CN110672013A - 一种高速机械开关动态位置检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高速机械开关动态位置检测装置及方法，可截断光路器与控保系统电连接，可截断光路器上设置有合闸信号光发射端和分闸信号光发射端，对应分别设置有合闸信号光接收端和分闸信号光接收端；遮光挡片设置在光发射端与光接收端之间，遮光挡片错位设置有合闸透光孔与分闸透光孔，合闸透光孔和分闸透光孔的透光状态用于标识高速机械开关的动态位置。当接收到分闸指令时，遮光挡片在运动部件的带动下高速运动，可截断光路器配合设置在遮光挡片上合闸透光孔和分闸透光孔可以获取高速机械开关合闸向分闸切换，直至分闸成功的动态位置信息。可截断光路器将获取的动态位置信息发送给控保系统，控保系统可以精确获得高速机械开关的动态位置。

Description

一种高速机械开关动态位置检测装置及方法

技术领域

本申请涉及直流断路器技术领域，具体涉及一种高速机械开关动态位置检测装置及方法。

背景技术

随着能源战略结构的不断调整和完善，多端柔性直流输电逐渐成为解决新能源并网的重要技术手段。直流断路器作为多端柔性直流输电系统中的保护元件，其工作可靠性与稳定性异常重要。控保系统在多端柔性直流输电系统中可以实现对直流断路器各组件状态的监测，因此直流断路器各组件在待机状态下和操作过程中都要向上层控保系统上报状态参数。

直流断路器通常情况下在主通流支路中都配置高速机械开关，高速机械开关由于其零部件多、运动速度快、机械冲击大等原因，虽然其静态参量例如分/合闸位置、电容充电电压、放电晶闸管电压等较易获取，但决定开断成败的动态位置却难以及时、简易、精确地采集，导致控保系统不能根据高速机械开关动态位置来预知开断成败从而浪费掉部分宝贵的控保反应时间。

因此如何使得控保系统能够精确获得高速机械开关的动态位置是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种高速机械开关动态位置检测装置，包括可截断光路器和遮光挡片，所述可截断光路器与控保系统电连接，所述可截断光路器上设置有合闸信号光发射端和分闸信号光发射端，对应所述合闸信号光发射端和分闸信号光发射端分别设置有合闸信号光接收端和分闸信号光接收端；所述遮光挡片设置在光发射端与光接收端之间，所述遮光挡片对应所述合闸信号光发射端和所述合闸信号光发射端设置有合闸透光孔，对应所述分闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置有分闸透光孔，所述合闸透光孔与所述分闸透光孔错位设置，当所述遮光挡片运动时，所述合闸透光孔和所述分闸透光孔的透光状态用于标识所述高速机械开关的动态位置

采用上述实现方式，当接收到分闸指令时，遮光挡片在运动部件的带动下高速运动，可截断光路器配合设置在遮光挡片上合闸透光孔和分闸透光孔可以获取高速机械开关合闸向分闸切换，直至分闸成功的动态位置信息。可截断光路器将获取的动态位置信息发送给控保系统，使得控保系统可以精确获得高速机械开关的动态位置。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述可截断光路器为U型可截断光路器，所述U型可截断光路器水平固定设置在固定架上，所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的一侧，所述合闸信号光接收端和所述分闸信号光接收端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的另一侧。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端均设置有多个，对应多个所述合闸信号光发射端设置有同等数量的所述合闸信号光接收端，对应多个所述分闸信号光发射端设置有同等数量的所述分闸信号光接收端。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述可截断光路器包括第一可截断光路器和第二可截断光路器，所述第一可截断光路器和第二可截断光路器平行设置，所述遮光挡片对应所述第一可截断光路器和第二可截断光路器分别设置所述合闸透光孔和所述分闸透光孔。

结合第一方面或第一方面第一至三种任一可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述合闸透光孔的下边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述合闸透光孔包括第一合闸透光孔和第二合闸透光孔，所述第一合闸透光孔和所述第二合闸透光孔之间设有预判中间段，所述第二合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述第一合闸透光孔的下边沿与所述分闸透光孔的下边沿齐平，所述第一合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述可截断光路器上设置有固定孔，所述可截断光路器通过所述固定孔水平固定在所述固定架上。

结合第一方面，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述光发射端和所述光接收端均包括透镜和光缆，所述透镜设置在所述可截断光路器上，所述光缆分别连接所述可截断光路器和所述控保系统。

第二方面，本申请实施例提供了一种高速机械开关动态位置检测方法，采用第一方面或第一方面任一实现方式所述的检测装置，所述方法包括：合闸状态时控制合闸信号穿过遮光挡片，并且遮挡分闸信号；接收到分闸指令后，控制所述遮光挡片高速运动，使得合闸信号和分闸信号同时穿过所述遮光挡片，确定所述高速机械开关状态由合闸向分闸切换；保持所述分闸信号穿过所述遮光挡片，所述合闸信号被遮挡时，控制所述遮光挡片停止运动，确定所述高速机械开关状态由合闸切换为分闸。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述确定所述高速机械开关状态由合闸向分闸切换，包括：所述遮光挡片高速运动后的第一时刻所述合闸信号被遮挡，且在第一时刻后的第二时刻所述合闸信号二次穿过所述遮光挡片；确定所述第一时刻与所述第二时刻之间间隔时长，所述间隔时长用于确定所述高速机械开关是否由合闸状态向分闸状态切换。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种高速机械开关动态位置检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种可截断光路器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种遮光挡片的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的合闸位置的状态示意图；

图5为本申请实施例提供的合闸位置向分闸位置变化的示意图；

图6为本申请实施例提供的分闸位置的状态示意图；

图7为本申请实施例提供的一种高速机械开关动态位置检测方法的流程示意图；

图1-7中，符号表示为：

1-可截断光路器，2-遮光挡片，3-控保系统，4-光缆，5-固定孔，6-固定架，7-第一合闸透光孔，8-第二合闸透光孔，9-预判中间段，10-分闸透光孔T1-第一分闸信号光发射端,T2-第二分闸信号光发射端,T3-第一合闸信号光发射端,T4-第二合闸信号光发射端,R1-第一分闸信号光接收端,R2-第二分闸信号光接收端,R3-第一合闸信号光接收端,R4-第二合闸信号光接收端。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种高速机械开关动态位置检测装置的结构示意图，参见图1，本申请实施例提供的高速机械开关动态位置检测装置包括包括可截断光路器和遮光挡片，所述可截断光路器与控保系统电连接。所述可截断光路器上设置有合闸信号光发射端和分闸信号光发射端，对应所述合闸信号光发射端和分闸信号光发射端分别设置有合闸信号光接收端和分闸信号光接收端。所述光发射端和所述光接收端均包括透镜和光缆，所述透镜设置在所述截断光路器上，所述光缆分别连接所述截断光路器和所述控保系统。

本申请实施例中的可截断光路器包括包括第一可截断光路器和第二可截断光路器，所述第一可截断光路器和第二可截断光路器平行设置。通过两组可截断光路器与保证冗余配置，当任一可截断光路器发生故障时，另一组仍然可以正常工作，保证高速机械开关动态位置的检测。第一可截断光路器和第二可截断光路器光信号的发出和接收完全同步，来保证冗余备份。

参见图2，所述可截断光路器为U型可截断光路器，所述U型可截断光路器上设置有固定孔，所述U型可截断光路器通过所述固定孔水平固定在固定架上。所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的一侧，所述合闸信号光接收端和所述分闸信号光接收端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的另一侧。

所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端均设置有多个，对应多个所述合闸信号光发射端设置有同等数量的所述合闸信号光接收端，对应多个所述分闸信号光发射端设置有同等数量的所述分闸信号光接收端。

具体的，本申请实施例中的分闸信号光发射端包括第一分闸信号光发射端和第二分闸信号光发射端,对应所述第一分闸信号光发射端和第二分闸信号光发射端分别设置第一分闸信号光接收端和第二分闸信号光接收端。第一分闸信号光发射端和第一分闸信号光接收端组合与第二分闸信号光发射端和第二分闸信号光接收端组合互为冗余。当第一分闸信号光发射端和第一分闸信号光接收端出现故障时，第二分闸信号光发射端和第二分闸信号光接收端仍可以实现分闸状态的检测。

合闸信号光发射端包括第一合闸信号光发射端和第二合闸信号光发射端,对应所述第一合闸信号光发射端和第二合闸信号光发射端分别设置第一合闸信号光接收端和第二合闸信号光接收端。第一合闸信号光发射端和第一合闸信号光接收端组合与第二合闸信号光发射端和第二合闸信号光接收端组合互为冗余。同样的，当第一合闸信号光发射端和第一合闸信号光接收端发生故障时，第二合闸信号光发射端和第二合闸信号光接收端可实现合闸状态的检测。

所述遮光挡片设置在光发射端与光接收端之间，用高强度铝合金制成，遮光挡片的上端结构用来与机械开关运动部件固定。所述遮光挡片对应所述合闸信号光发射端和所述合闸信号光发射端设置有合闸透光孔，对应所述分闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置有分闸透光孔，所述合闸透光孔与所述分闸透光孔错位设置。

具体地，所述遮光挡片对应所述第一截断光路器和第二截断光路器分别设置所述合闸透光孔和所述分闸透光孔。所述合闸透光孔的下边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。具体地，参见图3，所述合闸透光孔包括第一合闸透光孔和第二合闸透光孔，所述第一合闸透光孔和所述第二合闸透光孔之间设有预判中间段，所述第二合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述第一合闸透光孔的下边沿与所述分闸透光孔的下边沿齐平，所述第一合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。

本申请实施例中控保系统利用光电转换技术生成光源，然后用光缆下传至可截断光路器光发射端，可截断光路器光接收端接收到光后，通过光缆上传给控保系统，后者再利用光电转换技术将光信号转换为电信号(高电平)。若发出的光被遮光挡片挡住，控保系统未接收到光线，则自动转换为低电平电信号。

当机械开关处于合闸位置，遮光挡片和可截断光路器的相对位置如附图4所示，表征合闸行为的第一合闸信号光发射端和第二合闸信号光发射端发出的光穿过遮光挡片的第二合闸透光孔，被第一合闸信号光接收端和第二合闸信号光接收端接收后上传给控保系统转换为高电平，表征分闸位置第一分闸信号光发射端和第二分闸信号光发射端发出的光被遮光挡片挡住未被第一分闸信号光接收端和第二分闸信号光接收端接收，则该两通道被控保系统自动设置为低电平，因此表征高速机械开关合闸位置的开关量数组为(1 1 0 0)。

当高速机械开关接到分闸命令后，运动部件带着遮光挡片开始向下高速运动，当运动至预判位置时，遮光挡片和可截断光路器的相对位置如附图5所示，表征合闸行为的第一合闸信号光发射端和第二合闸信号光发射端发出的光穿过遮光挡片的第一合闸透光孔，被第一合闸信号光接收端和第二合闸信号光接收端接收后上传给控保系统转换为高电平，表征分闸行为的第一分闸信号光发射端和第二分闸信号光发射端发出的光也穿过遮光挡片的分闸透光孔，被第一分闸信号光接收端和第二分闸信号光接收端接收后上传给控保系统转换为高电平，因此表征高速机械开关合闸位置向分闸位置变化的的开关量数组为(1 11 1)；

当机械开关运动至分闸位置时，遮光挡片和可截断光路器的相对位置如附图6所示，表征合闸行为的第一合闸信号光发射端和第二合闸信号光发射端发出的光被遮光挡片挡住未被第一合闸信号光接收端和第二合闸信号光接收端接收，则该两通道被控制系统或其子系统自动设置为低电平。表征分闸行为的第一分闸信号光发射端和第二分闸信号光发射端发出的光穿过遮光挡片的分闸透光孔，被第一分闸信号光接收端和第二分闸信号光接收端接收后也传给控保系统转换为高电平，因此表征高速机械开关合闸位置的开关量数组为(0 0 1 1)；

需要指出的是，本申请实施例中第一合闸透光孔与第二合闸透光孔之间设有预判中间段，因此在控保系统下发分闸命令后，机械开关从合闸位置开始运动，开关量数组会从(1 1 0 0)在到达预判中间段时变为(0 0 0 0)，然后变为(1 1 1 1)。一般情况下约2ms后途经预判中间段，如果在2ms后开关量数组没有变为(0 0 0 0)，则可能高速机械开关故障，分闸操作可能不成功。

若高速机械开关由于故障原因拒动，如果不使用本装置，控保系统需要到约3-3.5ms才能根据短路电流信号判断出分闸失败。若没有短路电流信号，则控保系统需要到约10ms才能判断出分闸失败。如果使用本装置，引入动态预判位置信号(0 0 0 0)变为(1 1 11)，则可在2.5ms预判分闸是否成功，可节省控保后备保护反应时间。

由上述实施例可知，本实施例提供了高速机械开关动态位置检测装置，当接收到分闸指令时，遮光挡片在运动部件的带动下高速运动，截断光路器配合设置在遮光挡片上合闸透光孔和分闸透光孔可以获取高速机械开关合闸向分闸切换，直至分闸成功的动态位置信息。截断光路器将获取的动态位置信息发送给控保系统，使得控保系统可以精确获得高速机械开关的动态位置。

与上述实施例提供的一种高速机械开关动态位置检测装置相对应，本申请还提供了一种高速机械开关动态位置检测方法的实施例。参见图7，所述方法包括：

S101，合闸状态时控制合闸信号穿过遮光挡片，并且遮挡分闸信号。

如图4所示状态，合闸状态时控制遮光挡片使得合闸信号光发射端发出的光信号穿过合闸透光孔到达合闸信号光接收端，并且遮挡分闸信号光发射端发出的光信号。

S102，接收到分闸指令后，控制所述遮光挡片高速运动，使得合闸信号和分闸信号同时穿过所述遮光挡片，确定所述高速机械开关状态由合闸向分闸切换。

如图5所示状态，接收到分闸指令后，控制所述遮光挡片高速运动，使得分闸信号光发射端发出的光信号穿过分闸透光孔到达分闸信号光接收端。同时合闸信号光发射端发出的光信号从穿过合闸透光孔到达合闸信号光接收端到合闸信号光发射端发出的光信号被阻挡，然后光接收端到合闸信号光发射端发出的光信号再次穿过合闸透光孔到达合闸信号光接收端。

合闸信号光发射端发出的光信号从被接收然后被阻挡，再次被接收是由于预判中间段造成的。该过程具体如下：

所述遮光挡片高速运动后的第一时刻所述合闸信号被遮挡，且在第一时刻后的第二时刻所述合闸信号二次穿过所述遮光挡片。确定所述第一时刻与所述第二时刻之间间隔时长，所述间隔时长用于确定所述高速机械开关是否由合闸状态向分闸状态切换，如上述实施例所述的，间隔时长2.5ms。如果间隔时长小于或等于2.5ms，则确定所述高速机械开关合闸成功向分闸切换，如果间隔时长大于2.5ms，则所述高速机械开关合闸向分闸切换可能会失败。

S103，保持所述分闸信号穿过所述遮光挡片，所述合闸信号被遮挡时，控制所述遮光挡片停止运动，确定所述高速机械开关状态由合闸切换为分闸。

如图6所示状态，当所述合闸信号接收端无法接收到所述合闸信号发射端发出的光信号，且分闸信号光接收端仍可以接收到分闸信号光发射端发出的光信号时，确定高速机械开关状态为分闸。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，包括可截断光路器和遮光挡片，所述可截断光路器与控保系统电连接，所述可截断光路器上设置有合闸信号光发射端和分闸信号光发射端，对应所述合闸信号光发射端和分闸信号光发射端分别设置有合闸信号光接收端和分闸信号光接收端；

所述遮光挡片设置在光发射端与光接收端之间，所述遮光挡片对应所述合闸信号光发射端和所述合闸信号光发射端设置有合闸透光孔，对应所述分闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置有分闸透光孔，所述合闸透光孔与所述分闸透光孔错位设置，当所述遮光挡片运动时，所述合闸透光孔和所述分闸透光孔的透光状态用于标识所述高速机械开关的动态位置。

2.根据权利要求1所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述可截断光路器为U型可截断光路器，所述U型可截断光路器水平固定设置在固定架上，所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的一侧，所述合闸信号光接收端和所述分闸信号光接收端设置在所述U型可截断光路器的对称轴线的另一侧。

3.根据权利要求2所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述合闸信号光发射端和所述分闸信号光发射端均设置有多个，对应多个所述合闸信号光发射端设置有同等数量的所述合闸信号光接收端，对应多个所述分闸信号光发射端设置有同等数量的所述分闸信号光接收端。

4.根据权利要求1所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述可截断光路器包括第一可截断光路器和第二可截断光路器，所述第一可截断光路器和第二可截断光路器平行设置，所述遮光挡片对应所述第一可截断光路器和第二可截断光路器分别设置所述合闸透光孔和所述分闸透光孔。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述合闸透光孔的下边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。

6.根据权利要求5所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述合闸透光孔包括第一合闸透光孔和第二合闸透光孔，所述第一合闸透光孔和所述第二合闸透光孔之间设有预判中间段，所述第二合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的下边沿，所述第一合闸透光孔的下边沿与所述分闸透光孔的下边沿齐平，所述第一合闸透光孔的上边沿低于所述分闸透光孔的上边沿。

7.根据权利要求2所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述可截断光路器上设置有固定孔，所述可截断光路器通过所述固定孔水平固定在所述固定架上。

8.根据权利要求1所述的高速机械开关动态位置检测装置，其特征在于，所述光发射端和所述光接收端均包括透镜和光缆，所述透镜设置在所述可截断光路器上，所述光缆分别连接所述可截断光路器和所述控保系统。

9.一种高速机械开关动态位置检测方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的检测装置，所述方法包括：

合闸状态时控制合闸信号穿过遮光挡片，并且遮挡分闸信号；

接收到分闸指令后，控制所述遮光挡片高速运动，使得合闸信号和分闸信号同时穿过所述遮光挡片，确定所述高速机械开关状态由合闸向分闸切换；

保持所述分闸信号穿过所述遮光挡片，所述合闸信号被遮挡时，控制所述遮光挡片停止运动，确定所述高速机械开关状态由合闸切换为分闸。

10.根据权利要求9所述的高速机械开关动态位置检测方法，其特征在于，所述确定所述高速机械开关状态由合闸向分闸切换，包括：

所述遮光挡片高速运动后的第一时刻所述合闸信号被遮挡，且在第一时刻后的第二时刻所述合闸信号二次穿过所述遮光挡片；

确定所述第一时刻与所述第二时刻之间间隔时长，所述间隔时长用于确定所述高速机械开关是否由合闸状态向分闸状态切换。

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