CN101952922B - 保护继电器及用于其的人机接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在配电系统中用于保护电气设备的全操作式数字保护继电器或智能电子装置(LED)。该继电器包括输入模块、处理模块以及输出模块。从连接至输入模块的电流变压器中接收到的信号由处理模块评估，且在对此作出反应的情况下，解扣信号可通过输出模块输出到断路器的促动器。基本人机接口(HMI)使使用者能够将例如延迟时间或标称电流的操作参数输入到处理模块。作为选择，另外的HMI可附连至保护继电器，且通过用于数据交换的适当的接口连接至处理模块，以对使用者显示与保护有关的信息。这个另外的HMI是可选的且可拆卸的，即，该HMI可重复地附连至保护装置，以及从该保护装置上拆卸。在保护继电器的使用中，可拆卸的HMI提供提高的灵活性，因为使用者可通过获得该类型的可拆卸的HMI且在最适于其发展的需要时调整保护继电器的接口能力。

Description

保护继电器及用于其的人机接口
技术领域
本发明涉及电力分配(electrical power distribution)领域。其以如权利要求1的前序部分中所描述的、在配电系统(power distributionsystem)中用于保护电气设备的保护继电器为出发点。
背景技术
配电系统是输电网络(power transmission network)和电终端消耗器(customer)之间的接口(interface)。通常，配电系统包括多个一次变电所(primary substation)，该一次变电所通过输电线(power line)和开关连接至二次变电所。一次变电所包含变压器，该变压器使电压从传输电网(transmission grid)或子传输电网(sub-transmission grid)的HV级降低到适于地区传输的MV级。分配级网络操作包括与变电所的一次设备和输电线交互的二次装置，例如开关、抽头变换器、电容器组等。负责控制、保护、测量以及监测的分配自动化(DA)系统包括在SA通讯网络中互连且通过过程接口(process interface)与一次装置交互的二次装置。
在自动化的输电和配电中，二次装置包括基于微处理器的可编程电子装置或数字继电器，也称为智能电子装置(IED)，其能够将控制信号发送到开关装置，例如断路器和断开器。现今使用的大多数数字继电器结合了保护、控制、监测、通讯、电力质量(power quality)监测以及计量能力。由数字继电器支持的保护功能可包括用于相位元件和接地元件的延迟时间和瞬时过电流功能、序向(sequence directional)过电流功能、重接功能、过频和欠频(over-and under-frequency)保护功能，以及过压和欠压保护功能。数字继电器装置还支持各种计量功能；电压下跌(sag)、增大(swell)以及中断的监测；故障定位算法；以及示波记录存储，并且数字继电器装置构造成本地(locally)使用数字继电器的前面板或远程使用设定软件工具。在许多情况下，将所需要的保护功能性预先载入继电器装置中，然后利用连接至继电器装置的工具激活(enable)和确定参数。
如上文所概述的那样，保护继电器的基本功能是在过电流或接地故障情形的情况下通过使断路器解扣并中断输电线来保护电气设备。通常，当在预定的时限下所测量的线路中的电流超过标称值或设定值时，通过保护继电器产生代表解扣线圈或断路器的其它促动器的解扣信号。例如，超过电流变压器的额定电流(rated current)的20倍的故障电流可导致保护继电器在40°msec延迟的情况下释放解扣信号。
为了单独的输电线的过电流和接地故障保护，可使用带有对继电器电子器件供电的站电池(station battery)的静态的辅助供电的(auxiliary-powered)保护继电器。但是，在某些情形(例如城区中的环网柜(RMU)安装)中，辅助供电的保护继电器可能是不可接受的，而是使用所谓的自供电(self-powered)或自供应的继电器。在这种情况下，继电器电子电路所需要的能量以及释放到解扣线圈的能量由电流探测变压器供应。微控制器硬件设计和相关联的软件的优化平衡是至关重要的，并且使用者可通过用于参数设定的机械式二元或双列直插式组件(Dual In-line Package)(DIP)开关或者备选地通过基于电池供电的文字数字式LCD的人机接口(Human Machine Interface)(HMI)来定制自供应保护继电器。
发明内容
本发明的目的是在保护继电器的使用中提高灵活性。该目的分别由根据权利要求1和5的保护继电器和用于保护继电器的人机接口实现。其它的优选实施例根据从属权利要求中是明显的。
根据本发明，一种用于通过使断路器解扣并中断输电线来保护电气设备的全操作式数字保护继电器或智能电子装置(LED)包括输入模块、处理模块以及输出模块。从连接至输入模块的电流变压器中接收到的信号由处理模块评估，且在对此作出反应的情况下，解扣信号可通过输出模块输出到断路器的促动器。基本(base)人机接口(HMI)使使用者能够将例如延迟时间或标称电流的操作参数输入到处理模块。作为选择，另外的HMI可附连至保护继电器，且可通过用于数据交换的适当的接口连接至处理模块。这个另外的HMI是可选的且可拆卸的，即，其例如可借助于螺钉或任何其它类型的可移除接合件来重复地附连至保护装置，以及从该保护装置上拆卸。在保护继电器的使用中，可拆卸的HMI提供提高的灵活性，因为使用者可通过获得该类型的可拆卸的HMI且在最适合其发展的(evolving)需要时调整保护继电器的接口能力。此外，两个HMI是以互补的方式操作，其中，基本HMI例如借助于DIP设定来提供操作参数的粗略设定或调节，而可拆卸的HMI则通过其先进的输入器件来提供相同的操作参数的精密调节。因此，使用者可通过基本HMI来指定或选择粗略设定，以及可选地通过可拆卸的HMI来提供更加详细的输入。
在本发明的一种优选变型方案中，保护继电器是自供电的，且电流探测变压器对保护继电器供应了必要的能量，而基本HMI包括用于参数设定的多个机械式二元或双列直插式组件(DIP)开关。这使得继电器适于保护继电器的辅助电源(power supply)可能在其中不可行的某些应用领域，而同时通过机械开关将关于操作参数的无源的(powerless)非衰落(non-fading)反馈提供给使用者。
在本发明的另一种优选变型方案中，保护继电器适于在其壳体的凹部中容纳辅助的或备用的电源，例如电池或电容器。于是，后者使HMI能够即使在一旦输电线已被切断且因而自供电供应停用的情况下也至少在对于恰当地记录预故障数据所必要的有限量的时间下继续操作。
有利地，除了用于对使用者提供信息的显示器之外，可拆卸的HMI本身包括用于由使用者输入代表处理模块的任何类型的输入(例如二元的是/否响应、数字值和/或操作参数设定)的器件。为此，可拆卸的HMI可包括数字键盘、光标控制(cursor-control)按钮和/或触摸屏。
根据本发明的有利的实施例，每当使用者通过基本HMI设定具体参数时，可拆卸的HMI的显示器就立刻示出该设定，并且菜单列出了与该具体参数有关的其它的选择。
附图说明
在下文中将参照优选的示例性实施例(其示出在附图中)更详细地解释本发明的主题，优选的示例性实施例示出在附图中，其中：
图1是保护继电器的示意图；以及
图2是保护继电器的透视图。
在参考标号的列表中以总结的形式列出了图中所使用的参考标号及其意思。原则上，相同部件在图中设有相同的参考标号。
具体实施方式
图1是包括主要模块或及其部件以及一些上下文元件的保护继电器10的示意图。模拟输入模块(analogue input module)20连接至电流探测变压器21，该电流探测变压器21继而提供表示输电线22中的电流的电流信号。输入模块20提供电流信号过滤和调节，且连接至处理模块30。处理模块30评估或分析电流信号，并且命令输出模块40产生代表断路器(未显示)的解扣线圈41的解扣信号。供电模块(powersupply module)70由电流探测变压器21供以电力，且将电力供给到其它模块20，30，40，其中，供电方向大体由图1中的块状箭头指示。
以多个DIP开关形式的基本人机接口(HMI)50连接至处理模块30。同样，当可拆卸的HMI60恰当地附连至保护继电器10时，可拆卸的HM 60通过信号插接器(signal plug)或连接器32和通讯接口31(例如RS 232型)连接至处理模块30。电池71设为备用件，且通过电源插接器(power plug)或连接器72将电力供应到可拆卸的HMI60。
图2示意性地描绘了保护继电器10的透视图。HMI槽口11设为保护继电器的壳体中的凹部，可拆卸的HMI60或遮盖(dummy cover)可以可逆的(reversible)方式插入到该槽口中。在HMI槽口11中，提供了信号插接器32和电源插接器72，且信号插接器32和电源插接器72与可拆卸的HMI60的后侧上的匹配的配合连接器形成无电缆接触。可拆卸的HMI包括LCD显示器61以及用于光标控制的多个按钮62，或者备选地，用于双向信息传递的触摸屏。经过上文所提及的输入器件，且除了在保护继电器的前侧上的基本HMI50的机械式二元DIP开关设定之外，对操作参数带有更高分辨率的更精密的设定变得可由高级使用者所用。显示器61是图形式的，且不仅仅是文字数字式的，并且从而允许追踪例如随时间变化的相电流和接地电流。可拆卸的HMI还可包括用于从保护继电器中检索(retrieve)和存储(由于电池71所提供的辅助电力)故障记录数据的适当的存储器件。
部件列表
10 保护继电器
11 HMI槽口
20 输入模块
21 电流变压器
22 输电线
30 处理模块
31 通讯接口
32 信号插接器
40 输出模块
41 解扣线圈
50 基本HMI
60 可拆卸的HMI
61 显示器
62 按钮
70 供电模块
71 电池
72 电源插接器

Claims (7)

1.一种在配电系统中用于保护电气设备的保护继电器(10)，包括用于接收表示中电压输电线(22)的状态的信号的输入模块(20)、用于以数字的方式处理所述信号的处理模块(30)、用于将能量供应到断路器的促动器(41)的输出模块(40)、以及用于在所述处理模块(30)和可拆卸的人机接口(HMI)(60)之间的数据交换的接口(32)，所述人机接口(HMI)(60)带有用于由使用者指定所述保护继电器的操作参数的设定的输入器件，
其特征在于，所述保护继电器(10)包括基本人机接口(HMI)(50)，所述基本人机接口(HMI)(50)带有用于由使用者指定所述保护继电器的操作参数的粗略设定的机械开关，
并且，所述处理模块(30)适于从所述可拆卸的人机接口(HMI)(60)中接收所述操作参数的带有比所述粗略设定更高的分辨率的精密设定。
2.根据权利要求1所述的保护继电器，其特征在于，所述保护继电器包括适于从所述中电压输电线(22)中接收电力的供电模块(70)。
3.根据权利要求2所述的保护继电器，其特征在于，所述保护继电器适于容纳用于将电力供应到所述可拆卸的人机接口(HMI)(60)的辅助电源(71)。
4.根据权利要求1所述的保护继电器，其特征在于，所述处理模块(30)适于接收由使用者通过所述可拆卸的人机接口(HMI)(60)的按钮或触摸屏提供的输入数据。
5.一种人机接口(HMI)(60)，带有包括显示器(61)的输入器件，且适于附连至根据权利要求1至4中任一项所述的、在配电系统中用于保护电气设备的保护继电器(10)的接口(32)，其中，所述人机接口(HMI)(60)能够经由其后侧上的匹配的配合连接器与所述接口(32)形成无电缆接触。
6.根据权利要求5所述的人机接口(HMI)(60)，其特征在于，所述人机接口(HMI)(60)包括用于由使用者对处理模块(30)提供输入数据的按钮或触摸屏。
7.根据权利要求5所述的人机接口(HMI)(60)，其特征在于，所述人机接口(HMI)(60)适于接收所述保护继电器的操作参数的粗略设定，并且，所述显示器(61)适于对使用者显示所述粗略设定。
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