CN102177617B

CN102177617B - 用于保护中、高或特高压电网中的链接的设备和方法

Info

Publication number: CN102177617B
Application number: CN200980139773.5A
Authority: CN
Inventors: 让·马尔莫尼耶
Original assignee: Areva T&D Protection and Controle SAS
Current assignee: Schneider Electric Protection and Controle SAS
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: CN102177617A; WO2010040713A1; US8755155B2; EP2335321B1; FR2936908A1; FR2936908B1; EP2335321A1; US20110299199A1

Abstract

本发明涉及用于保护中、高或特高压电网中的链接的设备和方法，其中电流和电压器以及跳闸电路设置在所述链接上。保护设备包括：经由模拟链接(12)直接连接至电源、电流和电压互感器以及跳闸电路的用于直接连接的装置，以及用于模数转换的装置，经由数字链接(21)连接至中央处理单元，模数转换装置(25)具有集成的测试插头插座功能。

Description

用于保护中、高或特高压电网中的链接的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于保护中、高或特高压电网中的链接的设备和方法。

背景技术

本发明的领域是用于保护电路的设备，更精确地，是用于保护中、高或特高压电网中的链接(诸如高架电力线、高架和地下链接或电缆、互感器供给、电机等)的设备。

这种保护设备的目的在于，连续地测量由安装在中、高或特高压导体上的电流和电压互感器所传送的二次电流和电压。

在设置在网络中的多个互感器上以模拟格式得到电数据，然后在最终在保护设备内转换为数字格式之前，通过低压电缆将其传输至保护设备。

这种保护设备利用计算机程序在任意给定时刻将所测量的电数据与适合于预定电形式的基准数据进行比较。

在通过保护设备检测到故障的情况下，设备给出打开或关闭断路器(interupter)或断路开关(circuit breaker)的命令以确保网络安全。

以这种方式传输的所有模拟数据通常穿过测试接口盒。这种测试盒能够使保护功能被测试。测试盒必须被设计为其确保连接和断开相关联的测试插座的操作中的总体安全，从而避免断路器或断路开关的任何意外跳闸(trip)或者任何对操作者的危险。

在图1所示的装置的典型形式中，保护设备或继电器10被安装在配电柜13的门或旋转框架11上。通常使(传送从电流和电压互感器获取的数据并且还向断路开关传递跳闸命令的)低压电缆12穿过配电柜13的底部。它们连接在中间接线端子(intermediate terminal block)14上，其中，在该实例中，中间接线端子14具有安装在标准DIN导轨16上的端子。接线端子14连接至测试盒15，测试盒15自身的后端通过可分离的(两部分)连接器17连接至保护继电器10。

如图2A和图2B所示，电流和电压获取偏移至DIN导轨的形式使得能够显著降低布线成本，因为保护继电器或中央处理单元22直接布线至偏移获取单元20。执行模数转换的获取单元20安装在DIN导轨24上。其通过至电源的电压处的电缆12(模拟链接)、至电流和电压互感器以及至跳闸电路的直接连接来接收电流和电压，从而经由数字链接21将它们传输至(监控电流和电压并响应于其向断路开关给出跳闸命令而作出跳闸决定的)中央处理单元22。在其正面，单元22可以具有用于与操作者通信的界面(即，顾及跳闸处理期间发生的事件的所测量的电流和电压值的显示器；用于对设备进行编程的键盘；等……)。单元22还可以集成在获取单元20中。

上面这种形式考虑到设备本身并且从布线时间的观点来看提供了较大的成本节约；其还提高了操作的可靠性，这是因为减少了电连接的数量。然而，这种配置具有使得无法执行保护系统的功能测试的缺点。

传统地，这种功能测试借助于上述测试盒来执行，并且如在该说明书末尾处的参考文献[1]所述。在正常操作中，这种测试盒确保电流、电压和测试电路的连续性。然后，插入测试插座，插入动作使跳闸电路开路(使得保护继电器不再能够向断路开关发送跳闸命令)；然后，这使电流电路短路以避免电流电路的任何开路，其中，由于任何这种开路都涉及对操作者造成电击的危险；最终，插入动作使得保护设备与电流和电压电路隔离。通过经由布线将电流和电压注入设备连接至测试插座，然后可以在其与电流和电压互感器隔离的同时测试继电器的工作，而不会造成断路开关的任何跳闸。

在图2所示的配置中，无法执行通过二次注入所进行的保护继电器22的这种功能测试，这是因为由于根据定义布线是直接的所以无法在保护继电器22与电流互感器和电压互感器电路之间插入测试盒。

本发明的目标在于，提供解决该问题的设备和方法，以能够在故障的情况下更换分散获取单元以及能够利用二次注入执行功能测试的方式。

发明内容

本发明提供了用于保护中、高或特高压电网中的链接(例如，三相链接)的设备，其中电流和电压互感器以及跳闸电路设置在所述链接上，该设备包括：用于经由模拟链接直接连接至电源、电流和电压互感器以及跳闸电路的连接装置，以及模数转换装置，经由数字链接连接至中央处理单元，该设备的特征在于，其包括：

基础部件，连接至电源、电流和电压互感器以及跳闸电路；

有源部件，具有至少一个插座并适于插入基础部件中；以及

测试部件，用于能够使电流和电压注入并适于插入有源部件的插座中。

有源部件可以经由数字链接而连接至中央处理单元。然而，应该注意，如果允许小型化，则中央单元可以集成到偏移获取单元中，这消除了数字链接。中央单元因此可以集成到有源部件中。

有利地，有源部件的插座可以为无触点插座，或者其可以具有用于共享有源部件的电源的两个触点。本发明的设备可以具有拥有适于插入测试部件中的插头的优点。

在第一实施方式中，基础部件被固定至DIN导轨或者任何已知的紧固系统。

在第二实施方式中，有源部件被支架安装或容纳在配电柜的正面的金属面板内。在该第二实施方式中，本发明的设备能够同时用作测试盒并具有断开(拔去，unplug)功能。

链接可以为三相链接，其中电流互感器、电压互感器和跳闸电路设置在每相中。

本发明的设备表现出以下多种优点：

设备成本的降低

在本发明的设备的第一实施方式中，利用图4A至图5D所示的DIN导轨，所提出的配置能够用本发明的设备的基础部件31的连接器装置来更换中间接线端子14和测试盒。

在本发明的设备的第二实施方式中，利用如图9A至图9D所示的支架安装(作为可拆卸模块)，所提出的配置能够使位于接口接线端子与保护设备之间的测试盒被消除。

布线成本的降低

如果我们考虑典型继电器用于接收三相电流和三相电压，并具有三个跳闸电路：

·图1所示的现有技术的配置需要78个连接点。此外，难以实现中间接线端子14与通常安装在旋转框架上的测试插座之间的布线。

·利用图4A至图5D所示的DIN导轨或等效设备，本发明的设备的第一实施方式需要22个连接点。消除了56个连接点。可以估计(用于保护继电器的)配电柜中的布线时间的节约在6至8小时的范围。

·利用如图9A至图9D所示的“支架”安装，本发明的设备的第二实施方式需要50个连接点。消除了28个连接点。可以估计(用于保护继电器的)配电柜中的布线时间的节约在3至4小时的范围。

电连接点数量的减少

如果实现了以下各项，则这种减少表现得越发重要。

·电流电路(即，来自电流互感器的输出电路)的断路提出了对操作者的电击的危险。因此，任何连接点的消除都是对安全性方面的改善。

·跳闸电路的中断使得故障断路开关不跳闸，具有人身安全、损坏高压设备、以及丧失电网稳定性的危险方面的严重后果。

如果我们考虑典型继电器接收三相电流和三相电压，并具有三个跳闸电路，则：

·图1所示现有技术的配置需要78个固定连接点和34个滑动连接点(通过对测试插座以及保护继电器的可断开基础部件的连接和触点进行计数)。

·利用DIN导轨的第一实施方式需要22个固定连接点(减少70％)和20个滑动连接点(减少41％)。

·利用支架安装的本发明的设备的第二实施方式需要50个固定连接点(减少35％)和20个滑动连接点(减少41％)。

带电断开功能

本发明的设备还解决了带电断开的问题，也就是说，能够断开保护继电器而无需首先去掉其电压的问题。如果没有采取预防措施，则显然存在由于不需要彼此同步的电流和电压电路的开路而在这种断开期间引起的严重意外跳闸的风险。利用本发明的设备，在断开操作期间，通过与被监控的互感器的连接器相同的连接器所承载的跳闸电路在这些互感器的电路之前开路。因此，避免了任何意外跳闸的风险。

本发明还提供了一种借助于设备保护中、高或特高压电网中的链接的方法，其中电流和电压互感器以及跳闸电路设置在所述链接上，该设备包括用于经由模拟链接直接连接至电源、电流和电压互感器以及跳闸电路的连接装置，并且还包括经由数字链接连接至中央处理单元的模数转换装置，该方法的特征在于，其包括以下步骤：用于直接连接的装置和模数转换装置中的一个插入另一个中：

·以首先断开跳闸电路、随后使电流互感器电路短路并与电压电路同时断开的这种方式，使用于直接连接的装置和模数转换装置彼此抽出的步骤；以及

·在将测试部件插入模数转换电路之后通过电流和电压的二次注入来进行测试，以对它们进行测试而不激活跳闸电路的步骤。

在操作的有利模式中：

·用于模数转换的所述有源部件插入连接至电源、电流和电压互感器以及跳闸电路连接的基础部件中。

·所述有源部件首先连接至中央处理单元。

有利地，在测试步骤中：

·所述有源部件从基础部件中抽出；

·有源部件翻转并重新插入基础部件中；以及

·测试部件安装在所述有源部件上。

有利地，当有源部件从基础部件中抽出时，跳闸电路首先断路，然后电压和电流互感器电路断路，电流电路还是短路的。

附图说明

图1示出了现有技术的第一保护设备。

图2A和图2B示出了现有技术的第二保护设备。

图3示出了本发明的设备的第一实施方式。

图4A至图4D以及图5A至图5D示出了本发明的设备的第二实施方式的第一形式。

图6A至图6C示出了所述第一形式中的跳闸电路的断开的细节。

图7A至图7C示出了所述第一形式中的电流电路的断开的细节。

图8A至图8C示出了所述第一形式中的电压电路的断开的细节。

图9A至图9D示出了本发明的设备的第二实施方式的第二形式。

图10A和图10B示出了现有技术的保护设备的电路。

图11A至图11E示出了本发明的设备的所述第一形式的电路。

图12A至图12E示出了设备的所述第二形式的电路。

具体实施方式

在图3所示的本发明的设备的第一实施方式中，为了克服上面参照图2A和图2B描述的现有技术第二形式中的问题，即，不能执行功能测试，以能够具有“通过二次注入进行测试”功能的方式，将测试盒集成到分散获取单元25中。分散获取单元25因此具有测试盒功能，其具有集成的测试盒26。图3与图2一样示出了的模拟连接器12和数字链接21。尽管该第一实施方式解决了功能测试问题，但是如果发生故障，其不允许更换获取单元25。无法在不关闭电流和电压电路(要求切断送往设备的电压的棘手操作)的情况下执行这种更换，这是因为保护继电器结合在测试盒中。为了克服该问题，可以提供由其自身断开电流和电压获取单元的功能。然而，这种配置的缺点在于，其涉及附加成本和接口点的增加。

本发明的设备的第二实施方式使得能够克服这些问题。

在图4A至图4D以及图5A至图5D的正常操作中所示的第一形式中，其由以下各项组成：

·基础部件31，固定至具有经由模拟链接38至电源、至电流和电压互感器以及至跳闸电路的直接连接的DIN导轨32；

·有源部件30，用于执行模数转换并具有跳闸触点，该部件包括连接至(监控电流和电压并进行是否使断路开关跳闸的决定的)中央处理单元的数字链接34。有源部件30还可以包括被配置为插入或塞入基础部件31中的第一插座35。该第一插座35可以是无触点插座的形式，从而仅在测试部件40的插入期间将继电器保持在原位。为了当其以图4D所示的方式进行连接时重新对有源部件赋能，其还可以装配有用于恢复有源部件30的电源电压的两个触点36。

当有源部件30与基础部件31断开(拔掉)时，如图4B所示，跳闸电路断开，然后通过处于短路的这些电路来保持电流电路的连续性，并且然后，最后断开电流、电压和跳闸电路。

如图4C和图4D所示，一旦抽出有源部件30，就使其翻转(参见图4C)并通过其第一插座35塞入现在处于其测试位置的基础部件31中。现在恢复有源部件30的电源，并且有源部件30准备接受测试部件40。

在该测试位置中，通过有源部件30的重新连接来提供测试部件的电源的事实并非必不可少的。这仅仅是有利的变化。这对于通过将其再次塞入基础部件31中来重新连接有源部件30的想法也成立。这种重新连接无法确保有源部件30在添加测试部件40之前被可靠地固定至基础部件31。但是同样地，这仅仅是一种变化。

插入图5A至图5D中的测试部件40，并且通过借助于插头45的二次注入可以执行功能测试。

图6A至图6C示出了图4B所示的跳闸电路的断开的细节，这里示出的三种位置分别为有源部件30相对于基础部件31的连接位置、中间位置和断开位置，这能够使设置在链接42上的断路开关41的跳闸电路断路，参考标号44表示与跳闸电路的跳闸线圈的链接。如图6B所示，由于与跳闸电路相关联的插头短于与电流和电压电路相关联的插头的事实，使断路开关41的跳闸电路44首先断路。这消除了电流和电压电路的意外跳闸的任何风险。

更具体地，图6A至图6C示出了触针52，其包括通过绝缘中间部55与底部触点54分离的顶部触点53，顶部触点被配置为与柔性的第一叶状触点56啮合，而底部触点被配置为与柔性的第二叶状触点57啮合。如这些附图所示，将针插入叶状触点56和57中，或者将针从它们中抽出，能够使跳闸电路插入断路开关41中或者从断路开关41抽出。

图7A至图7C示出了处于所述电流电路的三个位置(分别为连接位置、中间位置和断开位置)上的电流电路43的断开的细节。如参考标号50所示，在断开操作期间确保电路的连续性，通过箭头表示电流流动的方向。

以与图6A至图6C所示的跳闸电路的相同方式，图8A至图8C示出了所述电压电路的三个位置(分别为连接位置、中间位置和断开位置)中所示的电压电路51的断开的细节。然而，需要注意，图6A至图6C所示的顶部和底部触点53和54短于图7A至图7C以及图8A至图8C所示的触点53和54，从而当断开有源部件30时发生的第一件事情为跳闸电路的断路，此后电压和电流互感器电路断路，并且电流电路在部件30断开之前还是短路的。

图9A至图9D示出了第二形式，其中对继电器进行支架安装。

图9A和图9B示出了通过安装在有源部件的插座67上的基础部件61从支架形式的有源部件60到电流和电压互感器以及跳闸电路的链接62。通过图12A所示的中间接线端子75建立与电流和电压互感器的连接。

在图9C和图9D中，测试部件65代替基础部件61安装在插座67上。插头66被插入测试部件65中，以使得能够通过继电器的电流和电压电路上的直接注入来执行功能测试。

本发明的设备，在其第一和第二形式中，因此具有有源部件30或60，有源部件30或60具有插座35或67，插座35或67上可以安装：

·基部部件31或61，当保护设备在使用中时，基部部件31或61连接至电源、至电流和电压互感器以及至跳闸电路，所述基础部件被设计为，当有源部件被抽出时，随后发生的第一件事情是跳闸电路的断路，然后第二件事情为电流互感器电路被短路并与有源部件断开，并且电压互感器电路与有源部件断开；

·或者测试部件40或65，分别与有源部件的插座37或67兼容，从而当基础部件31或61断开并且测试插座40或65插入其位置中时，借助于插头45或66将电流和电压注入到用于测试的有源部件中。

本发明因此能够使单个插头35或67用在有源部件30或60上，为了使有源部件到基部部件31或61的连接容易且安全地断开(即，没有电流互感器电路的无意开路的风险或者意外跳闸的风险)，或者为了用作测试插座。

图10A至图10B示出了现有技术的保护设备的电路，有源部件(或继电器)被分别示出为连接和断开。这些示图接连示出了：

·处于相位A、B和C中的三个高压导体70；

·均设置在一个相位A、B和C上的三个电流互感器71，并且可以在正常工作中传送例如3000安培(A)到1A范围内的电流；

·均设置在一个相位A、B和C上的三个电压互感器72，并且可以传送例如220,000伏特(V)到100V范围内的电压；

·均设置在一个相位A、B和C上的三个高压断路开关73；

·低压电缆74；

·中间接线端子75；

·绝缘导体76；

·测试盒77；

·继电器连接器78；以及

·继电器79，使得能够获得电流IA、IB和IC以及电压VA、VB和VC，并且生成用于断路开关的跳闸信号，即，信号DecPhA、DecPhB和DecPhC，对于每个所述信号，具有上面参照图6A至图6C描述的顶部触点和底部触点。在图10B中，对应于电流电路的柔性的叶状触点80被一起关闭，以使电流互感器71短路。

图11A至图11C示出了具有DIN导轨的本发明的设备的第一形式的电路，有源部件30如图4A所示塞入基础部件31中。在图11A中，清楚地示出了电流和电压电路的触点长于跳闸电路的触点。

在图11B和图11C中，如图4B所示，有源部件30部分地或完全地断开，使跳闸电路在电流和电压电路之前断路。

在图11D和图11E中，测试部件40分别如图5B和图5C所示被连接(塞入)。

图12A至图12E示出了具有支架安装的本发明的设备的第二形式的电路。在图12A中，有源部件与图9A所示的一样被示为连接的。图12B和图12C示出了有源部件与图10B所示的一样被部分地或完全地断开。在图12D和图12E中，测试插座65与图9C和图9D所示的一样是连接的。上面提到的关于各种触点长度的说明在这里也成立。

参考文献

[1]FR 2062734或者US 3,696,296

Claims

1.一种用于保护中、高或特高电压电网中的链接的设备，所述设备包括：

用于经由模拟链接直接连接至设置在这种链接上的电源、电流和电压互感器以及跳闸电路的装置；

用于连续地测量通过所述电流和电压互感器传送的电流和电压的装置；

经由数字链接连接至中央处理单元的模数转换装置，所述中央处理单元监控通过所述电流和电压互感器传送的电流和电压；以及

用于控制所述跳闸电路的装置；

所述设备的特征在于，其包括：

基础部件（31，61），具有经由模拟链路（38）至所述电源、所述电流和电压互感器以及所述跳闸电路的直接连接；

有源部件（30；60），用于执行模数转换，具有至少一个插座（35；67）并适于插入所述基础部件中；以及

用于通过注入电流和电压进行测试操作的装置，所述测试操作的装置为测试部件（40，65），用于能够使电流和电压注入并适于插入所述有源部件的插座中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有源部件经由数字链接连接至所述中央处理单元。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述中央处理单元集成在所述有源部件中。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述插座（35）是无触点插座。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述插座（35）具有用于分享在用于对所述有源部件（30）供电的所述基础部件（31）上可用的电源电压的两个触点。

6.根据权利要求1所述的设备，具有适于插入所述测试部件（40；65）中的插头（45；66）。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基础部件（31）固定至DIN导轨（32）或者任意已知的紧固系统。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述有源部件（60）支架安装或容纳在配电柜的正面的金属面板内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述链接是三相链接，其中电流互感器、电压互感器和跳闸电路设置在每相（A，B，C）上。

10.一种借助于设备保护中、高或特高压电网中的链接的方法，所述设备包括：

经由数字链接连接至中央处理单元的模数转换装置，所述中央处理单元监控通过所述电流和电压互感器传送的电流和电压；

用于控制所述跳闸电路的装置；以及

用于通过注入电流和电压进行测试操作的装置；

所述方法的特征在于，其包括以下步骤，所述用于直接连接的装置和所述模数转换装置中的一个插入另一个中：

以首先断开所述跳闸电路、随后使电流互感器电路短路并与电压电路同时断开的方式，使所述用于直接连接的装置和所述模数转换装置彼此抽出的步骤；以及

在将测试部件插入所述模数转换装置之后通过电流和电压的二次注入来进行测试以对它们进行测试而不激活所述跳闸电路的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

用于模数转换的有源部件（30；60）插入连接至所述电源、所述电流和电压互感器以及所述跳闸电路的基础部件（31；61）中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述有源部件（30；60）预先连接至所述中央处理单元。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，在测试步骤中：

所述有源部件（30；60）从所述基础部件（31；61）中抽出；以及

所述测试部件（40；65）插入所述有源部件（30；60）中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述有源部件（30）翻转并重新插入所述基础部件（31）中。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，当所述有源部件（30，60）从所述基础部件（31，61）中抽出时，所述跳闸电路首先断路，然后所述电压和电流互感器电路断路。