CN102084568A - 具有动态测试阈值的电路测试闭合器装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种电路测试闭合器能够闭合配电电路并在下一电流零点中断所产生的电流。一旦检测到故障，所述电路测试闭合器就开始工作，断开接触以隔离所述故障。接着，所述电路测试闭合器测试故障线路，以确定所述故障是否已被清除。所述电路测试闭合器可以利用一个或多个动态阈值来确定是否存在故障。

Description

具有动态测试阈值的电路测试闭合器装置和方法

本发明要求2008年5月20日提交的美国临时专利申请序列号为60/054781的优先权，为了一切目的，在此通过引用将上述申请的全部内容明确并入本发明。

技术领域

本发明涉及在电路闭合之前提供电路测试功能的装置和方法。

背景技术

电路中断和重合设备用来隔离配电系统中的故障状态，并且一旦清除了故障状态就重合电路。配电系统中的故障可能由于多种原因而发生，并且一般为瞬时的。故障检测和隔离减轻了作为故障结果的该故障对系统的损害。故障之后电路的自动重合使配电系统快速返回正常工作，并且无需操作者的干预。

重合器设备可以被设计为在故障中断后开始工作，以重合故障线路。重合之后，如果故障未被清除，则重合器设备将检测故障并再次开始工作以断开并隔离故障。在确定故障为持久故障(即需要一些修复干预的故障)并且重合器闭锁以隔离故障之前，这种闭合、故障感应以及重开的处理可能会发生数次。

然而，重合到故障的处理可能存在使配电电路和任何连接的负载重复遭受故障电流和其它潜在的破坏性电流异常的不利影响。鉴于重合器设备的闭合、感应、重开操作性质，在故障被清除或重合器闭锁之前这可能发生数次。

附图说明

图1是例示了配电体系结构的单线路和配电体系结构内的单线故障的电路图。

图2是故障电流波形和确定持久线路故障的对应测试脉冲序列的图示。

图3是故障电流波形和确定瞬时线路故障与服务恢复的对应测试脉冲序列的图示。

图4描述了例示故障测试和服务恢复的处理的流程图。

图5是响应于测试脉冲的电压和电流回路波形(loop waveform)的图示。

图6和图7是响应于指示了针对给定负载状态的持久故障和瞬时故障的测试脉冲的电流波形的额外图示。

图8是根据这里描述的一种实施方式的适于提供测试脉冲的电路测试闭合器的示意性剖面图。

图9是图8所示的电路测试闭合器的致动器部分的放大图。

图10是适合用在图8所示的电路测试闭合器中的致动器部分的另选实施方式的放大图。

图11是根据这里描述的另一种实施方式的适于提供测试脉冲的电路测试闭合器的示意性剖面图。

图12是图11所示的电路测试闭合器在致动状态下的示意性剖面图。

图13是根据这里描述的另一种实施方式的电路测试闭合器的框图。

图14是图13的电路测试闭合器的一部分的一种实施方式的示意表示。

具体实施方式

电路测试闭合器能够闭合中压(MV)配电电路并在下一电流零点处中断所产生的电流。电路测试闭合器具有由其处置(at its disposal)的电流和电压测量值，为必备的感应元件或者由外部感应元件来提供。一旦检测到线路故障，电路测试闭合器就可开始工作而断开触点以隔离故障。接着，电路测试闭合器测试故障线路来确定故障是否被清除。如果故障已被清除，则电路测试闭合器重合线路以恢复服务。可以按照使电流异常最小化的方式来完成闭合。如果故障是持久性的，则在测试协议完成后，闭合器闭锁、隔离故障直到能进行修复为止。

根据这里描述的一种或更多种实施方式的电路测试闭合器可以包括控制器和含有操作程序的机器可读介质，或者可以例如通过无线通信适当地链接到包括含有操作程序的机器可读介质的控制器。控制器允许电路测试闭合器在故障隔离之后、重合之前系统地测试配电电路。系统测试可以包括生成测试电流脉冲的短闭合序列，可以评估所述测试电流脉冲来确定线路的故障状态。此外，控制器可以协调脉冲定时和随后的线路重合，以降低电流异常的可能性并确保遏制(quench)由测试电流回路引起的电弧(arc)。

参照图1，配电系统100包括交流电能源102。如图1中所描述，所述源是来自高压配电源的降压变压器104，所述高压配电源由向二次侧配电网106供电的发生源(generation source)(未画出)供应。所述二次侧配电网包括通过保险丝或电路断路设备110耦接到变压器104的配电总线108。配电总线108向多条配电线路112、114、116、118供电，每条配电线路都通过保险丝或电路断路设备(例如设备120)耦接到配电总线。为了进行说明，和电容负载124一样，多个典型电感/电阻负载(例如多个负载)通过保险丝或电路断路设备(例如设备122)耦接到配电线路112。线路112可以通过电路测试闭合器130被分割成第一部分126和第二部分128。线路112还可以经由另一电路测试闭合器132连接到第二电能源(未画出)。此外，虽然这些线路被表示为单根导线，但是应理解，这些线路可以表示多相交流电配电系统的多个相，例如三个相。在这种配置中，典型地针对每个相来提供电路测试闭合器。

如果线路112、或者线路112的任意相出现了故障，例如耦接到地134，则电路测试闭合器130可开始工作来检测故障134并断开以将该故障与能量源隔离开。如果故障出现在电路测试闭合器130与能量源之间，则电路测试闭合器可开始工作而将线路112的第二部分128与能量源隔离开，使得可以通过将电路测试闭合器132闭合而使第二部分128耦接到第二能量源，从而至少恢复配电网100内的部分服务。

电路测试闭合器130可以按照任何合适和已知的方式来检测故障，例如在预定数目的循环(cycle)内检测高于阈值的电流。电路测试闭合器130检测初始故障134的方式对于电路测试闭合器130的整个操作来说并不重要，可以采用任何合适的故障检测方法。参照图2，在三相配电网200中，存在三个相202、204、206。在相204中通过在至少两个循环中存在的过量电流而描绘了故障。故障导致与三个相202、204、206中的每一个相关联的电路测试闭合器(例如电路测试闭合器130)断开，以隔离故障。接着，在开始重合处理之前，电路测试闭合器启动确定故障是否已被清除的过程。

尽管测试处理可以从三相中的任意一相开始，但可预测故障出现在哪一相上并从该相开始处理。在没有获知这些信息的情况下，可以使用反复试验(trial and error)处理。也就是说，可以测试第一相202，如果未发现故障，则可以测试第二相204，以此类推，直到发现一相有持久故障、或者所有三相都没有故障(表明故障已经清除)为止。图2例示了通过电流脉冲、测试电流回路或“查验(ping)”进行的线路测试。通过以受控方式闭合电路测试闭合器并保持一短的时段(例如循环片段)来生成电流脉冲。分析所产生的电流脉冲，并确认该相上故障的存在。如图2所示，在约60个循环或1秒的时间段上两次测试相204，两次测试都表明有故障。结果，针对相202、204、206的每个的电路测试闭合器都闭锁，直到可以采取修复措施来清除持久故障为止。

通过“查验”相，仅生成较小的瞬时测试电流回路，例如图2中的测试电流回路208和210。这些较小的瞬时电流回路不会将应力引入到配电网200中，只有将线路闭合到故障中才会引入应力。测试电流回路足以确定故障是否已经被清除或者是否为持久故障。第一查验可以在初始故障之后立刻发生，随后的查验在时间上等距隔开，或者根据进度被隔开，其中查验之间的静止期(rest period)根据情况可以缩短或延长。

图3例示了与图2相同的情况，不同的是电路测试闭合器生成第二测试电流回路(被描绘为测试电流回路210’)时，故障已经被清除。倘若剩下的相不存在故障，则对于此实例假设电路测试闭合器闭合了每一相以恢复对配电网200的服务。电路测试闭合器可以按预定顺序和/或根据合适的协议来重合这些相，以减少闭合处理期间的电流异常。

从前面的讨论可以理解的是，电路测试闭合器采用了在故障隔离之后进行测试并闭合以恢复服务、或者如果检测到的故障为持久故障则进行测试并闭锁的算法或协议。图4例示了可以采用的方法400。通过使三个相闭合(步骤402)，电路测试闭合器可以监视故障，或者其它诊断系统可以监视故障。也就是说，诸如电路测试闭合器130的电路测试闭合器可以包括足够的感应能力来感应并确定它所连接到的线路/相中是否存在故障。另选的是，可以在系统中布置另一控制元件，来感应故障并做出控制决定。在这种配置中，电路测试闭合器130可以包括到该控制元件的通信链路，来接收实现电路测试闭合器130的操作的操作命令和指令。

在这两种情况下，均对于每一相监视故障(步骤404)。在三个相的一个中不存在故障时，系统继续监视故障。一旦发生故障(步骤404)，电路测试闭合器就可以响应于故障确定是否断开这些相(步骤406)。如果这些相仍然闭合，则系统继续监视故障(步骤404)。否则，针对每个相的电路测试闭合器断开以隔离故障，导致所有三个相都断开(步骤408，或者如果用户进行了选择，则进行单相隔离)。然后，电路测试闭合器启动测试处理，以确定故障是瞬时的还是持久的，如果是持久的，则确定故障发生在哪一相上。

首先确定要测试哪一相(步骤410)。该确定可以基于已经测试了一个或更多个相并发现它们不存在故障，因此选择未测试的相中剩余的相进行测试。最初，基于故障发生之前相的操作特性，电路测试闭合器和/或控制元件可以知道哪个相可能发生故障。在这种情况下，可以确定首先测试可疑的相。确定了测试相(步骤410)之后，测试过程开始。此外，可能还想检查跨越要闭合的触点(即闭合器触点)的电压零点。一个另选方案为感应源侧电压的电压零点。源侧电压感应具有只需在闭合器的一侧进行感应的优点，但是精度较低。可以取决于用于生成测试脉冲的装置来选择更精确的交叉接触(cross-contact)电压感应或源侧电压感应。

为了确定相是否在经历故障电流或负载电流，电路测试闭合器以脉冲方式闭合相以生成测试电流回路。测试电流回路指示了相存在故障还是被清除了故障。为了生成测试电流回路，测量跨越相的电压以确定电压零点(V₀)(步骤412)。确定电压零点允许在电压波中的一点处生成电流回路，使得在该点处生成的电流回路足以进行评估，但是不生成如果相被闭合到故障和/或在电压波上较小优势点处可能发生的过大电流回路。电压波上电压零点之后的优势点是这样的点，即该点具有足够的电压来破坏弱绝缘并接近零点以在脉冲电流开始之后不久提供电流零点。尽管选择电压波的该点来生成电流回路以帮助控制电流回路的特性是有利的并且期望这样，但是不需要如描述的那样选择该时刻。

确定了电压零点以后，可以在电压零点之后的时刻t₁生成电流回路。图5所示的电压波500示出了电压零点后的时刻t₁处电压波500的下降部分上的点502。通过对电路测试闭合器的触点进行脉冲闭合而生成电流回路。也就是说，电路测试闭合器内的触点在足够长以在相中生成电流回路的短时段(循环的一部分)内连在一起，然后被分离。图5还例示了响应于脉冲闭合相的电流回路504。分析所产生的电流回路，以确定其是否指示了负载或故障(步骤416)。也就是说，可以分析各种特性，例如电流回路的幅度、电流回路的形状、电流回路的偏移，来确定相是否有故障。

如果观察到的电流回路特性指示了负载，并且没有故障状态且所有相都清除(步骤418)，则三个相可以再次被闭合(步骤420)。在该点处恢复服务，所有三个相再次闭合(步骤402)。

如果指示有故障，则被测试的相保持断开，直到下一测试间隔(步骤422)。然而，如果测试计数超过了预定值(步骤424)，例如已经进行了预设次数的测试，则可以认为故障是持久的并闭锁相(步骤426)。否则，一旦重合间隔过期(步骤428)，则重复电流回路生成处理。

关于重合间隔，该间隔可以由恒定时间组成，例如在测试之间的0.5-15秒范围中选择的时间段。另选的是，该间隔可以变化。例如，第一次测试可以在故障之后相对快速地(例如在0.5秒内)进行。如果检测到故障，则可以在约1.5秒时进行下次测试，而在约15秒时进行第三次测试等。可以基于电路测试闭合器的重置并准备好另一测试的能力、基于有关瞬时故障清除之前的平均时间的历史数据、或者基于设备特性数据和/或历史系统统计数据之外的其它合适的数据来选择精确的间隔并酌情选择间隔之间的时间增加率。可以指定超过测试计数之前的测试次数，例如n次测试后闭锁。另选的是，测试计数可以基于从故障起算的时间，例如故障后闭锁m秒。如果像多次测试之后指示的故障所标识的，故障在持续，则可以进行其它诊断来确定故障类型和位置。

尽管描述了顺序处理，即测试一相然后移动到下一相，但是也可同时测试这些相。在这种情况下，针对每相的电路测试闭合器可以基本同时地以脉冲方式闭合，以生成测试电流回路供分析用。此外，尽管方法400描述了仅在每个相被确定无故障后才重合三个相的每一个，但是可以在确定相清除之后移动到测试另一相之前单独地重合相。

在电路测试闭合器的上游或下游存在很少电容负载或没有电容负载时，上面提及的说明中的电流回路210、210’和504是典型的。存在电容负载时，电路测试闭合器的脉冲闭合引起的电流回路可能表现为明显不同。图6例示了响应于脉冲闭合(即通过电路测试闭合器进行“查验”)的电流回路602和604。图6还例示了与故障电流600有关的测试电流回路602和604。在每种情况下，都存在上游电容负载。测试电流回路602在幅度和形状上都指示了故障。另一方面，测试电流回路604指示了临时故障清除后的负载。图7例示了响应于脉冲闭合(即通过电路测试闭合器“查验”)的电流回路702和704。图7还例示了与故障电流700有关的电流回路702和704。在每种情况下，都存在上游和下游电容负载。测试电流回路702在幅度和形状上都指示了故障。另一方面，测试电流回路704指示了临时故障清除后的负载。

应理解，可以表征针对各种负载状态的故障和负载电流回路，并且由电路测试闭合器使用来根据被测试相的故障状态而确定负载状态。例如，与短路电流量成比例的较高平均电流(即，平均I_测试环＞α*I_短路)指示了永久故障的线路段。另选的是，与短路电流成比例的较低平均电流(即，平均I_测试环＜α*I_短路)指示了无故障的线路段。然而，可能无法总是知道短路电流，因此，可能无法比较测试环电流与短路电流。在这种情况下，能够根据相对值来定义测试。例如，与阈值(例如800amps)相比较高的测试环电流，和/或与较低阈值(例如100amps)相比较高、但是持续时间较长(例如对于120°的闭合角度为4ms)的测试电流回路指示永久故障的段。相对较低的平均测试环电流(例如小于100amps)或者持续时间较短(例如小于4ms)可以指示无故障线路。

可以观察电流脉冲的其它特性来确定永久故障的存在。例如，能够观察电流脉冲峰值电流。脉冲峰值电流超过500A可以指示永久故障。可选的是，作为均方根(RMS)故障电流的百分比的峰值脉冲电流超过33％可以指示永久故障。脉冲持续时间超过75*pulse_duration(ms)的峰值电流并且持续时间超过4ms的脉冲可以指示永久故障。

能够观察电流脉冲的积分(integral)来指示永久故障的存在。例如，电荷超过2A·s的的脉冲可以指示永久故障。类似地，电荷超过0.001倍RMS RMS_fault_current(A)的脉冲可以指示永久故障。

电流脉冲的di/dt符号的变化次数可以作为临时故障的指示参数。脉冲的di/dt符号变化超过10次可以指示临时故障。类似地，脉冲的di/dt的奇数次的符号变化也可以指示临时故障。

电流脉冲期间负载侧的平均电压可以作为故障的指示参数。电路测试期间平均负载侧电压超过0.1pu可以指示临时故障。另选的是，电路测试期间平均电压超过0.033*pulse_duration (ms)-4)+0.05可以指示临时故障。

电流脉冲的能量可以作为故障的指示参数。脉冲能量低于1333·(pulse_duration)(ms)-4)并且持续时间超过4ms可以指示永久故障。

电流脉冲I²t可以作为故障的指示参数。I²t超过1000A²t的脉冲可以指示永久故障。I²t超过0.5·(I短路RMS-500)的脉冲也可以指示永久故障。

故障前负载电流和当前脉冲电流或参数的比值和/或当前脉冲的波形可以指示故障。故障前负载电流可以与其它脉冲参数结合使用以增加故障检测准确度。例如，平均电流超过2·I故障前负载RMS+100的脉冲可以指示永久故障。可以使用峰值电流和电荷得到类似关系。

脉冲波形和特定波形识别可以指示永久故障。标准差超过0.1的归一化信号误差指示了临时故障。信号误差可以定义为纯电感电路的实际测试环电流与理想测试环电流之间的差。类似地，脉冲波形识别技术可用于估计短路电流量。例如，知道脉冲的脉冲角(θ)和平均电流，就能用下面的等式来估计短路电流：

基于估计出的短路电流量，可针对给出的最小吸动电流确定馈电线(feeder)是有故障还是无故障。应该理解，还可以采用这些技术的各种组合。

由于故障隔离导致断电(de-energized)的电路将可能包含一个或更多个电源变压器(例如图1的104)。在某些情况下，电源变压器可能包含剩磁通量。在不合适的重新激励的情况下，变压器芯可能被驱动为饱和状态，引起类似于故障的电流。如果在生成电流回路以确定故障持久性的期间发生了这种情况，则故障测试闭合器可能在不存在永久故障的情况下指示了永久故障。

能够通过将故障测试闭合器(例如这里描述的任意一种故障测试闭合器)配置为跟踪变压器中的通量来避免电流脉冲生成期间的变压器饱和。可以通过对激励电压进行积分来确定变压器通量。一旦断电，电压积分就成为时不变的(time invariant)，并且被积分式的大小和极性给出了剩磁通量的直接指示。当电压极性与剩磁通量相反时选择重新激励避免了初始激励期间的浪涌电流(inrush current)。

避免将变压器浪涌电流误解为故障电流的另一种方法是将故障测试闭合器(例如这里描述的任意一种故障测试闭合器)配置为按顺序两次产生脉冲，每个脉冲使用不同极性。故障将允许故障电流在两个脉冲期间流动，而变压器浪涌电流不会在两个极性的脉冲期间都流动。然而，为了避免在每个测试循环期间都生成两个脉冲并限制脉冲操作的总数，可以初始使用单个脉冲极性并且只有在第一脉冲指示可能有故障时才重新产生脉冲。限制脉冲总数的另一替换方案是对测试序列中除最后脉冲之外的所有脉冲使用单个脉冲极性。如果在序列的最后脉冲或可能的倒数第二脉冲处仍然指示故障，则可以使用最后脉冲或最后脉冲之后重新产生的脉冲来确认可能的故障。

如所描述的，闭合器130可以包括控制器或者可以耦接到包含用于提供故障测试功能的控制程序的控制器。可以结合这些控制器或者可以结合其它控制和决策设备及技术来采用所描述的各种测试。例如，可以使用小波变换分析和神经网络来实现用于确定被测试线路段的故障状态的这些或其它算法。在这种情况下，控制器适于有效地区分与各种故障状态下的故障线路相关联的电流脉冲波形和无故障的线路的电流脉冲波形。如果在电路测试期间避免了下游变压器的饱和，则可以提高准确性。变压器浪涌电流能具有相对较高的峰值电流和较长的持续电流脉冲，这造成了难于将永久故障与临时故障区分开。能通过基于通量大小选择初始闭合角度来减少饱和效应。因此，对于正通量，可接受的初始闭合角度刚好在紧随负峰值电压的电压零点之前，而对于负通量，可以使用刚好在紧随正峰值电压的电压零点之前的初始闭合。此外，通过利用两个极性的电流脉冲进行测试可以减少源自饱和变压器的浪涌电流的混淆(confusion)。故障线路将在两个极性下都展示指示故障的脉冲，而由浪涌电流导致的故障指示将在至少一个极性处不存在。

因为基于“查验”预测故障状态的存在并不完美，所以当故障存在时处理可能会得出没有故障的结论。这导致闭合到故障的不期望结果。类似地，当故障已被清除时处理可能会得出存在故障的结论。这导致对于顾客产生不必要的服务中断和断供(outage)。

根据本发明另一实施方式，故障测试(即“查验”处理)期间可以使用动态电流阈值。对于初始故障测试，可以选择有利于发现故障的阈值以避免确定故障不存在并闭合到故障。对于随后的测试，标准可以改变为偏向于发现无故障。为了有利于服务恢复，这种顺序中最后的故障测试可以相对积极地朝向发现无故障。对于单测试过程，可以选择保守或积极的方法。可能需要另外建立使测试过程有效所必须满足的标准。

阈值或故障确定标准可以与故障保护设备的操作特性相关。例如，相过电流是用来基于测试结果预测故障存在的合适标准，相过电流阈值可以与故障保护设备的最小响应截止电流相关。有利的是，在相关联的控制器内确定动态相过电流阈值。动态相过电流阈值可以应用于单测试过程或多测试过程。

在单测试过程中，故障阈值可以与故障保护设备响应特性相关。在一种实施方式中，阈值可以取故障保护设备的最小响应截止电流的150％。还可基于冷负载和其它因子来调整所确定的单测试阈值。此外，如果故障保护设备被配置为具有多个响应特性，则阈值应该基于最小的最小响应电流截止。或者，更普遍地来讲，如果故障保护设备可响应于多个特性，则阈值应该基于那个得到最有利故障确定的特性。

在多测试过程中，需要多个阈值。初始阈值可以取下述值的较小者：

1)故障保护设备的最小响应截止电流的80％乘以冷负载因子如果有的话；以及

2)故障前负载电流(如果已知的话)的三倍。

故障前负载电流可以是基于平均真实RMS相电流(对于每个相)的测量值。平均周期可以约为1秒。在以下情况下可以连续更新已知负载电流：故障保护设备闭合(没有零值)；没有过电流/故障电流元件被拾取(避免故障电流)且没有设定ATX跳变标志(ATX Tripped Flag)(防止脉冲测试/闭合顺序期间计算的值)。

多测试过程中最后一次测试的阈值可以取下述值中的较大者：

1)故障保护设备的最小响应截止电流的150％乘以冷负载因子(如果有的话)；以及

2)最小电流阈值。

最小电流阈值可以基于最小可分解的电流值。例如，最小电流阈值可以是400amps(A)。分辨更低故障电流值的能力将允许最小电流值更小。

可以通过初始值和最后值之间的线性插值来确定中间阈值。此外，现场经验可以对用于建立初始、中间和最后阈值的标准的修改提出建议。

下面是计算阈值的实例：

输入数据......(蕾妮请从公开的4/5和5/5页插入)

对于单测试过程或多测试过程，如果指定了不同的方向故障保护设备，或对于各个方向存在不同的方向冷负载因子，则可以使用下面的标准来确定阈值。与最低正序电压相关联的故障保护设备特性被用于确定阈值。必须在测试序列启动之前执行正序电压计算，以解释可能的系统重构。例如，如果故障保护设备的Y侧被激励(|V_{正 序y}|＞|V_正序x|)，则使用X侧的故障保护设备和故障冷负载因子，其中V是以百分数表示的正序基波电压RMS。

尽管在优选实施方式中，可以由控制器自动设置阈值，但也可以由用户来指定阈值。

尽管前面描述了在接地系统中使用的基于单相的算法，但是该算法可以扩展到在未接地系统中使用。通过首先将其应用于两个相中(使用相间电压-同时闭合两极)，然后将其应用于第三极-但是只有前两极显示无故障时才应用(使用相对地电压)，完成该扩展。

结合图2-图4描述的配电系统100和与之结合的方法利用了电路测试闭合器，例如电路测试闭合器130。电路测试闭合器可以是机械设备、机电设备或固态电子设备。图8是电路测试闭合器800的剖面图。电路测试闭合器800包括具有静触点804和动触点806的真空断路器802。如本领域所熟知的，触点804和806布置在真空瓶808中，并且动触点806从真空瓶808向外耦接到绝缘致动杆810，通过波纹管812维持真空。致动杆810耦接到包括主致动器816和副致动器818的致动器组件814。如本领域所熟知的，真空断路器802、绝缘致动杆810以及致动器组件814布置在合适的外壳(未描绘)内。如这里所描述的，还可以提供与合适的控制程序相结合的处理器来控制电路测试闭合器800的操作。

图9是致动器组件814的放大图。操作元件保留在通过纵向螺接的螺杆824和螺母826固定的一对端板820和822之间以及多个钢定子构件828内。主致动器柱塞830可以在致动器组件814内从断开位置轴向滑动到闭合位置(图9所示的闭合位置)。主致动器柱塞830耦接到弹簧座832，以保持绕主接触套圈836布置的主接触压缩弹簧834。通过保持断开磁体838使主致动器柱塞830保持断开，并且可以通过激励主插棒式线圈840而提供磁力来克服保持断开磁体838的力和主致动器柱塞830的内部摩擦阻力运动，而将主致动器柱塞830驱动到闭合位置。主致动器柱塞830、弹簧座832、主接触压缩弹簧834以及主接触套圈836被配置为一同从断开位置移动到闭合位置，直到触点804和806接触，此时主接触套圈836停止。一旦触点804和806接触，主致动器柱塞830就继续移动通过真空断路器802的动触点806与静触点804相接合的位置，使得主接触压缩弹簧834被压缩，分别在静触点804和动触点806上提供需要的接触力。通过主致动器柱塞保持闭合磁体842将主致动器柱塞830保持在闭合位置。

为了断开触点804和806，用足以与接触压缩弹簧834结合的力来克服主致动器柱塞保持闭合磁体842的力的相反极性的电流对主插棒式线圈840施以脉冲，并且主致动器柱塞830向断开位置移动。主致动器柱塞830持续向断开位置移动，并且弹簧座832碰撞到螺接在主接触套圈836的端部上的弹性锁紧螺母844，这样，触点804和806就被拉开。

副致动器818包括用于被设置成在主接触套圈836和主接触压缩弹簧834上滑动的副致动器柱塞846。通过副致动器保持闭合磁体848将副致动器柱塞846保持在闭合位置。在保持闭合的位置，副致动器柱塞846压缩副致动器柱塞846的轴肩(shoulder)部分852与固定到致动器组件814端部的弹簧座854之间的副致动器压缩弹簧850。在电路测试闭合器800的正常断开和闭合操作中，副致动器柱塞846保持在闭合位置。

在导致主致动器柱塞830移动到断开位置并由此断开触点804和806的故障之后，将电路测试操作设置为开始。向主致动器816施以脉冲，在主致动器插棒式线圈840中产生克服主致动器柱塞保持断开磁体838的磁力。主致动器柱塞830与经由绝缘连接杆810耦接的主接触套圈836和动触点806一起移向闭合位置。在主致动器柱塞830开始移向闭合位置后不久，向副致动器818施以脉冲，在副致动器插棒式线圈858中产生磁力，将副致动器柱塞846从其保持闭合的位置拉开。副致动器柱塞846开始被副致动器压缩弹簧850驱动，在与主致动器柱塞830相反的方向上移动。对主致动器816施以脉冲是为了实现触点804和806的闭合，以生成短电流回路。如上面所描述的，对主致动器816施以脉冲可以被定时，从而触点804和806在电压波上紧随电压零点的特定点处闭合。

还可以对向主致动器816与副致动器818施以脉冲之间的定时进行控制，以确保主致动器柱塞830和副致动器846之间的碰撞几乎与触点804和806的闭合瞬时发生。在接触点，主致动器柱塞830继续向闭合位置行进，以使主接触压缩弹簧834储能。触点804和806保持接触。现在，副致动器柱塞846比主致动器柱塞830行进得快得多，并且一旦碰撞，就由至少部分储能的主接触压缩弹簧834进一步提供能量来向断开位置驱动主致动器柱塞830。随着主致动器柱塞830向断开位置行进，如正常操作那样，与螺接到主接触套圈836端部的弹性锁紧螺母844发生碰撞，从而将触点拉开。主致动器柱塞830和副致动器柱塞846之间的碰撞在主致动器柱塞830上产生了足够的碰撞力，驱动其回到断开，并与弹性锁紧螺母844碰撞以实现触点804和806的分离以及足够的断开间隙来消除电弧。向副致动器818施加脉冲的定时、向正在前进的主致动器柱塞830撤回副致动器柱塞846的行进时间、主致动器柱塞830的反向行进以及主致动器柱塞830与弹性锁紧螺母844的碰撞可以足够精确，使得触点804和806基本在电流回路零点(例如，参见上面的电流回路210、201’和504)处断开。一旦触点804和806断开，并且主致动器柱塞830通过主致动器柱塞保持断开磁体838而保留在其保持断开位置，就可以向副致动器818施以脉冲来使副致动器柱塞846返回其保持闭合位置。

图10例示了可在电路测试闭合器800内操作的致动器组件1014的另选实施方式。致动器组件1014包括主致动器1016和副致动器1018。致动器组件1014在和致动器组件814相同的原理下工作，即在生成测试电流回路之后并与电流回路零点基本合拍地提供触点804与806相对于电压波的协调闭合，以及触点804与806的几乎瞬时的断开。在这种概念中，故障之后，主致动器1014保持断开，其中主致动器柱塞1030由主致动器柱塞保持断开磁体1038保持。在由副致动器柱塞保持闭合磁体1048将副致动器柱塞1046保持闭合的情况下，副致动器1018位于闭合位置。向主致动器1016施以脉冲，来朝闭合位置驱动主致动器柱塞1030，使主接触套圈1036和动触点806移向闭合位置。向副致动器线圈1058施以脉冲，来拉开副致动器柱塞1046。和上面针对致动器814所描述的一样，对副致动器线圈1058施以脉冲的定时为使副致动器柱塞1046与主致动器1016的碰撞和触点804与806的接触几乎瞬时发生。然而，致动器1014的不同在于，副致动器形成有凹槽1060和接触面1062，主接触套圈1036在所述凹槽内纵向滑动。主接触套圈还形成有轴肩1064。在接触面1062接合轴肩1064的情况下，副致动器柱塞1046直接碰撞主接触套圈1036。该碰撞驱动触点804和806断开。但是，在碰撞时主致动器柱塞1030仍然移向闭合位置。在被套圈1036上的副致动器柱塞1046初始碰撞后不久，副致动器柱塞1046碰撞主致动器柱塞1030，驱动其回到断开位置。两种碰撞的组合朝断开位置驱动主致动器柱塞1030、主接触套圈1036和动触点806，创造了足够的间隙来消除几乎与电流回路零点瞬时出现的电弧。在主致动器柱塞1030和主接触套圈1036保持在断开位置的情况下，可以向副致动器柱塞1046施以脉冲，使其回到其正常闭合位置。

一致的接触闭合和断开对于确保在触点804和806之间创造足够的间隙来消除测试电流回路电弧是必要的。即使在故障时，测试电流回路在幅度上也较小，在持续时间上也较短，特别是与满故障电流相比时。因此，比消除满故障电流电弧需要的间隙更小的间隙将令人满意地消除测试电流回路电弧，例如约3-4mm就可以足够。然而，如果接触早发生或晚发生即使几毫秒，感生的较小环都将或者太小而不能获得用于清除的足够断开间隙，或者幅度太大由此使上游电源系统遭受相当大的故障电流。电路测试闭合器800的保持断开磁体构造被用作断开闩锁机制。保持断开磁体构造在设备的寿命过程中提供一致的断开力。此外，闭合器800允许主致动器柱塞不受阻碍地向闭合行进，直到发生接触为止。采用如针对闭合器800示出的保持断开磁体构造允许在+/-1ms的公差内实现多次接触的设计。在此接触范围内感生的测试电流回路在幅度上都足够小，以实现电路测试的目标，但是在持续时间上足够大，以允许有充足时间发生接触分离。

图11和图12例示了电路测试闭合器1100。电路测试闭合器包括主触点1102和副触点1104，各个触点分别耦接到致动器主致动器1106和副致动器1108。如图11所示，触点1102和1104都位于完全断开位置。触点1102和1104可以针对正常操作而变为接触(图12)，其中主接触致动器1106中的偏动簧片(biasing spring)1110提供接触力。偏动簧片1110还提供使传输到主致动器1106的碰撞力最小化的柔量(complicance)。

主致动器1106和副致动器1108都包括电磁线圈1112和1114，用于分别相对于基底1120和1122来驱动电枢组件1116和1118。各个电枢组件1116和1118的移动导致触点1102和1104相互朝向或相互远离的对应移动。这样，触点1102和1104可以接触从而导致短接触以生成测试电流回路。

故障后，触点1102和1104都位于它们各自的完全断开位置。为了生成测试电流回路，将副致动器激励到其闭合位置，由此主触点1102和副触点1104之间的间隙1124减半。主致动器1106被激励，导致主触点1102闭合并与副触点1104接触。主致动器1106的定时是这样的，使得主触点1102和副触点刚好在电压波上的电压零点之前接触。主触点1102碰撞副触点1104。该碰撞移开了副电枢组件1118，并充分断开了副触点1104，副致动器1108中的断开弹簧1124在约2ms内完全断开副触点1104。还可以向副致动器1108施以脉冲，使其刚好在接触之前到达断开位置，以减小保持力，从而触点1102和1104接触到一起的更多碰撞能量可以使副触点1104加速离开主触点1102。

碰撞后，主触点1102继续向其完全闭合位置行进。现在，副触点1104位于其完全断开位置。间隙不是完全断开间隙，但是足以消除测试电流回路电弧。出于闭锁目的，在断开弹簧1128的帮助下，主致动器1106将主触点缩回到其完全断开位置。

参照图13，闭合器1300包括机电转换设备1302(例如真空断路器组件)和耦接在配电系统1306的供电侧1306与负载侧1307之间的电流脉冲发生器1304。一旦故障检测隔离了故障并且一旦清除了故障，转换设备1302就开始工作而携带相对较高的电流负载，以重合线路段恢复服务。电流脉冲发生器1304可以是一对可控硅整流器(SCR)或三端双向可控硅开关(图14)。故障检测和隔离后，为了测试电路，即为了生成电流脉冲，在工频电压波上的90度和150度之间开启SCR对中的任一个，Q1或Q2。可以在此后但是在第一工频电流零点之前的任意点处移除选通信号。延迟选通信号的移除可以有益地防止不期望的可能欺骗检测算法的较早电路清除。当产生的较小电流回路穿过零点时，非选通SCR关闭，并且分析所产生的较小电流回路来确定电路是否有故障。

在图13所示的实施方式中，电流脉冲发生器1304不携带连续电流。可以通过控制器1308或其它合适的控制手段来提供对真空断路器1302和电流脉冲发生器1304的控制。然而，SCR可以携带连续电流、切换负载并中断故障。因此，对于特定应用，特别是在诸如120V-600V的用电电压处，能够去除转换设备1302而仅利用电流脉冲发生器1304来提供电流携带功能、负载转换、故障中断以及测试电流脉冲生成。尽管图14例示了单个SCR对，但是可以使用串联串和/或串联/并联串。

可以使用单个SCR来替换图14描绘的三端双向可控硅开关构造。在这种构造中，转换设备1302用于所有正常转换，且SCR未选通。转换设备1302可以用于故障中断，在这种情况下故障中断期间SCR未选通。如果SCR用于故障中断，则断开操作应该被定时，使得转换设备1302刚好在正向电流上的电流零点之后断开。然后，SCR被选通，电流将传递到SCR。当SCR在下一工频电流零点处中断电流时，转换设备1302的触点必须移动得足够快，来抵抗瞬时恢复电压。为了进行电路测试，除了仅一个SCR仅一个极性能被检查之外，如上面描述的那样开启和关闭SCR。

当与机电转换设备(例如通过常规电磁致动器驱动的真空断路器)结合使用时，固态转换设备(例如SCR)可以在没有这些机制的情况下，在电流零点处提供精确的波上点(point-on-wave)闭合和中断。仅使用SCR来在一个方向传导的实施方式可以证明在中等或较低电压(例如4kV或以下)处更经济并且可行。此外，因为不关心机械磨损，所以相对于机电转换设备，固态转换组件允许在闭合或闭锁之前进行更多的电路测试。

尽管本公开可以进行各种修改和替换形式，但是在附图和这里描述的实施方式中通过示例示出了特定实施方式。然而，应该理解，本公开并不意图将本发明限制在描述的特定形式，相反，本发明意图覆盖所附的权利要求限定的所有修改、替换以及等同物。

还应该理解，除非在本发明中使用语句“如这里使用的，在此将术语‘____’定义为......”或类似语句来明确定义术语，否则并不意图明确地或通过暗示来限制该术语的意思超过其简单或普通的意思，并且不应将该术语解释为限制在基于本发明的任何段落中做出的任何表述(除权利要求的语言之外)的范围内。本发明最后的权利要求书中引用的任何术语以和单个意思一致的方式被本发明引用，这样做仅仅是为了清晰，从而不会混淆读者，并且不意图通过暗示或其它将该要求保护的术语限制为所述单个意思。

Claims (20)

1.一种在配电电路的故障断开之后重合该配电电路的方法，该方法包括以下步骤：

通过暂时闭合该配电电路而在该配电电路内生成测试信号；

确定至少一个动态阈值；

根据该测试信号和该动态阈值来确定是否存在故障；以及

在不存在故障时重合该配电电路。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成测试信号的步骤包括在所述配电电路中生成测试电流回路。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定动态阈值的步骤包括基于与所述配电电路的故障断开相关联的故障保护设备的特性来确定所述动态阈值。

4.根据权利要求4所述的方法，其中，所述动态阈值基于所述特性的倍数。

5.根据权利要求5所述的方法，其中，所述倍数在80％到150％的范围内。

6.根据权利要求所述的方法，其中，确定动态阈值的步骤包括限制所述动态阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，该方法包括针对预定次数的测试重复所述方法，并且其中，确定至少一个动态阈值的步骤包括针对所述预定次数的测试中的每一个来确定动态阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，与所述预定次数的测试中的初次测试相关联的动态阈值偏向于确定故障，而与所述预定次数的测试中的末次测试相关联的动态阈值偏向于不确定故障。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，与所述预定次数的测试中的初次测试和末次测试之间的测试相关联的动态阈值是通过线性插值而确定的。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定动态阈值的步骤包括基于故障前负载电流来确定该动态阈值。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定动态阈值的步骤包括基于方向性因子或冷负载因子来确定所述动态阈值。

12.一种电路测试重合器，该电路测试重合器包括：

第一电触点和第二电触点，第一电触点可相对于第二电触点移动以达成接触或解除接触，第一电触点和第二电触点适于耦接到配电系统的第一电导体和第二电导体；

耦接到第一电触点的致动器组件，其提供第一电触点和第二电触点的相对移动，该致动器组件的动作能够将第一电触点从第二位置移动到第一位置，以在所述配电系统中生成测试电流回路；

耦接的控制器，其接收所述测试电流回路并基于所述测试电流回路的特性和动态阈值来确定是否存在故障。

13.根据权利要求12所述的电路测试重合器，其中，所述动态阈值基于所述电路测试重合器的特性。

14.根据权利要求13所述的电路测试重合器，其中，所述动态阈值基于所述特性的倍数。

15.根据权利要求14所述的电路测试重合器，其中，所述倍数在80％到150％的范围内。

16.根据权利要求12所述的电路测试重合器，其中，所述动态阈值包括最小阈值。

17.根据权利要求12所述的电路测试重合器，其中，所述动态阈值包括多个阈值，每个阈值都与预定次数的测试相关联。

18.根据权利要求18所述的电路测试重合器，其中，与所述预定次数的测试中的初次测试相关联的阈值偏向于确定故障，而与所述预定次数的测试中的末次测试相关联的阈值偏向于不确定故障。

19.根据权利要求19所述的电路测试重合器，其中，与所述预定次数的测试中的初次测试和末次测试之间的测试相关联的阈值是通过线性插值而确定的。

20.根据权利要求12所述的方法，其中，所述动态阈值基于故障前负载电流、方向性因子或冷负载因子。

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