CN111602221A - 用于监视跳闸电路的方法以及跳闸监视继电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用跳闸电路监视(TCS)继电器来监视跳闸电路系统的健康状况的方法。断路器操作用于通过断开主触点来中断在电线中流动的电流，并具有辅助触点以指示断路器触点的状态。断路器被来自保护继电器的信号触发跳闸。跳闸电路系统包括保护继电器到断路器的连接，以及用于激发断路器跳闸的线圈。所述方法包括：通过将辅助触点与TCS继电器中的第一线圈电气连接，利用辅助触点来监视断路器的状态；利用跳闸触点通过TCS继电器中的第二线圈来监视与断路器的跳闸操作相关联的跳闸电路的健康状况，其中第一线圈和第二线圈包括在单个TCS继电器内。

Description

用于监视跳闸电路的方法以及跳闸监视继电器

技术领域

本发明总体上涉及跳闸电路，并且更具体地涉及使用跳闸监视继电器监视跳闸电路的方法。

背景技术

设备中的常规跳闸电路(例如中压断路器)控制驱动器的断开和闭合，通过开关驱动断开和闭合操作。在传统的机械断路器中，驱动器是由电磁体组成的释放弹簧的分励脱扣器(shunt release)。因此，弹簧执行所需的断开或闭合操作。

如本领域技术人员所知，断路器设置在电路中，以响应于附接到低压电路的触点(跳闸触点)的闭合而断开高压电路的一部分。跳闸触点和电源电压形成跳闸电路的一部分。因此，断路器可以包括跳闸线圈和断路器触点。闭合跳闸触点导致电流在断路器的跳闸线圈中流动，这导致断路器断开以及高压电路的断路。当高压电路发生故障时，重要的是断路器可以操作以断开电路，以减少造成的损坏。为了检测应用的功能和可靠性，需要连续检查跳闸电路，为此，通常使用跳闸电路监视(TCS)继电器。通用跳闸电路监视继电器被设计用来检查跳闸电路的低阻抗，并检测跳闸电路何时变为开路。当连接损坏或电磁绕组(winding)的导线被过流烧毁时，会发生这种情况。

常规上，大多数监视继电器是在断路器跳闸线圈的闭合后状况期间进行监视的装置。某些公用事业设备甚至在预闭合状况期间都有对跳闸线圈进行监视的实践，以确保跳闸电路的适当健康性。在对预闭合状况的监视中，继电器利用另一个线圈和单独的辅助电压来获得此功能。

当前，实现在预闭合和闭合后两种状况下对跳闸线圈和连接到断路器跳闸触点的线缆电路以及断路器触点故障的监控是一个挑战，这样，逻辑电路应当足够坚固，以承受跳闸线圈工作期间产生的中间干扰(主要是电感)。

发明内容

通过阅读和理解以下说明书将理解本文解决了上述缺点、不足和问题。

在一个方面，本发明提供了一种方法，所述方法用于利用跳闸电路监视继电器监控与断路器的跳闸操作相关联的跳闸电路系统(trip circuitry)的健康状况(healthcondition)以及断路器触点的状态，所述断路器连接在电线中并操作用于通过断开主触点来中断在所述电线中流动的电流，并具有辅助触点以指示所述断路器触点的状态，并且其中所述断路器在跳闸触点处与保护继电器电气连接，并被来自所述保护继电器的信号触发跳闸，并且其中所述跳闸电路系统包括所述保护继电器和所述断路器之间的电气连接，以及用于激发所述断路器跳闸的跳闸线圈，所述方法包括：通过将所述辅助触点与所述跳闸电路监视继电器中的第一线圈电气连接，利用所述辅助触点通过所述跳闸电路监视继电器来监控所述断路器的状态；利用所述跳闸触点通过所述跳闸电路监视继电器中的第二线圈来监控与所述断路器的跳闸操作相关联的所述跳闸电路系统的健康状况；其中，所述第一线圈和所述第二线圈包括在单个跳闸电路监视继电器内，并且所述跳闸电路监视继电器由所述第一线圈和所述第二线圈中的任一线圈磁力地操作，以指示所述断路器的状态以及与所述断路器相关联的所述跳闸电路系统的健康状况。

附图说明

附图示出了如本文所公开的示例性实施例，并且不应视为对保护范围的限制。在图中：

图1a示出了用于监控跳闸电路系统健康状况的元件的框图；

图1b示出了真值表，所述真值表示出了跳闸电路监视继电器的状态；

图2示出了跳闸电路监视继电器的结构；

图3示出了用于监控跳闸电路系统健康状况的方法流程图；

图4a示出了在保护跳闸触点处于断开状况的情况下断路器处于预闭合状况时的状况；

图4b示出了在保护跳闸断开的情况下断路器的闭合位置；

图4c示出了在保护跳闸处于断开状态的情况下断路器处于闭合后状况；

图4d示出了在保护跳闸处于闭合状态的情况下断路器处于断开状况；以及

图4e示出了在保护跳闸处于断开状况的情况下断路器处于预闭合状况。

具体实施方式

本发明涉及使用跳闸电路监视继电器监控与断路器的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况以及断路器触点的状态。

在下面的详细描述中，参考构成本文一部分的附图，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践的特定实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践这些实施例，并且应当理解，也可以利用其他实施例。因此，以下详细描述不应被视为限制性的。

图1示出了用于使用跳闸电路监视继电器120监控与断路器110的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况以及断路器触点(未示出)的状态的元件框图。跳闸电路监视(TCS)继电器120包括两个线圈：线圈A(120a)和线圈B(120b)。断路器110连接在电线中，并且操作用于通过断开主触点来中断在电线中流动的电流，并且具有辅助触点130以指示断路器触点的状态。断路器110在跳闸触点150处与保护继电器140电气连接，并被来自保护继电器140的信号触发跳闸。跳闸电路包括保护继电器和断路器之间的电气连接，以及用于激发断路器110跳闸的跳闸线圈。图1还示出了与TCS继电器120相关联的其他元件，例如警报与警示模块160。警报与警示模块160可以包括用于警告TCS继电器的状态的装置，例如警报器、发光二极管(LED)，用于指示跳闸电路系统的健康状况。提供DC激励和信号调节模块170，用于DC电源以及在实现所需的时间延迟时调节信号的必要电子设备，例如RC电路。

在本发明的一个实施例中，为了实现在预闭合和闭合后两种状况下对跳闸线圈和连接到断路器的跳闸触点的线缆电路，以及断路器触点故障的监控，使用带有两个输入和一个输出的“或”门逻辑电路。该电路足够坚固，以承受跳闸线圈工作期间产生的中间干扰和变化(主要是电感)。为了达到坚固性，使用了单个磁路上的双层绕组，这意味着线圈是电气绝缘但磁连接的，并且每个线圈都连接到单独的RC电路以实现掉电(drop-out)延迟。继电器电枢电路和相关联的电子电路系统正在修改中。继电器电枢装有双线圈绕组，这样一个线圈将跨接保护跳闸触点150，并且线缆将与第二线圈串联，该第二线圈在断路器预闭合状况下会通电。如本领域技术人员将理解的，线圈绕组要被计算以将两个线圈(线圈A120a和线圈B120b)容纳在芯体(core)的相同线轴空间上。

线圈A和线圈B触发跳闸电路继电器120工作(即，使TCS继电器处于抬起状态)有三种可能的健康的状况：

a)线圈A通电，

b)线圈B通电，

c)线圈A和线圈B都通电。

两个线圈都设计为具有TCS继电器在额定电压下抬起所需的最大AT(安培-匝数(ampere-turn))比。当两个线圈串联时双层绕组的优点是总电阻增加了一倍，且电流减小到原值的一半，但是总的安培匝数增加了一倍，从而将所需的AT补偿为抬起电压的相同的值。

在本发明的一个实施例中，可以将印刷电路板组件(PCBA)电路设计为具有用于掉电延迟的两个RC网络和用于方向阻断的二极管。一组LED用于指示电路的位置和健康性，并在断路器位置处于中间状态时保持线圈电枢。RC电路用于实现在断路器辅助触点位置切换期间防止继电器发出错误警报所需的下降(drop off)时间。而且，LED用于指示以下状态：在断路器预闭合和闭合后状况下断路器线圈已被监测。

对断路器闭合和断开的监视是通过同一TCS继电器的两个不同线圈来完成的，这是通过在单个芯体上具有双线圈绕组而实现的，该双线圈绕组中的一个缠绕在另一个之上，使用绝缘体进行电气绝缘。线圈A(线轴上的第一层)将监控保护跳闸触点何时处于断开位置，并且线圈B将通过辅助断路器触点(称为52b常闭触点或辅助触点)进行监控，该辅助断路器触点在断路器断开状况期间将处于常闭位置。

图1b示出了真值表，其示出了跳闸电路监视继电器的状态。断路器跳闸线圈及其相关联的触点的状况可以视为“或”门逻辑。根据逻辑表，电枢必须在线圈A或线圈B中的任何一个通电的状况期间保持线圈。

图2示出了跳闸电路监视继电器120的结构。如上文中所提到的，在该TCS继电器120中使用了两个线圈。线圈是电气绝缘且磁连接的。一层绝缘层恰好位于芯体上面，并且第二层绝缘层位于其中一个线圈之上以实现电气隔离。图2所示的TCS继电器120示出了继电器角架，用于支撑致动触点的电枢，其中电枢是TCS继电器的活动部分(moving part)，其由线圈组(线圈A和线圈B)磁力地操作。TCS继电器120被设计成监控断路器中的跳闸线圈及其相关联的电路的直流供电，以提供警报。在跳闸线圈监视的情况下，作为附加特征，从保护继电器跳闸触点通过其辅助触点连接到断路器线圈的线缆也将被监控。

图3示出了用于监控跳闸电路系统健康状况的方法的流程图300。如图3所示，作为用于监控跳闸电路的健康状况的方法的第一步，步骤310示出了通过将辅助触点与跳闸电路监视继电器中的第一线圈电气连接，利用断路器的辅助触点通过跳闸电路监视继电器来监控断路器的状态。辅助触点或如本领域技术人员所知的52b触点是用于断开位置下的断路器的常闭触点。作为第二步骤320，跳闸触点用于通过跳闸电路监视继电器中的第二线圈来监控与断路器的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况。如图1a和图2所示，第一线圈和第二线圈(线圈A和线圈B)包括在单个跳闸电路监视继电器内。如步骤330所示，跳闸电路监视继电器由第一线圈和第二线圈中的任何一个线圈磁力地操作，以指示断路器的状态以及与断路器相关联的跳闸电路系统的健康状况。

在一个实施例中，可以提供用于警报目的的两个LED，以指示各种监控状态。例如，在一种配置中，在断路器处于断开或预闭合状况且保护跳闸触点处于断开位置的情况下，两个LED均可以发光。并且当断路器处于闭合后状况时，只有一个LED发光。以这种方式，可以使用LED来告警所有监控状况。

在一个实施例中，可以实现一种自复位标志，无论断路器位置如何，当由于跳闸线圈及其相关联的电路的故障而导致直流供电断电时，该自复位标志回动(drop out)。在一个实施例中，可以指示TCS继电器本身的故障，例如，当监控辅助触点的操作时，如果观测到超过300毫秒的掉电延迟，则可以检测到异常操作。

TCS继电器包括机电辅助触点和并联RC电路，以实现掉电延迟。TCS继电器具有单个磁芯上的双线圈电路，无论断路器位置如何，该电路都监视跳闸线圈电路。LED可以与继电器线圈的辅助触点串联连接，以显示跳闸线圈电路的健康性和断路器位置。

图4a、图4b、图4c、图4d和图4e示出了断路器位置和保护跳闸触点的各种状况。

图4a示出了在保护跳闸触点420处于断开状况的情况下断路器410处于预闭合状况时的状况。当断路器处于断开状况且保护跳闸触点处于断开位置时，监视的流经线圈连同断路器跳闸线圈电阻所需的最小电流应为2.5mA。在这种状况下，指示预闭合状况的LED(称为预闭合LED)和指示闭合后状况的LED(闭合后LED)两者都将显示健康的状态。如果将保护跳闸继电器触点连接到断路器线圈的线缆断开或者如果直流电源断电，则继电器将在超过300毫秒时掉电(dropout)并发出警报。

图4b示出了在保护跳闸420处于断开状况的情况下断路器的闭合位置410。当断路器得到闭合命令时，断路器的辅助触点将处于中间状态，这继而将引起双线圈断电。在此动作期间，两个线圈都将失去电源供电，并且RC电路将为线圈保持供电，直到断路器改变其状态。如果触点切换在超过300毫秒时发生某种误操作/故障，则会发出警报。

图4c示出了在保护跳闸触点420处于断开状态的情况下断路器410处于闭合后状况。当断路器处于闭合状况且保护跳闸触点处于断开位置时，监视的流经线圈连同断路器跳闸线圈电阻所需的最小电流应为5mA。在这种状况下，闭合后LED将显示健康的状态。在此位置，如果直流电源断电，则继电器将在超过300毫秒时掉电并发出警报。

图4d示出了在保护跳闸触点420处于闭合状态的情况下断路器410处于断开状况。当断路器通过保护跳闸触点获得跳闸命令时，断路器跳闸线圈通电以断开断路器，并且断路器的辅助触点将处于中间状态，这继而将引起处于监视位置的跨接在跳闸触点上的继电器中的双线圈之一断电。在此动作期间，RC电路将为线圈保持供电，直到断路器改变其状态。如果跳闸触点被闩锁，并且切换过程中发生了某种误操作/故障而导致向跳闸线圈连续供电，那么它将发出警报。

图4e示出了在保护跳闸触点420处于断开状况的情况下断路器410处于预闭合状况。当保护跳闸触点处于闩锁位置时，断路器将切换到断开状况，并且然后流经线圈连同断路器跳闸线圈电阻所需的电流应为5mA，以便监视跳闸电路系统。这将是经由断路器的辅助触点流经预闭合LED以及TCS继电器双线圈之一到跳闸线圈的电流。在这种状况下，预闭合LED将显示健康的状态。此外，还监视直流电源断电或将保护跳闸触点连接到断路器线圈的线缆断路的状况。

该书面描述使用示例来描述本文的主题，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够制造和使用该主题。该主题的可专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构元素，则它们也在权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种用于监控跳闸电路系统的健康状况以及断路器触点的状态的方法，所述方法用于使用跳闸电路监视继电器(120)监控与断路器(110)的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况以及断路器触点的状态，所述断路器(110)连接在电线中并操作用于通过断开主触点来中断在所述电线中流动的电流，并具有辅助触点以指示所述断路器触点的状态，并且其中所述断路器(110)在跳闸触点处与保护继电器(140)电气连接，并被来自所述保护继电器(140)的信号触发跳闸，并且其中所述跳闸电路系统包括所述保护继电器(140)和所述断路器(110)之间的电气连接，以及用于激发所述断路器跳闸的跳闸线圈，所述方法包括：

通过将所述辅助触点与所述跳闸电路监视继电器(120)中的第一线圈(120a)电气连接，利用所述辅助触点通过所述跳闸电路监视继电器(120)来监控所述断路器(110)的状态；

利用所述跳闸触点通过所述跳闸电路监视继电器(120)中的第二线圈(120b)来监控与所述断路器(110)的跳闸操作相关联的所述跳闸电路系统的健康状况；

其中，所述第一线圈(120a)和所述第二线圈(120b)包括在单个跳闸电路监视继电器(120)内，并且所述跳闸电路监视继电器(120)由所述第一线圈(120a)和所述第二线圈(120b)中的任一线圈磁力地操作，以指示所述断路器(110)的状态以及与所述断路器(110)相关联的所述跳闸电路系统的健康状况。

2.根据权利要求1所述的用于监控跳闸电路系统的健康状况的方法，其中，在所述断路器的主触点断开状况期间，所述辅助触点是常闭触点。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，监视与断路器的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况还包括：通过辅助触点监控将跳闸触点连接到所述断路器的线缆的健康状况。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一线圈缠绕在所述第二线圈之上，并且所述第一线圈与所述第二线圈电气绝缘。

5.一种跳闸电路监视(TCS)继电器(120)，所述跳闸电路监视继电器(120)用于监控与断路器(110)的跳闸操作相关联的跳闸电路系统的健康状况以及断路器触点的状态，所述断路器(110)连接在电线中并操作用于通过断开主触点来中断在所述电线中流动的电流，并具有辅助触点以指示所述断路器触点的状态，并且其中所述断路器(110)在跳闸触点处与保护继电器(140)电气连接，并被来自所述保护继电器(140)的信号触发跳闸，并且其中所述跳闸电路系统包括所述所述保护继电器(140)和所述断路器(110)之间的电气连接，以及用于激发所述断路器跳闸的跳闸线圈，所述跳闸电路监视继电器(120)包括：

第一线圈(120a)和第二线圈(120b)，并且其中所述跳闸电路监视继电器(120)由所述第一线圈(120a)和所述第二线圈(120b)中的任一线圈磁力地操作，以指示所述断路器(110)的状态以及与所述断路器(110)相关联的所述跳闸电路系统的健康状况，

其中，所述辅助触点用于通过将所述辅助触点与所述跳闸电路监视继电器中的所述第一线圈电气连接，通过所述跳闸电路监视继电器(120)来监控所述断路器(110)的状态，并且所述跳闸触点用于通过所述跳闸电路监视继电器中的第二线圈来监控与所述断路器的跳闸操作相关联的所述跳闸电路系统的健康状况。

6.根据权利要求5所述的TCS继电器，包括RC电路，所述RC电路用于实现在所述断路器辅助触点位置的切换期间的掉电延迟。

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