作之前对储能装置进行充电而另一方面在电力故障期间将能量从储能装置供应到驱动单元6。

另外，储能单元的尺寸被设计为满足用于操作断路器的要求。这又意味着用户不能选择驱动单元6在电力故障之后自供电的时间段的长度。为了扩大储能单元、即在以过尺寸来设计它以便在电力故障的情况下保持驱动单元6通电是一种高成本的解决方案。

鉴于上述内容，将希望提供一种用以保证在供电电源的电力故障的情况下保证驱动单元的操作的改进手段。

发明内容

本发明的一个主要目的在于，提供用于高压断路器的驱动单元的改进功率备用手段，用以克服或者至少减轻现有技术的上述弊端。

本发明的一个目的在于，提供一种用于高压断路器的驱动单元的功率备用装置，其中简化用于驱动断路器的断开和闭合机构的充能单元。

本发明的另一目的在于，提供一种用于高压断路器的成本效率更高的驱动单元。

本发明的又一目的在于，提供一种用于高压断路器的驱动单元的功率备用装置，其中驱动单元在电力故障期间的操作持续时间能够根据用户的具体需要改变。

本发明的再一目的在于，提供一种用于高压断路器的驱动单元的功率备用装置，用以提供现场维护工作的改善安全性。

这些以及其它目的由如在独立权利要求中要求保护的一种用于断路器的驱动单元和一种断路器实现。

根据本发明，提供一种用于控制断路器的断开和闭合操作的驱动单元。该驱动单元包括控制单元和能量缓存单元，其中该能量缓存单元被布置成向致动器装置供电，该致动器装置被布置成实现断路器的断开和闭合操作。该驱动单元其特征在于，该驱动单元包括与能量缓存单元分离的功率备用单元，用于在电力故障期间将功率备用提供给控制单元。根据本发明，驱动单元的储能单元仅用于操作断路器，其中无需从储能单元取得能量以便驱动控制电子器件。另外，无需专门充电单元，并且可以使用简化的充电单元。这提供成本效率更高的解决方案。另外，分离的功率备用单元使得可以定制控制电子器件在电力故障的情况下的保持(hold up)时间。

根据本发明的一个实施方式，使用高电容的电容器作为分离的功率备用单元。这提供一种服务寿命长并且能够耐受可变室外温度的可靠功率备用。另外，使用高电容的电容器使得即使在完全失去功率期间仍然可以在维修断路器的情况下进行对储能单元中的能量的放电操作。可以通过电动机来进行放电并且可以快速进行放电。由此提供了改善的安全性，并且与储能单元必须在数个小时期间进行自放电的现有技术解决方案的情况相比，可以更快通知进行维修。

根据本发明的另一实施方式，分离的功率备用单元被布置成也向驱动单元的显示单元供电。由此也可以在电力故障的情况下示出重要信息。

在从属权利要求中限定本发明的更多实施方式。

根据本发明的又一方面，提供一种包括上述驱动单元的断路器，由此实现与上述优点相似的优点。

根据下文给出的本发明具体实施方式的详细描述和仅通过示例给出的附图，将清楚本发明的更多特性及其优点。

附图说明

图1图示了用于断路器的现有技术驱动系统。

图2图示了根据本发明一个实施方式的驱动系统。

图3示意地图示了根据本发明的分离功率设备的设置。

具体实施方式

用于断开和闭合断路器的接触器件的操作机构或者致动器装置可以是不同类型，例如由弹簧或者液压或者气压技术实施的类型，或者是电动类型。本发明涉及电动驱动系统，其中经由电子器件控制对断路器的操作致动器进行驱动的伺服电动机。伺服电动机用来直接地驱动断路器的操作致动器。

图2图示了根据本发明的断路器10的一个实施方式。断路器10包括驱动单元11、能量传输装置12和一个或者多个断路器极13(在图中示出了仅一个)。断路器极13包括用于断开(脱扣)和闭合断路器10的接触器件。

能量传输装置12被布置成断开和闭合(脱扣和闭合)断路器触点。能量传输装置12包括直接地或者通过机械链接来移动断路器触点的伺服电动机。驱动单元11的控制单元17以数字方式控制伺服电动机。电动机旋转变压器(resolver)是在控制单元17与伺服电动机之间的接口。在不同部件之间的连接在图中由箭头表示。

本发明涉及断路器10的驱动单元11。驱动单元11包括充电单元14、在下文中表示为电容器单元15的能量缓存器、转换器单元16、控制单元17和I/O(输入/输出)单元18。

电容器单元15将馈电电流提供给断路器10的伺服电动机。电容器单元15包括多个串联/并联连接的电解电容器。例如，电容器单元15可以包括串联连接的两组，并且其中每个组包括并联连接的6个电容器。根据负载并且为了满足在国际标准中指定的操作序列要求来选择电容器的数目。

充电单元14被布置成对电容器单元15进行充电。当进行断路器操作时，从电容器单元15提取功率。电压由此减少，然后激活充电单元14以便对电容器单元15重新充电。充电单元14连接到供电电源(交流)和作为备用的附加电源(直流)。

转换器单元16将来自电容器单元15的直流电压转换成伺服电动机所需受控开关交流电压。

控制单元17包括用于控制断路器10的功能的一个或者多个微处理器。这样的功能的例子包括：在操作期间控制和调节电动机、负责通信、监控、I/O功能等。

I/O单元18提供在驱动单元11与用户之间的接口。从变电站或者控制中心接收脱扣和闭合命令(在图中由相应箭头表示)并且将这些命令转发到控制单元17，该控制单元然后通过发送适当信号来执行所需操作。

根据本发明，驱动单元11还包括用于在电力故障期间向控制单元17供电的功率备用单元19。由此即使失去针对驱动单元11的供电电源，仍然有可能让电动机驱动可操作持续一段时间。

图3示意地图示了驱动单元11的分离功率备用单元19的布置。功率备用单元19连接到充电单元14和控制单元17。

功率备用单元19优选地包括与普通电容器相比时具有高能量密度的一个或者多个高电容的电容器模块。高电容的电容器被快速充电并且提供可靠的操作。另外，它适合于在温度范围从-50℃到+70℃的环境中使用，并具有有利的维护成本并且也具有长的服务寿命。高电容的电容器模块可以具有范围为数法(F)至如500F内的值。

通过对如上所述放置在针对控制单元17的电子器件的电源(例如15V)上的高电容的电容器组进行充电，来创建能量缓存器。然后，通过在失去电力时允许在电源上少量电压降来使用在该能量缓存器中的能量。这一电压降由电子器件补偿。利用这一解决方案，仅需将无源部件用于对能量缓存器的充电，并且可以简化充电单元14。具体而言，充电单元14之所以简化是因为仅要求它为驱动单元11中的电子器件的电源提供单个电压。除了用于限制向该备用装置的充电电流的一些无源部件之外，无需将专门充电器用于该备用能量组。本发明因此给出了成本更低的设计。

在本发明的另一实施方式中，功率备用单元19包括铅酸电池、锂离子电池、NiMH电池或者其它类型的电池。然而，由于多数用户要求设备的服务时间长并且也需要可以耐受变化室外温度的设备，所以优选高电容的电容器模块。

本发明也实现定制“保持(holdup)时间”，即控制单元17即使在供电电源电力故障的情况下仍然可操作的时间。通过添加更多电容器或者更大电容器，用户可以实现在完全失去电源期间的电动机驱动服务时间的增加。

功率备用单元19可以被布置成也向驱动单元11的显示单元供电。根据现有技术，驱动单元的控制面板在电力故障期间并不显示任何信息，因为在这样的故障期间没有向它供电。根据本发明，可以连接功率备用单元19以便也向本地用户控制面板(在图中未示出)供电。可以使整个控制面板或者仅使它的部分通电。

本发明也带来了用于对断路器10进行维护工作的安全性的改善。在现有技术中，因为需要向控制单元17提供备用能量，由此不能在无电源时进行对电容器单元15的放电操作。自放电将需要数个小时。根据本发明，可以通过伺服电动机对电容器单元15非常迅速地进行放电。可以在一分钟内或者甚至在约30秒内完成这样的放电。因此可以快速修复故障，并且提供了在现场维护期间的安全性改善。

根据本发明，功率备用单元19是分离单元。在本文中，字眼“分离”将解释为提供功率备用单元19以便具有在电力故障的情况下将备用能量提供给驱动单元11的唯一任务。也就是说，在断路器10的正常操作期间通常不使用功率备用单元19。

上述断路器10优选为适合于室外使用的高压断路器。“高压”在输电作业中一般意味着72,500V以及更高。

Claims (13)

1.一种驱动单元(11)，用于控制断路器(10)的断开和闭合操作，所述驱动单元(11)包括控制单元(17)和能量缓存单元(15)，其中所述能量缓存单元(15)被布置成向致动器装置供电，所述致动器装置被布置成执行所述断路器(10)的所述断开和闭合操作，其特征在于，所述驱动单元(11)包括与所述能量缓存单元(15)分离的功率备用单元(19)，用于在电力故障期间将功率备用提供给所述控制单元(17)。

2.如权利要求1所述的驱动单元(11)，其中所述分离的功率备用单元(19)包括一个或者多个高电容的电容器模块。

3.如权利要求1或者2所述的驱动单元(11)，其中所述分离的功率备用单元(19)连接到所述驱动单元(11)的充电单元(14)。

4.如权利要求3所述的驱动单元(11)，其中所述分离的功率备用单元(19)被布置成在所述断路器(10)的正常操作期间被充电。

5.如任一前述权利要求所述的驱动单元(11)，其中所述驱动单元(11)还包括用于显示信息的控制面板，并且其中所述分离的功率备用单元(19)被布置成在电力故障期间也向所述控制面板供电。

6.如权利要求3-5中的任一权利要求所述的驱动单元(11)，其中所述充电单元(14)被布置成对能量缓存单元(15)进行充电，所述能量缓存单元(15)又被布置成向伺服电动机供电，所述伺服电动机被布置成执行所述断路器(10)的所述断开和闭合操作。

7.如权利要求6所述的驱动单元(11)，其中所述能量缓存单元(14)经由转换器单元(16)连接到所述伺服电动机。

8.如权利要求6或者7所述的驱动单元(11)，其中在所述伺服电动机中的旋转变压器构成所述伺服电动机与所述控制单元(17)之间的接口。

9.如任一前述权利要求所述的驱动单元(11)，其中所述断路器(10)是高压断路器。

10.一种断路器(10)，包括用于控制所述断路器(10)的断开和闭合操作的驱动单元(11)，所述驱动单元(11)包括控制单元(17)和充电单元(14)以及能量缓存单元(15)，其中所述充电单元(14)被布置成对所述能量缓存单元(15)进行充电，而所述能量缓存单元(15)又被布置成向伺服电动机供电，所述伺服电动机被布置成执行所述断路器(10)的所述断开和闭合操作，其特征在于，所述驱动单元(11)包括与所述能量缓存单元(15)分离的功率备用单元(19)，用于在电力故障期间将功率备用提供给所述控制单元(17)。

11.如权利要求10所述的断路器(10)，其中所述分离的功率备用单元(19)包括一个或者多个高电容的电容器模块。

12.如权利要求10或者11所述的断路器(10)，其中所述分离的功率备用单元(19)连接到所述驱动单元(11)的所述充电单元(14)。

13.如权利要求12所述的断路器(10)，其中所述分离的功率备用单元(19)被布置成在所述断路器(10)的正常操作期间被充电。

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