CN102347638A - 用于监测电气开关设备的操作的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于监测电气开关设备的操作的方法和装置。具体而言,一种仪表互感器(100)包括电流互感器(44),其设置为用以联接到负载上并产生与流过该负载的电流成比例的模拟信号。该仪表互感器还包括联接到电流互感器上的保护模块(106)和数字化模块(50),该数字化模块设置为用以接收与模拟信号成比例的输入信号并将输入信号转换成数字信号。该数字化模块包括同步模块(140)和光纤接口模块(136),同步模块(140)用于产生至少一个定时信号,光纤接口模块(136)被联接到保护模块和同步模块上以用于将数字信号传送至保护模块。
Description
技术领域
本申请大体上涉及电气开关设备,并且更具体地说,涉及一种用于监测电气开关设备(switchgear)的操作的方法和装置。
背景技术
在工业配电系统中,由发电公司产生的功率可供给至工业或商业设施以用于分配到工业或商业设施中。至少某些已知的配电系统使用开关设备将功率分到分支电路中,分支电路将功率供给至工业设施的各个部分。通常,在各分支电路中提供了电路断路器以有助于保护分支电路中的设备。另外,各分支电路中的电路断路器可有助于最大程度地减少设备故障,因为可在不影响其它负载的条件下激励或去激励特定负载。
至少某些已知的电路断路器使用电子器件来监测流过分支电路的电流,并且如果所监测的电流超过预定值时跳脱断路器。已知的电子电路断路器是可调节的,并且可包括联接至一个或多个电流传感器的保护模块。这样的模块连续地监测数字化的电流值,并将这些值同这样的曲线相比较,该曲线限定了可存在低水平和高水平的过载电流条件的可容许时间范围。例如,如果过载电流条件已经保持得比预定的可容许时间范围更长,则跳脱断路器。然而,在某些情况下,可能不正确地跳脱断路器,因为精确的电流读取可受测量仪表本身影响。例如,电流互感器饱和可产生误差,即使在使用低负荷的静态继电器时。
至少某些已知的电路断路器使用保护模块来监测和控制其它类型的故障,例如过电压或欠电压条件和/或失相或不平衡。这样的保护模块常常需要将原始的电信号(例如那些由仪表传感器传送的、被翻译成可被断路器保护模块使用的调节信号)。电气参数的测量的精度有助于确保不超过功率设计限制,同时在瞬变条件期间保持设备在工作。为了有助于改进测量精度,在保护性仪表的构造中可使用高质量并且稳定的构件。然而,这样的构件增加生产成本。用于改进精度的另一技术需要补偿仪表系统的测量能力方面的已知的或估计的误差。一旦误差被量化,那么可引入抵消电路以平衡超出该系统的误差。然而,这种技术常常难以实施,并且可导致增加的误差或者较少可预测误差被引入系统中。
发明内容
在一个实施例中,提供了一种包括电流互感器的仪表互感器,该电流互感器设置为用以联接到负载上并且产生与流过该负载的电流成比例的模拟信号。该仪表互感器还包括保护模块以及联接到电流互感器上的数字化模块。该数字化模块设置为用以接收与模拟信号成比例的输入信号并将输入信号转换成数字信号。该数字化模块包括同步模块和光纤接口模块,该同步模块用于产生至少一个定时信号,该光纤接口模块被联接至保护模块和同步模块以用于将数字信号传送至保护模块。
在另一实施例中,提供了一种数字化模块,其设置为用以联接到电流互感器和保护模块上。该数字化模块包括电流至电压转换器模块,其设置为用以接收与由电流互感器所产生的信号成比例的输入信号并将输入信号转换成电压信号。该数字化模块还包括同步模块和光纤接口模块,该同步模块用于产生至少一个定时信号,该光纤接口模块被联接至保护模块和同步模块以用于将电压信号传送至保护模块。
在还有另一实施例中,提供了一种组装仪表互感器的方法,其包括将电流互感器联接到负载上,其中,电流互感器设置为用以产生与流过该负载的电流成比例的模拟信号。数字化模块被联接到电流互感器上,其中,该数字化模块设置为用以接收与模拟信号成比例的输入信号并将输入信号转换成数字信号。该数字化模块包括同步模块和光纤接口模块,该同步模块用于产生至少一个定时信号,该光纤接口模块被联接至同步模块。保护模块通过光纤接口模块联接至数字化模块。
附图说明
图1是已知的仪表互感器组件的示意图。
图2是可用于监测开关设备的示例性仪表互感器组件的示意图。
图3是可用于监测开关设备的仪表互感器组件的备选实施例的示意图。
图4是可供图2或图3中所示的仪表互感器组件使用的示例性仪表互感器的示意图。
项目清单
12 | 母线(busbar) |
13 | 环形核芯(toroidal core) |
14 | 电流互感器 |
15 | 电气绕组 |
16 | 电气终端 |
17 | 导体 |
18 | 电气终端 |
19 | 导体 |
40 | 仪表互感器组件 |
42 | 开关设备母线 |
44 | 电流互感器 |
46 | 电气终端 |
48 | 电气终端 |
50 | 数字化模块 |
52 | 管路(conduit) |
70 | 仪表互感器组件 |
100 | 仪表互感器 |
106 | 保护模块 |
108 | 用户接口模块 |
110 | 光纤供电模块 |
112 | 终端 |
114 | 终端 |
116 | 主导体 |
118 | 环形绕组 |
120 | 降压变压器 |
122 | 管路 |
124 | 电流至电压转换器模块 |
126 | 管路 |
128 | 模拟至数字转换器模块 |
130 | 管路 |
132 | 滤波器模块 |
134 | 管路 |
136 | 光纤接口模块 |
138 | 光纤总线 |
140 | 同步模块 |
142 | 管路 |
144 | 光纤电源(fiber optic power supply) |
146 | 管路 |
148 | 电源总线 |
具体实施方式
图1是已知的仪表互感器组件10的示意图。主导体或母线12位于交流(AC)开关设备面板(未示出)中。母线12延伸通过电流互感器14的环形核芯13,从而使母线12与电流互感器14中的多个电气绕组15磁耦合在一起。电气终端16和18将电流互感器14分别联接至导体17和19,以便将由电流互感器14所产生的信号传送至测量装置(未示出)。
在操作期间,通过母线12传送的交变电流在电流互感器14的绕组15中引起成比例的电流信号。该电流信号经由终端16和18传送至导体17和19,导体17和19然后将电流信号传送至测量装置。
图2是可用于监测开关设备(未示出)的操作的一示例性仪表互感器组件40的示意图。在该示例性实施例中,开关设备母线42是延伸通过电流互感器44并磁耦合在电流互感器44上的导体。电气终端46和48将电流互感器44联接至数字化模块50。在另一实施例中,使用辅助连接(未示出)将数字化模块50联接至电流互感器44。数字化模块50(在下面更详细描述)产生输出,该输出通过管路52传送至继电保护模块(未在图2中示出)。在备选实施例中,数字化模块50可联接至其它开关设备构件,例如像限位开关、定时器、转换开关、控制面板和/或显示器(都未示出)。
图3是可用于监测开关设备(未示出)的备选仪表互感器组件70的示意图。仪表互感器组件70类似于仪表互感器组件40(在图2中示出),并且仪表互感器组件70中与仪表互感器组件40的构件等同的构件在图3中使用图2中所用的相同参考标号而标识。因此,在该示例性实施例中,仪表互感器组件70包括开关设备母线42,其延伸通过电流互感器44并磁耦合在电流互感器44上。此外,在该示例性实施例中,并且与图2相反,数字化模块50与电流互感器44整体形成。数字化模块50的输出通过管路52传送至继电保护模块(未在图3中示出)。在备选实施例中,数字化模块50可与其它开关设备构件整体形成和/或联接至其它开关设备构件,例如像限位开关、定时器、转换开关、控制面板或显示器。
图4是可与仪表互感器组件40或70(分别在图2或图3中示出)一起使用的仪表互感器100的示意图。在该示例性实施例中,仪表互感器100包括电流互感器44、数字化模块50、保护模块106、用户接口模块108和光纤供电模块110。在一个实施例中,电流互感器44是已知的电流互感器,其已被改装以便接收数字化模块50。在该示例性实施例中,终端112和114将数字化模块50联接至电流互感器44。主导体116延伸通过电流互感器44的环形绕组118并磁耦合其上。在该示例性实施例中,主导体116是开关设备母线或电缆。来自电流互感器44的原始电流信号被传导至降压变压器120,降压变压器120将原始电流信号的幅度降低至适于在数字化模块50中处理的仪表信号。
在该示例性实施例中,仪表信号经由管路122传送到电流至电压转换器模块124上,电流至电压转换器模块124将该仪表信号转换成与该仪表信号的电流成比例的电压信号。该电压信号经由管路126传送到使信号数字化的模拟至数字转换器模块128上。该数字化信号经由管路130传送至滤波器模块132,滤波器模块132对数字化信号进行带通过滤,以便从该数字化信号中移除不期望的低频和高频信号分量。或者,滤波器模块132可使用任何其它滤波器,例如低通滤波器和/或高通滤波器,以便从数字化信号中移除不期望的信号分量。
在该示例性实施例中,滤波器模块132经由管路134将过滤的信号传送至光纤接口模块136。光纤接口模块136经由光纤总线138与保护模块106通信。光纤接口模块136和保护模块106之间的通信是双向的,从而使得信号数据被传送至保护模块106,并使得极限值和/或设置数据被传送至光纤接口模块136。因为数字化模块50经由光纤总线138与保护模块106通信,所以,数字化模块50有助于将电流互感器44与保护模块106电隔离。
此外,在该示例性实施例中,数字化模块50包括被联接到光纤接口模块136上的同步模块140。另外地或备选地,同步模块140可联接到数字化模块50中允许仪表互感器100如本文所述而作用的任何其它构件上。在该示例性实施例中,同步模块140包括时钟单元和/或全球卫星定位(GPS)单元(均未示出)。时钟单元和/或GPS单元提供用于使电压和/或电流测量同步的定时信号。在该示例性实施例中,光纤接口模块136接收定时信号,并将该定时信号与所接收的电压测量信号关联起来,或“标时间戳”。在一个实施例中,光纤接口模块136基于所接收的电压测量信号和/或定时信号产生多个同步相量。在该示例性实施例中,同步相量和/或标时间戳的电压信号从光纤接口模块136被传送至保护模块106和/或用户接口模块108。
在该示例性实施例中,保护模块106经由光纤总线138接收标时间戳的电压信号和/或同步相量,并且基于所接收的标时间戳的电压信号和/或同步相量而选择性地打开和关闭至少一个继电器(未示出)。因为电压信号和/或同步相量除了电压信息之外还包括定时信息,所以,与例如只接收电压数据的保护模块106相比,保护模块106关于继电器的打开和关闭的判断过程更有效和可靠。
在该示例性实施例中,用户接口模块108经由管路142从保护模块106接收标时间戳的电压信号和/或同步相量,并将该信号和/或同步相量显示给用户。在该示例性实施例中,管路142是光纤管路和/或母线。更具体地说,在该示例性实施例中,用户接口模块108在基于时间的参考系中显示电压信号和/或同步相量,和/或使该信号与定时信号同步。在一个实施例中,用户接口模块108包括薄的屏幕模块,其安装在开关设备面板外部(未示出)的用户可接近的部分。在另一实施例中,用户接口模块108是远程的,例如在中央控制室中,以用于远程监测仪表互感器100。此外,在该示例性实施例中,用户接口模块108包括用户输入部分(未示出),例如键盘、触摸屏和/或通信端口。通信端口可联接到个人计算机或另一数据处理装置(未示出)上。用户接口模块108还包括用于显示仪表互感器100的状态的显示器(未示出),其中,该状态可以是(但不仅仅限于)操作状态、故障状态、自诊断结果和/或可允许仪表互感器100如本文所述而作用的任何其它可编程状态指示。在一个实施例中,光纤总线138有助于与多个保护模块106和至少一个用户接口模块108的通信。
此外,在该示例性实施例中,光纤供电模块110为数字化模块50中的至少一个构件供电。更具体地说,在该示例性实施例中,光纤供电模块110经由管路146为光纤电源144供电。光纤电源144经由电源总线148供电到电流至电压转换器模块124、模拟至数字转换器模块128、滤波器模块132和光纤接口模块136。在一个实施例中,光纤供电模块110位于开关设备面板(未示出)中,该开关设备面板位于用户接口模块108附近。或者,光纤供电模块110可位于允许仪表互感器100如本文所述而作用的任何位置。
光纤数据通信路径的柔性允许从中央位置或任何数量的远程位置监测和控制许多系统。光纤总线138和管路142不局限于光纤架构,而可以是任何广泛系列的通信总线架构,其包括(但不限于只包括)以太网、RS-485和/或允许仪表互感器100如本文所述而作用的任何其它总线架构。此外,光纤总线138和管路142可使用任何通信协议,其包括(但不限于只包括)现场总线、现场总线DP、TCP/IP和/或允许仪表互感器100如本文所述而作用的任何其它通信协议。
该示例性实施例被描述为一种包括电流互感器的仪表互感器。然而,可在与上面所述相同的方式下结合基于其它传感器的仪表互感器。例如,电压、频率、温度、红外光谱能量、振动和/或流量传感器以及互锁和/或安全装置可如本文所述而被包括到仪表互感器中。在操作中,将数字化模块50直接联接到电流互感器44上减少制造开关设备所需的铜线的数量。这样,由示例性仪表互感器使用的用以携带信号的管路材料是由光纤材料制成的。因此,同已知的仪表互感器相比,该示例性仪表互感器可以更具成本效率的方式制成。
本文所述的电流互感器和数字化模块提供牢固并可靠的装置以用于监测电气开关设备。同已知的使用铜线的开关设备监测设备相比,数字化模块和保护模块之间的光纤接口提供较低的阻抗。此外,同步模块允许定时信息与由数字化模块所产生的电压信号相关联。与没有这种同步的现有技术的系统相比,该定时信息有助于使电压信号同步,从而使得保护模块和/或用户可更有效并可靠地保护开关设备构件。因此,与现有技术的系统相比,该示例性实施例允许数字化模块和保护模块之间的可靠和牢靠的通信,同时有助于减少模块之间的功率损耗。
本文所述的系统和方法的技术效果包括下列至少一项:(a)将电流互感器联接到负载上,其中,该电流互感器设置为用以产生与流过该负载的电流成比例的模拟信号;(b)将数字化模块联接到电流互感器上,其中,该数字化模块设置为用以接收与模拟信号成比例的输入信号,并将输入信号转换成数字信号,并且,其中,该数字化模块包括用于产生至少一个定时信号的同步模块以及联接至该同步模块的光纤接口模块;以及,(c)通过光纤接口模块将保护模块联接至数字化模块。
上述仪表互感器是成本有效并且可靠的。该仪表互感器包括联接至数字化模块的电流互感器。该数字化模块将从电流互感器接收的带有一个或多个定时信号的信号进行转换、过滤和同步。该数字化模块通过光纤管路传送信号数据至保护模块和从保护模块接收信号数据。因此,数字化模块与保护模块是电隔离的。此外,将数字化模块直接联接至电流互感器以及使用光纤总线而非铜面板导线有助于减少制造和/或组装仪表互感器和/或开关设备的成本。
上面详细描述了用于监测电气开关设备的操作的方法和装置的示例性实施例。该方法和装置并不限于本文所述的特定实施例,相反,该装置的构件和/或该方法的步骤可独立于或单独于本文所述的其它构件和/或步骤而利用。例如,该仪表互感器还可结合其它监测系统和方法而使用,并且不限于仅如本文所述的开关设备而实践。相反,该示例性实施例可结合许多其它功率系统应用来实施和利用。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在某些图中示出而未在其它图中示出,但是,这仅仅是出于方便起见。根据本发明的原理,附图的任何特征都可与任何其它附图的任何特征结合来进行参考和/或声明权利。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明,并且还允许本领域技术人员来实施本发明,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件,则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种仪表互感器(100),包括:
电流互感器(44),所述电流互感器(44)设置为用以被联接到负载上,和用以产生与流过所述负载的电流成比例的模拟信号;
保护模块(106);
数字化模块(50),所述数字化模块(50)被联接到所述电流互感器上,所述数字化模块设置为用以接收与所述模拟信号成比例的输入信号并将所述输入信号转换成数字信号,所述数字化模块包括:
同步模块(140),所述同步模块(140)用于产生至少一个定时信号;以及
光纤接口模块(136),所述光纤接口模块(136)被联接到所述保护模块和所述同步模块上以用于将所述数字信号传送至所述保护模块。
2.根据权利要求1所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述保护模块(106)基于所述数字信号而选择性地激励或去激励至少一个继电器。
3.根据权利要求1所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述数字化模块(50)将所述电流互感器(44)与所述保护模块(106)电隔离。
4.根据权利要求1所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述保护模块(106)经由至少一个光纤管路(134)联接到所述光纤接口模块(136)上。
5.根据权利要求1所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述数字化模块(50)还包括联接在所述电流互感器(44)与所述光纤接口模块(136)之间的电流至电压转换器模块(124)以用于将所述输入信号转换成电压信号。
6.根据权利要求5所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述数字化模块(50)还包括联接到所述电流至电压转换器模块(124)上的模拟至数字转换器模块(128)以用于将所述电压信号转换成数字信号。
7.根据权利要求6所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述数字化模块(50)还包括联接到所述模拟至数字转换器模块(128)和所述光纤接口模块(136)上的滤波器模块(132)以用于过滤所述数字信号。
8.根据权利要求1所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述光纤接口模块(136)设置为用以:
使所述数字信号与所述至少一个定时信号相关联;以及
将所述相关联的信号传送至所述保护模块(106)。
9.根据权利要求8所述的仪表互感器(100),其特征在于,所述仪表互感器(100)还包括用户接口模块(108),所述保护模块(106)将所述相关联的信号传送至所述用户接口模块。
10.一种数字化模块(50),所述数字化模块(50)设置为用以被联接到电流互感器(44)和保护模块(106)上,所述数字化模块包括:
电流至电压转换器模块(124),所述电流至电压转换器模块(124)设置为用以:
接收与由所述电流互感器产生的信号成比例的输入信号;和
将所述输入信号转换成电压信号;
同步模块(140),所述同步模块(140)用于产生至少一个定时信号;以及
光纤接口模块(136),所述光纤接口模块(136)被联接到所述保护模块和所述同步模块上以用于将所述电压信号传送至所述保护模块。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120208 |