CN101931209A

CN101931209A - 发信电气故障的设备和方法、包含该设备的单元和配电板

Info

Publication number: CN101931209A
Application number: CN2010102162695A
Authority: CN
Inventors: 西蒙·蒂安; 克莱门特·泽勒; 杰尔姆·穆尼尔-卡鲁斯
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: BRPI1002181A2; ES2383742T3; ATE557282T1; AU2010202580B2; EP2267465B1; AU2010202580A1; EP2267465A1; CN101931209B; FR2947054A1; BRPI1002181B1

Abstract

电气故障信令设备包含差动电流传感器、包含故障电流检测部件(21)的处理部件(16)和电气故障信令部件(17、18)。所述处理部件包含检测控制输入端(30)上的电压的部件(29)。当所述第一检测信号(Fd1)代表阈值过冲时，和当所述电压检测部件(29)在所述控制输入端上检测到电压断供时，信令处理部件(22)将第一信令信号(IS1)提供给所述信令部件(23、24、25)。该方法包含当检测到所述第一阈值的过冲(55)和检测到电压断供时的定位电气故障的信号发送(58)。

Description

发信电气故障的设备和方法、包含该设备的单元和配电板

技术领域

本发明涉及一种用于信号发送(signalling)电气故障的设备，所述设备包含：

-电流测量部件，用于测量泄漏、差动或残余电流；

-处理部件，包含与所述电流测量部件连接的故障电流检测部件，并当测量电流超过预定第一阈值时，提供第一故障检测信号；和

-与所述处理部件连接的用于信号发送电气故障的部件。

本发明还涉及一种差动保护单元，所述差动保护单元包含当发生电气故障时，能够使主触片打开的电气开关(electric switchgear)装置。

一种包含一条供电输入线(electric power supply line incomer)和几条配电馈线(electric distribution feeder)的配电板(electric distribution panel)。

本发明还涉及一种用于信号发送电气故障的方法。

背景技术

图1示出了差动保护单元的图的例子。这个单元可以是差动开关或差动断路器，包含主触片1以便中断导电线中的电流。测量差动电流Id的传感器3测量流入导线2中的差动或残余电流。传感器3一般包含安排成围绕导线2的磁路4的测量环、和当超过跳闸阈值时提供次级电流Is来控制跳闸继电器(trip relay)6的次级绕组5。继电器6经由操作机构7发出打开触片1的命令。这些差动保护单元可以与电气故障信令设备联系在一起使用。

电气故障信令设备的图表示在图2中。它可以装配在差动保护设备的线路侧或负载侧，或甚至可以以孤立方式独自使用。该设备包含安排在电流导线2周围的测量差动或残余电流Id的传感器10。传感器10一般由圆环14和次级绕组15形成，以便将代表差动电流Id的测量次级电流Im提供给处理电路16。当超过故障电流阈值时，该处理电路向本地或远程信令部件(remotesignalling means)发出命令。在这些信令部件当中，可以存在指示器17或继电器18。将供电电路19与处理电路16连接，以便供应电力和存储信令数据(signalling data)。

在已知方式中，电气故障信令设备用于防止差动保护单元跳闸。在这种情况下，该信令设备具有比跳闸阈值低的检测阈值。当检测到故障时，信令设备就向本地或远程警报器或显示设备发出命令。这种检测一般是缓慢的和经过过滤的，以防止假报警。

在其它已知系统中，电气故障信令设备用于在跳闸之后定位电气故障。即使在受监视的线路跳闸或断开的情况下，这些设备也必须存在辅助电源。而且，在这种情况下，由于发生电路高速跳闸或断开，所以必须非常迅速地进行电气故障电流的检测。

已知电气故障信令设备不启用在单个设备中相关联的跳闸前电气故障防止功能和跳闸后故障定位功能。事先上，这些功能具有非常不同的特性，并且在处理通道中是不相容的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于信号发送启用防止功能和定位功能的电气故障的设备和方法，以及包含这样设备的差动保护单元和配电板。

在按照本发明的电气故障信令设备中，所述处理部件包含：

-与电压存在控制输入端连接的电压检测部件；和

-与所述电压检测部件和故障电流检测部件连接的信令处理部件，用于当所述第一故障检测信号代表阈值过冲(threshold overshoot)时，和当所述电压检测部件在所述电压存在控制输入端上检测到电压断供时，将第一信令信号提供给所述信令部件。

有利的是，当在预定间隔内测量电流超过预定第一阈值时，所述检测故障电流的部件提供第二故障检测信号，和当在所述预定间隔期间所述第二检测信号代表阈值过冲时，所述信令处理部件将第二信令信号提供给所述信令部件。

在一个优选实施例中，所述信令部件发出如下命令：

-当所述处理和信令部件提供所述第一信令信号时，第一种显示代表故障定位；和

-当所述处理和信令部件提供所述第二信令信号时，第二种显示代表故障防止。

最好，将所述第一信令信号和所述第二信令信号施加给相同信令部件和/或相同继电器。

有利的是，所述信令部件包含至少一个双稳态指示器。最好，所述信令部件包含至少一个双稳态液晶显示器。

在一个特定实施例中，该设备包含第一部分和第二部分，所述第一部分包含安排在能够以轨道形式安装在支承物上的模块中的处理部件，而所述第二部分包含至少所述电流测量部件并与所述第一部分连接。

包含当发生电气故障时，能够使主触片打开的电气开关装置的、按照本发明的差动保护单元包括如上定义的电气故障信令设备，包含安排在所述电气开关装置附近的第一部分、和安排成面对所述电气开关装置的输出端的支承所述电流测量部件的第二部分。

在这个单元中，所述电压存在控制输入端最好从所述电气开关装置的角度来看连接在负载侧。

在包含一条供电输入线和几条配电馈线的、按照本发明的配电板中，至少一条馈线包含如上定义的电气故障信令设备。

最好，所述配电板包含从至少一个电气故障信令设备的角度来看在线路侧的至少一个差动保护设备。

按照本发明进行电气故障信令的方法包含：

-测量差动或残余故障电流；

-将所述故障电流与第一检测阈值相比较以检测阈值过冲；

-在预定间隔期间检测所述第一阈值的过冲；

-在电压存在控制输入端上检测电压断供；

当检测到所述第一阈值的过冲和所述电压存在检测检测到电压断供时的定位电气故障的信号发送。

有利的是，所述信令方法还包含：当在预定时间间隔期间发生所述第一阈值的过冲时的防止电气故障的信号发送。

最好，所述信令方法还包含：存储定位电气故障的信令和确认定位电气故障的信令。

附图说明

通过对为非限制性例子给出并表示在附图中的本发明特定实施例作如下描述，本发明的其它优点和特征将更加显而易见，在附图中：

-图1代表已知差动保护设备；

-图2代表已知电气故障信令设备；

-图3代表按照本发明实施例的电气故障信令设备的框图；

-图4和图5代表按照本发明实施例的电气故障信令设备的模块图；

-图6代表按照本发明实施例用于信号发送电气故障的方法的流程图；

-图7、图8和图9代表按照本发明实施例用于信号发送电气故障的设备或方法的操作的时序图；

-图10代表包含差动保护设备和按照本发明实施例用于信号发送电气故障的设备的单元；

-图11代表包含安排在受保护馈线上的按照本发明实施例用于信号发送电气故障的设备的配电板的图；

-图12代表包含差动保护开关设备和安排在分路连接馈线上的按照本发明实施例用于信号发送电气故障的设备的配电板的图；

-图13代表带有安排在电气装置附近的电缆通道的按照本发明第一实施例用于信号发送电气故障的设备；

-图14代表带有从电气装置的角度来看在负载侧的电连接的按照本发明第二实施例用于信号发送电气故障的设备；

-图15代表包含安排在相同外壳中的差动保护设备和用于信号发送电气故障的设备的单元；

-图16代表包含导电线的线路侧/负载侧连接部的按照本发明第三实施例用于信号发送电气故障的设备；

-图17代表包含远程故障电流测量变压器的按照本发明第四实施例用于信号发送电气故障的设备；和

-图18和图19代表用在按照本发明实施例的设备中的双稳态指示器的图和控制时序图。

具体实施方式

按照优选实施例用于信号发送电气故障的设备用框图表示在图3中。这个设备包含测量差动或残余漏电流的电流测量传感器10。传感器10一般以围绕导电线2安排的圆环和次级绕组15的形式由变压器形成，以便将代表差动电流Id的信号Id1提供给处理电路20。

处理电路20包含将次级电流信号Id1调节成能够供模拟或数据电路处理的信号Id2的信号处理模块21。模块22可以包含额定值或阈值调整功能。处理电路20还包含全局处理电路22，用于接收代表差动电流的信号Id2，并当测量电流超过预定第一阈值SId时，提供第一故障检测信号Fd1。阈值SId一般低于差动保护设备的跳闸阈值。

用于信号发送电气故障的设备还包含与电路22连接的用于信号发送电气故障的信令部件。尤其，信令部件可以是指示器23、继电器24或经由通信总线25的连接。在图3的实施例中，控制部件与处理电路20连接。在这些控制部件当中，开关26发出测试信令部件的命令，开关27在故障存储的情况下发出确认或复位的命令，和位置改变开关28用于调整信令阈值。供电电路31将电力供应给处理设备电路。

在本发明的优选实施例中，处理电路20包含与电压存在控制输入端30连接的线电压检测电路29，以提供电压存在信号VL1。在图3中，处理电路22与电压存在检测电路29连接，并处理故障电流Id2，以便当所述第一检测信号代表阈值过冲时和当电路29在所述电压存在控制输入端30上检测到电压断供时，将第一信令信号IS1提供给信令部件。阈值过冲可能与电压断供同时发生或发生在电压断供之前。

最好，从故障信令设备的电流测量的角度来看，电压输入端30可以连接在线路侧或负载侧。这些输入端30也可以与配电系统的多个远点连接。

图4代表按照本发明实施例的电气故障信令设备的模块图。比较器40将代表差动电流的信号与阈值SId相比较。如果超过阈值，将第一差动故障信号Fd1供应给第一信令处理模块41。线电压检测电路29还将代表存在线电压的信号VL1供应给模块41a。因此，模块41处理信号Fd1和VL1，并在存在故障检测信号Fd1期间，当信号VL1宣告线电压断供时，供应第一信令信号IS1。信号Fd1可以存储在存储器中一会儿，以保证正好在电压断供之前检测到故障。图4还示出了暂停模块42，暂停模块42接收第一差动故障信号Fd1，并当在预定时间T期间存在第一信号时，供应第二差动故障信号Fd2。因此，当在预定时间T内测量电流超过预定第一阈值时，供应第二故障电流检测信号。然后，第二信令信号在预定时间期间代表阈值过冲。第二信令处理模块43接收第二信号Fd2，并供应在时间T期间指示阈值过冲的第二信令信号IS2。模块43可以将信令存储在存储器中，然后通过特殊命令确认。

图5示出了第一信令信号的显示通道。当在差动故障期间或正好在差动故障之后发生电压断供时，存储模块44接收信号IS1，并将存储的信令信号ISM1供应给显示器或远程信令部件。可以命令模块或部件46进行存储模块44的复位或确认。

最好，当模块41供应所述第一信令信号IS1时，第一种显示代表故障定位，而当模块43供应所述第二信令信号IS2时，第二种显示代表故障防止。在另一个实施例中，可以将第一信令信号IS1和第二信令信号IS2施加给相同指示器和/或相同继电器。在这种情况下，防止信号IS1在正常工作期间有效，而定位信号IS2在开关或断路器因故障使电路跳闸和断开之后保持有效。

图6代表按照本发明实施例用于信号发送电气故障的方法的流程图。在步骤50中将该方法初始化之后，步骤51检验是否存储了故障定位信令信号IS1。如果该信号已存储，步骤52命令显示信号IS1或确认信号IS1的显示。在步骤53中可以通过，例如，人工确认删除这个信号。正常工作时，步骤54进行差动或残余故障电流的测量。在步骤55中，将所述故障电流与第一检测阈值加以比较，以检测阈值过冲。步骤56启动时间计数器，以便在预定时间内检测所述第一阈值的过冲。在步骤57中，进行电压存在控制输入端上电压断供的检测。如果检测到电压断供，由于发生了所述第一阈值的过冲和电压存在检测检测到电压断供，因此步骤58宣告定位电气故障。步骤58也能够启动电气故障的定位的信令。在步骤53中确认电气故障的定位的信令。

如果未检测到电压断供，步骤59检验暂停是否结束。如果仍然存在故障电流，由于在预定时间内已经发生了第一阈值的过冲，因此步骤60供应第二故障信号Fd2，以便执行电气故障的防止的信令。在某些情况下，步骤62在重新初始化之前检验故障的存在。

图7、图8和图9代表按照本发明实施例的电气故障信令设备或方法的操作的时序图。图7给出了检测到长差动故障但没有跳闸的情况。信号VL所代表的电压正好从时间t0开始出现。在时间t1，差动故障电流Id冲过阈值SId。这个故障马上在设备的输出IdS上显示出来。由于在预定暂停D之后该故障仍然存在，因此本地显示信号SD向显示部件发出命令，而信号RC向信令继电器发出命令。在这种情况下，显示信号代表故障防止。在时间t2，由于仍然存在故障，因此不考虑确认或复位命令Rs。在时间t3，故障电流下降到低于阈值SId，这种变化马上显示在输出Ids上。当将信号SD和RC存储起来时，它们继续指示故障防止直到确认命令时间t4。

图8给出了检测到短差动故障的情况。信号VL所代表的电压正好从时间t0开始出现。在时间t5，差动故障电流短时间内冲过阈值SId。这种过冲马上在设备的输出IdS上显示出来。由于这种短过冲具有比预定时间D短的持续时间，因此不激活信令信号SD和RC。

图9给出了检测到差动故障并发生跳闸的情况。信号VL所代表的电压正好从时间t0开始出现。在时间t7，差动故障电流Id超过阈值SId。这种阈值过冲马上在设备的输出IdS上显示出来。在时间t8，电压VL不再存在，并抵消了故障电流Id。时间t8和t7之间的时间间隔短于预定时间间隔D。这种状态代表跳闸了的故障。然后，必须在跳闸之后定位该故障。将显示信号SD供应给本地显示器，并且，存储的信号RC向继电器发出命令。在这种情况下，显示信号代表故障定位信号。如果电压VL也用于设备的供电，可以中断信号SD，而继电器信号RC可以保持有效。在时间t9，电压VL再次出现，并且故障电流Id低于阈值。当将信号SD和RC存储起来时，继续故障定位信令。在时间t10，确认命令通过删除存储的信号将设备重新初始化。电流Id对阈值的过冲可以存储一会儿，以保证在电压断供之前检测到故障。

图10代表包含差动保护设备71和按照本发明实施例的电气故障信令设备72的单元。该差动保护设备包含当发生电气故障时，能够跳开的主触片1。该电气故障信令设备如上述实施例所定义。在本图中，电压存在监视输入端从所述差动保护设备的角度来看连接在负载侧。

图11代表包含安排在受断路器75保护的馈线上的按照本发明实施例的电气故障信令设备的配电板73的图。供电输入线76供应几条受保护配电馈线74。一条或多条馈线包含安排在断路器75的负载侧的电气故障信令设备70。

图12代表包含从安排在分路连接馈线94上的几个电气故障信令设备93的角度来看装配在线路侧的差动保护开关设备92的配电板的图。

图13代表带有安排在电气装置77附近的电缆通道的按照本发明第一实施例的电气故障信令设备。该信令设备包含安排在电气装置77附近的第一部分78、和安排成面对所述电气装置的输出端的支承差动电流传感器的第二部分79。输入端30安排在第一部分78上。电子装置最好是带有或不带差动保护的开关或断路器。

图14代表带有要连接在电气装置的负载侧的电连接81的按照本发明第二实施例的电气故障信令设备。电流传感器在该装置内部，将输出端82安排在设备的外壳中。这个外壳包含差动信令指示器83和84、调整部件85、和辅助连接器86。连接器86可以接纳通信总线、继电器输出和/或电压存在输入。在本实施例中，也可以在从电子装置的角度来看在负载侧的连接81上有利地恢复电压存在输入。从而，利用与故障馈线相联系的电气装置指示故障定位。

图15代表包含安排在相同外壳87中的差动保护设备和电气故障信令设备的单元。除了电气故障信令设备的元件之外，该外壳还包含差动保护设备与电气开关装置之间的机械连接88、以及测试差动保护功能的测试按钮89。指示器90用于显示几种差动故障电流功能。

图16代表包含导电线2的线路侧/负载侧连接的按照本发明另一个实施例的电气故障信令设备95。线路侧/负载侧连接可以经由直接电缆套管96或经由线路侧连接端97和负载侧连接端98实现。

图17代表包含远程定位故障电流测量变压器的按照本发明另一个实施例的电气故障信令设备。因此，该设备包含第一部分78和第二部分79，第一部分78包含安排在能够以轨道形式安装在支承物99上的模块中的处理电路20，而第二部分79包含通过电连接100与第一部分连接的至少一个电流测量传感器10。

信令部件可以区分用于防止的信令83和电压断供或跳闸之后的故障定位信令84。最好，使用的指示器可以是双稳态型的，以便在未供电的情况下得到命令之后保持它们的状态。有利的是，双稳态指示器是按照控制或供电电压的极性改变颜色的双稳态指示灯或液晶显示器。这些双稳态指示器可以是，例如，胆甾相液晶型的。

图18和图19代表用在按照本发明实施例的设备中的双稳态指示器的图和命令时序图。显示处理电路101命令电压反向器102将第一极性电压或反向第二极性电压供应给双稳态显示器103。二极管104和电容器105能够存储足够的电能，以便在供电电压VDD经历断供之后，将电压VS供应给显示命令。在该时序图中。在时间t20，电压VS大约与电压VDD相同。显示命令将第一极性+VB或反向极性-VB的电力供应给双稳态指示灯。然后，在时间t21，指示器保持其与该命令相对应的显示颜色。

用于故障防止或用于故障定位的显示类型可以采取几种形式，例如，利用两个不同指示器。在另一个实施例中，可以命令单个指示器闪烁来指示故障防止，或稳定地亮着并存储来显示故障定位。单个指示灯的颜色变化也可以代表故障防止或定位。

上述的差动电流也对应于残余电流、漏电流、接地故障电流或零序电流。按照本发明的设备可同样好地应用于双极、三极或四极配电系统。

在其它实施例中，设备可以含有与几个电流传感器连接的几个处理电路。在这种情况下，公用电压输入可以用于定位几条馈线的故障。

Claims

1.一种用于信号发送电气故障的设备，包含：

-电流测量部件(10)，用于测量泄漏、差动或残余电流；

-处理部件(16)，包含与所述电流测量部件连接的故障电流检测部件(21)，并当测量电流超过预定第一阈值(SId)时，提供第一故障检测信号(Fd1)；和

-与所述处理部件连接的用于信号发送电气故障的部件(17、18)，

所述设备的特征在于，所述处理部件包含：

-与电压存在控制输入端(30)连接的电压存在检测部件(29)；和

-与所述电压检测部件(29)和所述故障电流检测部件(40)连接的信令处理部件(22)，用于当所述第一故障检测信号(Fd1)代表阈值过冲时，和当所述电压检测部件(29)在所述电压存在控制输入端上检测到电压断供时，将第一信令信号(IS1)提供给信令部件(23、24、25)。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，当在预定间隔(T)内测量电流超过所述预定第一阈值时，所述故障电流检测部件(40、42)提供第二故障检测信号(Fd2)，和当在预定间隔(T)内所述第二故障检测信号(Fd2)代表阈值过冲时，所述信令处理部件(22、43)将第二信令信号(IS2)提供给所述信令部件(23、24、25)。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，所述信令部分发出如下命令：当所述信令处理部件提供所述第一信令信号(IS1)时，第一种显示代表故障定位；和当所述信令处理部件提供所述第二信令信号(IS2)时，第二种显示代表故障防止。

4.按照权利要求1到3的任何一项所述的设备，其特征在于，将所述第一信令信号(IS1)和所述第二信令信号(IS2)施加给相同指示器(23、90、103)和/或相同继电器(24)。

5.按照权利要求1到4的任何一项所述的设备，其特征在于，所述信令部件包含至少一个双稳态指示器(103)。

6.按照权利要求1到4的任何一项所述的设备，其特征在于，所述信令部件包含至少一个双稳态液晶指示器(103)。

7.按照权利要求1到6的任何一项所述的设备，其特征在于，它包含第一部分(78)和第二部分(79)，所述第一部分(78)包含安排在能够以轨道形式安装在支承物上的模块中的所述处理部件，而所述第二部分(79)包含至少所述电流测量部件(30)并与所述第一部分连接。

8.一种差动保护单元，包含当发生电气故障时，能够使主触片(1)跳开的电气开关装置(71，77)，其特征在于，它包含按照权利要求1到7的任何一项的电气故障信令设备(72、78、79)，所述电气故障信令设备(72、78、79)包含安排在所述电气开关装置附近的第一部分(78)、和安排成面对所述电气开关装置的输出端(80)的支承所述电流测量部件(10)的第二部分(79)。

9.按照权利要求8所述的差动保护单元，其特征在于，所述电压存在控制输入端(30)从所述电气开关装置(71、77)的角度来看连接在负载侧。

10.一种包含一条供电输入线(76)和几条配电馈线(74、94)的配电板，其特征在于，至少一条馈线包含按照权利要求1到7之一的电气故障信令设备(70，93)。

11.按照权利要求10所述的配电板，其特征在于，它包含从至少一个电气故障信令设备(93)的角度来看在线路侧的至少一个差动保护设备(92)。

12.一种电气故障信令方法，其特征在于，它包含：

-测量(54)差动或残余故障电流；

-将所述故障电流与第一检测阈值相比较(55)以检测阈值过冲；

-在预定间隔(T)期间检测(56、59)所述第一阈值的过冲；

-在电压存在控制输入端上检测(57)电压断供；

-当检测到所述第一阈值的过冲(55)和所述电压存在检测(57)检测到电压断供时信号发送(58)定位电气故障。

13.按照权利要求10所述的信令方法，其特征在于，它包含：当在预定时间间隔(T)期间发生所述第一阈值的过冲时信号发送(60、61)防止电气故障。

14.按照权利要求10或11所述的信令方法，其特征在于，它包含：存储(58)定位电气故障的信令和确认(53)定位电气故障的信令。