CN103389460A - 用于检查电路断路器的测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查电路断路器（1）的测量设备（10）。测量设备（10）包括被设计成产生用于电路断路器（1）的开关触头（5）的导通性测量的测量电流的电流发生单元（12）。测量设备（10）还包括：测量单元（13），其用于寄存电路断路器（1）中的测量信号；能量供应单元（15），其用于为电路断路器（1）的控制驱动装置（6）供应电能；以及控制单元（14），其具有定时器（18）。控制单元（14）能够将用于断开或闭合电路断路器（1）的信号通过控制输出（19）输出到控制驱动装置（6），并且根据该测量信号确定电路断路器（10）的基于时间的开关行为。另外，控制单元（14）被设计成在电路断路器（1）闭合的情况下根据测量电流和测量信号来确定开关触头（5）的电阻。

Description

用于检查电路断路器的测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于检查电路断路器的测量设备，具体而言，用于在电路断路器的调试或服务检查之后检查发电厂和输电厂中的电路断路器。

背景技术

电路断路器（也被称作为高压开关）是针对高电流设计的专用开关。在能源工程厂，例如发电厂（诸如发电站）或电力传输厂，电路断路器不仅切换操作电流、还切换故障情况下的超载电流或短路电流。电路断路器可以既用于接通这些电流、也用于切断这些电流。电路断路器一般包括开关触头和机械地驱动开关触头的控制驱动装置。控制驱动装置可以包括例如弹簧驱动装置或压缩空气驱动装置，它们储存用于快速切换开关触头的机械能。弹簧驱动装置或压缩空气驱动装置可以例如通过电力驱动装置被偏置或“充电”。用于切换开关触头的储存的机械能的释放可能受到电操作的所谓跳闸线圈的影响。在电厂中，一般有站电池，提供介于48V与220V之间的直流电压（DC电压），以便为跳闸线圈供应能量。然后只需要用于断开或闭合的浮动继电器触头。在操作期间，用于断开或闭合的命令一般来自保护继电器或仪表与控制系统。

在电路断路器的检查期间，一般执行所谓的微欧姆测试，其中，随着开关触头闭合，电路断路器中产生的电阻通过预设电流的输入来测量。预设电流可以是数百安培，例如200A。此外，在电路断路器的检查期间，可以执行所谓的定时测试，将施加控制命令之后开关为执行开关功能命令而需要的开关持续时间寄存。此外，如果电路断路器位于接地外壳中（所谓的接地），则可以执行所谓的损失因子测试（loss-factor test）或Tanδ测试。损失因子测试也被称作为“外壳接地测试（dead tank test）”。

为了执行定时测试，必须发出控制命令，以断开和闭合开关。为此，跳闸线圈需要一定量的能量。根据现有技术，这种能量要么来自站电池要么来自测试期间提供所需DC电压的另一设备。在DC电压减小到正常值以下时也执行测试，以检查开关在电压减小的情况下是否也无故障地工作。这种测试也被称作低电压测试。这种所需的能源在下文中被称作供能单元。供能单元也可以用以对开关的控制驱动装置中的能量储存设备再充电。这通过施加交流电压（AC电压）或DC电压（一般在从48V DC至230V AC额定的范围）来进行。

一般地，为了执行上述测试，利用各种设备，所述各种设备相继与电路断路器连接用于执行相应测试的目的，也可以在某些测试的情况下同时利用供能单元。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种测量设备，通过所述测量设备可以可靠地并且相比于现有技术更加有效地检查电路断路器。根据本发明，这一目的由根据权利要求1的用于检查电路断路器的测量设备、和根据权利要求12的用于检查电路断路器的测量设备来实现。从属权利要求限定本发明的优选和有利的实施例。

根据本发明提供了一种用于检查电路断路器的设备，所述用于检查电路断路器的设备包括：电流发生单元、测量单元、供能单元、控制输出以及控制单元。

电流发生单元被设计成产生用于电路断路器的开关触头的导通性测量的测量电流，并且可以出于将测量电流输入到电路断路器中目的而与电路断路器耦接。在本说明书的上下文中，导通性测量表示一种至少表明电路断路器的开关触头是否接通的测量。这可以基于例如通过下文描述的测量单元来确定穿过开关触头的压降而确定出。如果压降在预设值以下，则确定出开关触头接通。否则，确定出开关触头断开。可替选地，也可以确定出流经电路断路器的测量电流，并且只要超过电流的预定幅值则确定开关触头为闭合。作为对此的替换，也试图驱动穿过触头的电流。如果可能，则开关是闭合的；如果不可能，则开关是断开的。测量单元可以与电路断路器耦接，并且可以寄存电路断路器中的测量信号。测量信号可以包括：具体地，穿过电路断路器的开关触头的压降。

供能单元被设计成为电路断路器的控制驱动装置供应电能，控制驱动装置或者断开、或者闭合电路断路器的开关触头。如以上已经解释的，电路断路器的控制驱动装置可以包括用于致动开关触头的能量储存设备，诸如，例如弹簧驱动装置或气体驱动装置。控制驱动装置还可以包括用于加载弹簧或压缩气体（即用于对能量储存设备“充电”）的发动机。因此，例如，供能单元为该发动机供应电能。可替选地，电路断路器的控制驱动装置也可以包括例如电容器，所述电容器储存电能以提供充足的能量来机电地断开或闭合电路断路器的开关触头。在这种情况下，供能单元可以为这种电容器供应电能。

控制输出可以与电路断路器的控制驱动装置耦接，并且被设计成输出用于断开和/或闭合电路断路器的信号。电路断路器可以具有例如跳闸元件或跳闸线圈，其用例如200V的直流电压来激活，以启动电路断路器的开关触头的断开或闭合。控制输出提供相应的控制电压。可替选地，控制驱动装置可以经由根据标准IEC61850的用于断开或闭合电路断路器的命令或控制消息来被激活。在这种情况下，控制输出提供根据IEC61850的相应的控制消息。测量设备可以由此直接激活电路断路器，而不用额外的部件，所以可以简化检查电路断路器的过程。

控制单元包括定时器，以能够精确地记录时间顺序。控制单元被设计成通过控制输出来输出用于断开或关闭电路断路器的信号，并且根据测量信号来确定电路断路器的基于时间的开关行为。例如，通过定时器，控制单元可以测量用于断开或闭合电路断路器的信号的输出与电路断路器的实际断开或闭合之间经历的时间。如果电路断路器闭合，则控制单元另外能够根据测量电流和测量信号确定开关触头的电阻。

测量设备可以包括：外壳，其采取便携单元的形式，至少容纳有电流发生单元、测量单元、供能单元、控制输出以及控制单元。因此，电路断路器的定时测试和微欧姆测试都可以通过同一测量设备来执行。在这种情况下，联合使用诸如例如电流发生单元和测量单元这样的部件，使得测量设备成本节省。此外，测量设备与电路断路器连接之后，测量或测试两种都可以执行，而不需要重新布线。因此，电路断路器的检查可以更加有效地执行。由于测量设备额外地包括用于控制驱动装置的供能单元，所以无论原位是否存在电路断路器的控制驱动装置可用的相应供能单元，都以执行电路断路器的测试。如果原位有相应的能源可用，例如站电池或相应的电流连接，则可以利用这种能源，并且同样地检查其功能性能。

如上所述，电路断路器可以包括用于加载弹簧或用于压缩气体的发动机，或者可以包括可充电的电容器。由此可以组成传送用于致动开关触头的实际能量的供能单元。通过跳闸线圈，例如，在实际的开关操作期间，命令被发出到开关来引起开关，并且能量储存设备的能量被用于致动开关触头。能量储存设备然后被再充电。根据一个实施例，供能单元为能量储存设备提供能量。此外，测量设备可以被设计成通过控制输出提供用于控制跳闸设备的电力，由此用于断开和/或闭合电路断路器的信号能够被供应到电路断路器的控制驱动装置的跳闸设备。由于测量设备提供用于对电路断路器的控制驱动装置的能量储存设备充电和用于操作跳闸设备的能量，所以电路断路器可以通过测量设备来操作和检查，而不用额外的供能系统。

根据一个实施例，测量单元被设计成寄存测量信号过程。控制单元可以根据测量电流和测量信号过程，例如，在闭合或断开操作期间，来确定开关触头的电阻过程。因此不仅可以确定和检查处于闭合状态的开关触头的接触电阻，还可以确定和检查在开关触头的断开或闭合期间开关触头的电阻变化。这个信息可以用作例如用于检查磨损的状态和校正开关触头的功能性能的基础。

在另一个实施例的情况下，测量设备包括高压发生单元，所述高压发生单元被设计成产生用于损失因子测量的高压。此外，测量设备可以包括损失因子测量设备，所述损失因子测量设备被设计成根据高压来确定电路断路器的损失因子。损失因子测量设备可以包括例如损失因子测量桥，通过所述损失因子测量桥将高压（例如，达到12kV）供应到设置有电路断路器的接地外壳的电容式引线孔的测试连接。损失因子测量设备检查例如电容式引线孔的电容偏离理想的或所需的电容的程度。这种偏离也被称作为功率因子，耗散因子或Tanδ。这种信息用于评估引线孔的状态。接地外壳中的电路断路器也被称作为外壳接地断路器（dead tank circuit breaker）。电路断路器测试与损失因子测量的组合使得由电路断路器和接地外壳组成的整个单元能够以简单和有效的方式来检查。

具体地，测量设备可以包括外壳，其采取便携单元的形式，容纳有电流发生单元、测量单元、供能单元以及控制输出。另外，供能单元也可以用于为高压发生单元和损失因子测量设备供能。结果，容纳在接地外壳中的电路断路器可以仅通过一个测量系统来检查。此外，利用电流发生单元来在测试期间为开关供电、以及为同一外壳中的高压发生单元，使得诸如例如开关电源、但是主要也是功率放大器之类的部件能够被共同利用，由此使测量设备的成本、重量以及体积减小。

另外，根据本发明提供了一种用于检查电路断路器的测量设备，所述测量设备包括：电流发生单元、测量单元、控制输出以及具有定时器的控制单元。电流发生单元被设计成产生用于电路断路器的开关触头的导通性测量的测量电流，并且可以出于将测量电流输入电路断路器的目的而与电路断路器耦接。测量单元可以与电路断路器耦接，并且可以寄存电路断路器中的测量信号（例如，穿过电路断路器的开关触头的压降）。用于断开和/或闭合电路断路器的信号可以通过控制输出来输出。针对这个目的，控制输出可以与电路断路器的控制驱动装置耦接。控制单元能通过控制输出来输出用于断开或闭合电路断路器的信号，并且通过定时器来根据测量信号确定电路断路器的基于时间的开关行为。通过控制输出、由控制单元输出的用于断开或闭合电路断路器的信号包括根据标准IEC61850的控制消息。标准IEC61850描述了出于传送命令（例如，所谓的goose消息）、或者运载数据或数据流的目的而在能源工程厂（诸如，变压器厂）使用的总线和协议（IEC61850-9-2）。可以利用goose命令以例如传送用于断开或闭合电路断路器的命令。因此，在电路断路器的测试或检查期间，测量设备自身能产生用于断开或闭合电路断路器的这些命令，使得无需额外部件用于测量设备断路器。

根据一个实施例，控制单元被额外地设计成接收来自电路断路器的辅助触头的信号。来自辅助触头的信号表示电路断路器的断开或闭合的过程。控制单元能根据测量信号和来自辅助触头的信号来确定电路断路器的基于时间的开关行为。来自电路断路器的辅助触头的信号可以通过根据标准IEC61850的消息从电路断路器传送到控制单元，或者通过控制单元向电路断路器请求。通过与开关过程相关的信息，可以详细地寄存并检查电路断路器的基于时间的开关行为。

尽管以上已经结合具体的实施例描述了具体特征，但是显然的是描述的实施例的特征可以采用任何方式彼此组合。

附图说明

以下参照附图来详细地解释本发明。

图1示出结合了电路断路器的根据本发明的一个实施例的测量设备。

图2示出根据本发明的测量设备的另一个实施例。

具体实施方式

在针对不同实施例的以下描述中，附图所示的或本文中描述的功能块、设备、部件、或者物理或功能单元之间的直接连接或耦接也可以通过间接连接或耦接来实现。不同的附图中的相同的附图标记表示相似或相同的部件。此外，显然的是本文描述的不同示例性实施例的特征可以采用任何方式而彼此组合。

图1示出了电路断路器1、测量设备10以及评估设备40（所谓的主单元或所谓的接地站）。电路断路器1包括开关触头5，所述开关触头5使得两个线2、3（例如，高压线）之间形成电连接或者断开电连接。开关触头5被设置在外壳4中。电路断路器1额外地包括控制驱动装置6，所述控制驱动装置6通过机械耦接7机械地激活开关触头5。控制驱动装置6可以包括机械能或电能储存设备，所述机械能或电能储存设备通过跳闸元件来激活、并且通过机械耦接7来提供用于断开或闭合开关触头5的机械能。例如，控制驱动装置6的能量储存设备包括弹簧，弹簧可以通过电动机被偏置，并且可以以这种随着弹簧被释放而将机械能经由机械耦接7传送到开关触头5的方式借助跳闸线圈来跳闸。可替选地，能量储存设备可以包括气体驱动装置，其中气体被压缩并且通过跳闸机构来膨胀。通过气体的膨胀，机械驱动装置7可以针对激活开关触头5的目的而被驱动。此外，控制驱动装置6可以包括电能储存设备，对所述电能储存设备充电预设量的能量，以针对激活开关触头5的目的来通过电机械转换器在短时段中释放这个量的能量。为了对控制驱动装置6的能量储存设备充电的目的，电能通过线30施加到控制驱动装置6，例如，以230V的交流电压。为了激活控制驱动装置6的跳闸元件的目的，即为了激活用于断开或闭合开关触头5的操作，由测量设备10的控制单元14将控制信号经由线31供应到控制驱动装置6。控制单元14通过线29从测量设备10的供能单元15中获得所需的能量。控制信号例如可以是具有例如200V电压的直流电压信号，由此控制驱动装置6的跳闸元件可以跳闸。可替选地，线31可以包括数字数据总线连接，通过数字数据总线连接将用于控制驱动装置6的跳闸元件跳闸的控制信号采用数字报文的形式（例如根据标准IEC61850的所谓的goose命令）来传送。

电路断路器1的开关触头5可以被设置成在绝缘安装件上例如预设的高度（例如，6m的高度）处，并且与线2、3连接。可替选地，电路断路器1可以包括接地的外壳8，所述接地的外壳8具有绝缘的引线孔9，通过引线孔9来规定线2、3至开关触头5的路径。

测量设备10包括外壳11，在所述外壳11中设置有电流发生单元12、测量单元14、控制单元14以及供能单元15。电流发生单元12被设计成产生用于电路断路器1的开关触头5的导通性测量的测量电流，并且可以提供优选的一百安培或更大的测量电流。为了使测量电流能够以高能量简单地提供，测量设备10还可以包括电容式能量储存设备21，所述电容式能量储存设备21与电流发生单元12耦接，以便向电流发生单元12简单地提供比通过测量设备10的供能连接20可获得的能量更多的能量。电流发生单元12通过连接32、33以这种使测量电流可以自电流发生单元12、经由电路断路器1的开关触头5进行传送的方式与电路断路器1耦接。测量单元13通过连接34、35以这种使测量单元13可以寄存有关电路断路器1的测量信号（例如，跨开关触头5的压降）的方式与电路断路器1连接。

控制单元14与电流发生单元12和测量单元13连接，并且通过控制输出19和连接31与电路断路器1连接。此外，控制单元14包括定时器18，以使操作能够被时间精确地控制和记录。控制单元14因此适用于执行电路断路器1的所谓的定时测试和所谓的动态电阻测量。在这种情况下的控制单元14激活电路断路器以断开或闭合开关触头5。通过来自测量单元13的信号，控制单元14确定出电路断路器1的基于时间的开关行为，例如，用以断开开关触头5的命令的输出与通过开关触头5实际断开连接的时刻之间的时段。另外，控制单元14可以通过例如连接31来接收来自电路断路器1的辅助触头的信号，以确定并记录与电路断路器1的开关行为的基于时间的过程相关的额外信息。关于电路断路器1的开关行为，通过控制单元14确定的信息可以被传送到例如评估设备40。传送通过以下形式实施：例如以数字的形式、通过专用的数据传输电缆，或者例如作为数字数据、通过供能电缆36，所述供能线缆36将测量设备10与供能网络37耦接，评估设备40也与供能网络37耦接。用于通过供能线传送数字信息的方法在现有技术中已知，例如已知的术语：以太网供电（Power over Ethernet）或电力线通信（Power LineCommunication）。

如果电路断路器被设置在接地的外壳8中，如上所述，其中使高压线2、3通过引线孔9布置到接地的外壳8的内部中，则可以通过测量设备10和损失因子测量设备16以及高压发生单元17来执行损失因子测量，以评估引线孔9的状态。针对这个目的，电压在供能单元15中产生并且利用高压发生单元17被转换成数千伏的高压（例如，2至12kV的范围），并且通过连接38被传送到引线孔9。通过例如损失因子测量设备16中的损失因子测量桥，利用线39可以在引线孔9的测试连接处检查出电容式引线孔9的电容与理想电容多接近，以确定出引线孔9的状态。

如果电路断路器1的开关触头5闭合，则开关触头的电阻可以从电流发生单元12提供的测量电流和测量单元13确定出的跨开关触头5的压降来确定。这是所谓的微欧姆测量。因而，例如，开关触头5的磨损状态和电路断路器1的功能性能能够利用测量设备10来一步执行，而无需额外的重新布线。

总之，电路断路器1的综合测试可以通过测量设备10来执行，具体地，这种测试包括定时测试、微欧姆测试以及损失因子测试。由于测量设备10提供了电路断路器1的测试和激活所需的全部信号，具体地，测量电流、控制信号、电源电压以及高压，所以检查电路断路器1不需要额外部件。

图2示出测量设备50，所述测量设备50包括之前描述的电流发生单元12、测量单元13、控制输出19、以及包括定时器18的控制单元14。电流发生单元12和测量单元13与图1的相应部件相对应，因此这里不再详细地描述。控制单元14能通过控制输出19来输出用于断开或闭合电路断路器1的信号，并且根据测量设备13的测量信号来确定出电路断路器的基于时间的开关行为。通过控制输出19、由控制单元输出的用于断开或闭合电路断路器的信号是根据标准IEC61850的控制消息。控制单元可以额外地能够从电路断路器1的辅助触头中接收信号，所述信号表示电路断路器1的断开或闭合的过程、并且同样地利用根据标准IEC61859的消息从电路断路器1传送到控制单元14。由于测量设备50直接适用于发送和接收根据标准IEC61850的命令和消息，所以根据标准IEC61859控制的电路断路器可以直接通过测量设备50激活和检查，而无需额外的部件。

Claims (15)

1.一种用于检查电路断路器的测量设备，包括：

电流发生单元（12），所述电流发生单元（12）被设计成产生用于所述电路断路器（1）的开关触头（5）的导通性测量的测量电流，

测量单元（13），所述测量单元（13）能够与所述电路断路器（1）耦接、并且被设计成检测所述电路断路器（1）中的测量信号，

供能单元（15），所述供能单元（15）被设计成为控制驱动装置（6）供应电能，用于断开或关闭所述电路断路器（1）的目的，

控制输出（19），所述控制输出（19）能够与所述电路断路器（1）的所述控制驱动装置（6）耦接，并且被设计成输出用于断开和/或关闭所述电路断路器（1）的信号，以及

控制单元（14），所述控制单元（14）具有定时器（18），并且被设计成：通过所述控制输出（19）输出用于断开或闭合所述电路断路器（1）的信号，并且根据所述测量信号确定所述电路断路器（1）的基于时间的开关行为，并且在所述电路断路器（1）闭合的情况下，根据所述测量电流和所述测量信号确定所述开关触头（5）的电阻。

2.如权利要求1所述的测量设备，所述测量设备（10）包括便携单元形式的外壳（11），在所述外壳（11）中至少容纳有所述电流发生单元（12）、所述测量单元（13）、所述供能单元（15）、所述控制输出（19）以及所述控制单元（14）。

3.如权利要求1所述的测量设备，所述电路断路器（1）的所述控制驱动装置（6）包括跳闸设备，用于断开和/或闭合所述电路断路器的信号能够被供应到所述跳闸设备，所述测量设备（10）被设计成通过所述控制输出（19）提供用于激活所述跳闸设备的电力。

4.如权利要求1所述的测量设备，所述控制驱动装置（6）包括用于致动所述开关触头（5）的能量储存设备，所述供能单元（15）被设计成为所述能量储存设备提供能量。

5.如权利要求1所述的测量设备，所述测量单元（13）被设计成检测测量信号过程，并且所述控制单元（14）被设计成根据所述测量电流和所述测量信号过程来确定所述开关触头（5）的电阻过程。

6.如权利要求1所述的测量设备，还包括高压发生单元（17），所述高压发生单元（17）通过所述供能单元（15）来供能，并且被设计成产生用于设置在接地的外壳（8）中的电路断路器（1）的损失因子测量的高压。

7.如权利要求6所述的测量设备，还包括：

损失因子测量设备（16），所述损失因子测量设备（16）被设计成根据所述高压来确定设置在接地外壳（8）中的所述电路断路器（1）的损失因子。

8.如权利要求7所述的测量设备，所述测量设备（10）包括便携单元形式的外壳（11），在所述外壳（11）中至少容纳有所述电流发生单元（12）、所述测量单元（13）、所述供能单元（15）、所述控制输出（19）以及所述控制单元（14）；并且包括高压发生单元（17），所述高压发生单元（17）通过供能单元（15）来供能；以及包括损失因子测量设备（16）。

9.如权利要求1所述的测量设备，所述电流发生单元（12）被设计成产生至少100A的测量电流。

10.如权利要求1所述的测量设备，所述测量信号包括跨所述电路断路器（1）的所述开关触头（5）的电压。

11.如权利要求1所述的测量设备，通过所述控制输出（19）、由所述控制单元（14）输出的所述用于断开或闭合所述电路断路器（1）的信号包括根据IEC61850的控制消息。

12.一种用于检查电路断路器的测量设备，包括：

电流发生单元（12），所述电流发生单元（12）被设计成产生用于所述电路断路器（1）的开关触头（5）的导通性测量的测量电流，并且能够出于将所述测量电流输入到所述电路断路器（1）中的目的而与所述电路断路器（1）耦接，

测量单元（13），所述测量单元（13）能够与所述电路断路器（1）耦接，并且被设计成检测所述电路断路器（1）中的测量信号，

控制输出（19），所述控制输出（19）能够与所述电路断路器（1）的所述控制驱动装置（6）耦接，并且被设计成输出用于断开和/或闭合所述电路断路器（1）的信号，以及

控制单元（14），所述控制单元（14）具有定时器（18），并且被设计成通过所述控制输出（19）输出用于断开或闭合所述电路断路器（1）的信号、以及根据所述测量信号来确定所述电路断路器（1）的基于时间的开关行为，

通过所述控制输出（19）、由所述控制单元（14）输出的所述用于断开或闭合所述电路断路器（1）的信号包括根据IEC61850的控制消息。

13.如权利要求1或12所述的测量设备，所述控制单元（14）被设计成：

接收来自所述电路断路器（1）的辅助触头的信号，所述信号表示所述电路断路器（1）的断开或闭合过程，以及

根据所述测量信号和来自所述辅助触头的信号来确定所述电路断路器（1）的基于时间的开关行为。

14.如权利要求13所述的测量设备，所述控制单元（14）被设计成通过根据IEC61850的消息接收来自所述电路断路器（1）的所述辅助触头的信号。

15.如权利要求12所述的测量设备，所述测量设备（10，50）包括根据权利要求1至11中任一项权利要求所述的测量设备（10）。

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