CN113300323A - 一种负荷开关电动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负荷开关检测、控制技术领域，具体涉及一种负荷开关电动控制系统，包括：断路器，设置于配电网各区域节点处；采集器，设置于每个断路器和负荷开关的节点处，用于采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据；执行器，用于接收进行差动保护的指令，在接收进行差动保护的指令时，跳开采集器所对应的断路器和负荷开关；采集器与控制器电连接，控制器还用于根据电压数据和电流数据计算差动保护数据，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件；并在同时满足差动保护判据条件以及齿轮运行正常时，发送进行差动保护的指令到执行器。本发明解决了常规的差动保护不能满足配电网实际需求的技术问题。

Description

一种负荷开关电动控制系统

技术领域

本发明涉及负荷开关检测、控制技术领域，具体涉及一种负荷开关电动控制系统。

背景技术

负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流，在低压配电领域被广泛地使用。负荷开关通过电源给驱动电机供电，驱动电机驱动齿轮压缩弹簧储能机构，弹簧驱动触头运动实现开关开断，整个工作过程是复杂的机械运动过程，当负荷开关出现故障时，会导致配电系统出现故障，从而影响供电需求。故而，需要对负荷开关的机械状态进行准确检测。

对此，中国专利公开了一种负荷开关齿轮状态检测系统，应用于负荷开关，包括：电流传感器，设置于驱动电机，用于检测流经驱动电机的电流最大值；转速传感器，设置于齿轮箱，用于检测齿轮箱的转速最大值；控制器，分别与电流传感器和转速传感器电连接，用于获取转速最大值和电流最大值，将转速最大值与电流最大值求比值并得到特征参量，基于特征参量和预设特征参量阈值确定齿轮箱内齿轮在运行时是否存在故障；控制器用于将特征参量和预设特征参量阈值进行比较，若特征参量小于预设特征参量阈值，则确定齿轮箱存在故障，若特征参量大于或等于预设特征参量阈值，则确定齿轮箱正常。

在上述技术方案中，能够快速准确地确定齿轮箱内齿轮在运行时是否存在故障，同时具有现场实施便携、检测效率高的优点。但是，随着光伏电站等分布式电源接入配电网，基于电流幅值的故障识别方法不能满足现场运行的要求，有必要引入电流的差动保护方案。由于配电网中大量配置了负荷开关，而负荷开关不能直接开断故障电流，常规直接跳开与故障点直连断路器的差动保护逻辑不能满足配电网应用需求。

发明内容

本发明提供一种负荷开关电动控制系统，解决了常规的差动保护不能满足配电网实际需求的技术问题。

本发明提供的基础方案为：一种负荷开关电动控制系统，包括：电流传感器，设置于驱动电机，用于检测流经驱动电机的电流最大值；转速传感器，设置于齿轮箱，用于检测齿轮箱的转速最大值；控制器，分别与电流传感器和转速传感器电连接，用于获取转速最大值和电流最大值，将转速最大值与电流最大值求比值并得到特征参量，基于特征参量和预设阈值判定齿轮箱内的齿轮运行是否正常；

还包括：

断路器，设置于配电网各区域节点处；

采集器，设置于每个断路器和负荷开关的节点处，用于采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据；

执行器，用于接收进行差动保护的指令，在接收进行差动保护的指令时，跳开采集器所对应的断路器和负荷开关；

采集器与控制器电连接，控制器还用于根据电压数据和电流数据计算差动保护数据，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件；并在同时满足差动保护判据条件以及齿轮运行正常时，发送进行差动保护的指令到执行器。

本发明的工作原理及优点在于：采用分布式的采集器实时采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据，基于相同时刻的电压数据和电流数据计算所需的差动保护数据，并进行差动保护；通过这样的方式，其一，不受配电网潮流方向影响，也不受网络拓扑运行状态变化影响；其二，可以实现所有保护区域内电压数据和电流数据同步，在差动保护区内出现故障时同时跳开各自对应断路器和负荷开关。

本发明基于相同时刻的电压数据和电流数据计算所需的差动保护数据，并进行差动保护，解决了常规的差动保护不能满足配电网实际需求的技术问题。

进一步，采集器包括模拟量采集模块和开关量采集模块，模拟量采集模块用于采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，开关量采集模块用于监测以及采集断路器和负荷开关的状态信息。

有益效果在于：模拟量是指在一定范围连续变化的量，在一定范围内可以取任意数值；反之，开关量是指非连续变化的量，只有1和0两种状态，电力上为电路的开和关，或者触点的接通和断开；故而，可以根据模拟量与开关量的不同性质，采用不同的采集方法。

进一步，采集器的数量为多个，采集器按照预设的采样时间周期采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输至其他采集器，同时接收其他采集器传输来的电流数据和电压数据；各个采集器进行电流数据和电压数据比较，通过同步方法进行数据同步。

有益效果在于：设置多个采集器，对于任意采集器来说，可将采集到的电流数据和电压数据传输至其他采集器，同时接收其他采集器传输来的电流数据和电压数据，从而便于实现数据同步。

进一步，采集器包括同步计算模块，同步计算模块用于计算各个采集器之间通讯的特定报文的往返时间，得到通讯的延迟时间；并比较延迟时间，得到特定报文中的电流数据和电压数据的采样时刻，以相同的采样时刻作为所有采集器的共同采样时刻。

有益效果在于：通过比较延迟时间，得到特定报文中的电流数据和电压数据的采样时刻，并以相同的采样时刻作为所有采集器的共同采样时刻，有利于实现采集器的数据同步。

进一步，控制器用于根据电流数据和电压数据计算被保护区域内电流矢量之和，得到作为差动保护的第一动作电流；并根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的电流有效值之和，得到作为差动保护的第二动作电流。

有益效果在于：以第一动作电流和第二动作电流作为差动保护数据，只需要计算电流矢量之和以及电流有效值之和，计算简单、便于实现。

进一步，控制器用于计算并判断第一动作电流与第二动作电流的比值是否超过预设差动系数，若第一动作电流与第二动作电流的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

有益效果在于：当第一动作电流与第二动作电流的比值超过预设差动系数时，说明存在有短路故障，故而，可以准确地进行差动保护。

进一步，控制器用于根据电流数据和电压数据计算被保护区域内有功功率矢量之和，得到作为差动保护的第一动作功率；并根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的有功功率有效值之和，得到作为差动保护的第二动作功率。

有益效果在于：以第一动作功率以及第二动作功率作为差动保护数据，同样只需要计算有功功率矢量之和以及有功功率有效值之和，运算快捷。

进一步，控制器用于计算并判断第一动作功率与第二动作功率的比值是否超过预设差动系数，若第一动作功率与第二动作功率的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

有益效果在于：当第一动作功率与第二动作功率的比值超过预设差动系数时，同样可以说明存在有短路故障，需要进行差动保护。

附图说明

图1为本发明一种负荷开关电动控制系统实施例的系统结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例1

实施例基本如附图1所示，包括：电流传感器，设置于驱动电机，用于检测流经驱动电机的电流最大值；转速传感器，设置于齿轮箱，用于检测齿轮箱的转速最大值；控制器，分别与电流传感器和转速传感器电连接，用于获取转速最大值和电流最大值，将转速最大值与电流最大值求比值并得到特征参量，基于特征参量和预设阈值判定齿轮箱内的齿轮运行是否正常；还包括：

断路器，设置于配电网各区域节点处；

采集器，设置于每个断路器和负荷开关的节点处，用于采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据；

执行器，用于接收进行差动保护的指令，在接收进行差动保护的指令时，跳开采集器所对应的断路器和负荷开关；

采集器与控制器电连接，控制器还用于根据电压数据和电流数据计算差动保护数据，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件；并在同时满足差动保护判据条件以及齿轮运行正常时，发送进行差动保护的指令到执行器。

具体实施过程如下：

S1、电流传感器获取负荷开关在动作时流经驱动电机的电流最大值，转速传感器获取负荷开关在动作时齿轮箱的转速最大值；以及，采集器采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据。

在本实施例中，采集器的数量为多个，采集器包括模拟量采集模块、开关量采集模块以及同步计算模块，模拟量采集模块采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，开关量采集模块监测以及采集断路器和负荷开关的状态信息；各个采集器进行电流数据和电压数据比较，通过同步方法进行数据同步。

比如说，具体过程如下：

首先，模拟量采集模块和开关量采集模块按照预设的采样时间周期，采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输至其他采集器，同时接收其他采集器传输来的电流数据和电压数据；

然后，同步计算模块计算各个采集器之间通讯的特定报文的往返时间，得到通讯的延迟时间；并比较延迟时间，得到特定报文中的电流数据和电压数据的采样时刻，以相同的采样时刻作为所有采集器的共同采样时刻。

S2、控制器计算转速最大值与电流最大值的比值，得到特征参量；将特征参量和预设阈值进行比较：若特征参量小于预设阈值，判定齿轮箱存在故障；若特征参量大于或等于预设阈值，判定齿轮箱正常运行。

如果齿轮箱正常运行，根据电压数据和电流数据计算差动保护数据，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件；并在同时满足差动保护判据条件以及齿轮运行正常时，发送进行差动保护的指令到执行器。

在本实施例中，具体过程如下：

首先，根据电压数据和电流数据计算差动保护数据。比如说，根据电流数据和电压数据计算被保护区域内电流矢量之和，得到作为差动保护的第一动作电流；根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的电流有效值之和，得到作为差动保护的第二动作电流，以第一动作电流和第二动作电流作为差动保护数据。

然后，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件。比如说，计算并判断第一动作电流与第二动作电流的比值是否超过预设差动系数，若第一动作电流与第二动作电流的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

最后，如果齿轮运行正常，同时满足差动保护判据条件，控制器发送进行差动保护的指令到执行器。

S3、执行器接收进行差动保护的指令，在接收进行差动保护的指令时，跳开采集器所对应的断路器和负荷开关，具体原理及相关结构可参照现有技术实施。

实施例2

与实施例1不同之处仅在于，

对于根据电压数据和电流数据计算差动保护数据来说，根据电流数据和电压数据计算被保护区域内有功功率矢量之和，得到作为差动保护的第一动作功率；根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的有功功率有效值之和，得到作为差动保护的第二动作功率，以第一动作功率以及第二动作功率作为差动保护数据。

相应地，对于基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件来说，计算并判断第一动作功率与第二动作功率的比值是否超过预设差动系数，若第一动作功率与第二动作功率的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

实施例3

与实施例2不同之处仅在于，

采集器设置于每个“最小采集单元”处，用于采集“最小采集单元”的电压数据和电流数据，也即，采集“最小采集单元”中任意一个节点的电压数据和电流数据，并将该节点的电压数据和电流数据作为其他节点的电压数据和电流数据，“最小采集单元”是由预设距离阈值和预设数据阈值共同限定的断路器和负荷开关的节点的集合。故而，采集器并不是设置于每个断路器和负荷开关的节点处，也不是用于采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据。

在本实施例中，“最小采集单元”的确定步骤如下：

A1、根据预设距离阈值限定节点的物理范围，得到采集区域。

比如说，预设距离阈值为10m，划分出10m×10m的平面区域，记为采集区域，如果各个节点之间的横向间距和纵向间距均为1m，那么采集区域中的节点个数就为100个。

A2、根据预设数据阈值限定节点的个数范围；也即，计算采集区域中的各个节点的电压数据和电流数据的平均值，得到电压平均值与电流平均值；判断采集区域中的各个节点的电压数据、电流数据与电压平均值、电流平均值之间的误差是否均小于预设误差阈值：若是，采集区域就为“最小采集单元”；若否，返回A1，按照预设距离变化值更新预设距离阈值，得到更新后的预设距离阈值，并再次根据更新后的预设距离阈值限定节点的物理范围，得到更新后的采集区域。

比如说，预设数据阈值为2％，预设距离变化值为1m，具体过程如下：

(a)计算采集区域中100个节点的电压数据的平均值，得到电压平均值，记为M1；计算采集区域中100个节点的电流数据的平均值，得到电流平均值，记为M2；

(b)逐个判断采集区域中100节点的电压数据与电压平均值M1之间的误差是否均小于2％，以及，逐个判断采集区域中100节点的电流数据与电流平均值M2之间的误差是否均小于2％：

若是，表明采集区域中各个节点的电压数据与电流数据的差别较小，采集区域中任意节点的电压数据与电流数据均可代表其他节点的电压数据与电流数据，故而，采集区域就为“最小采集单元”；

若否，表明采集区域中各个节点的电压数据与电流数据的差别较大，采集区域中任意节点的电压数据与电流数据均不能代表其他节点的电压数据与电流数据，故而，返回A1，按照预设距离变化值更新预设距离阈值，也即，将预设距离阈值10m减去预设距离变化值1m，得到更新后的预设距离阈值9m，并再次根据预设距离阈值9m限定节点的物理范围，得到更新后的采集区域，也即9m×9m的平面区域，那么更新后的采集区域中的节点个数就为81个。

通过这样的方式，进行预设距离阈值的负反馈，可以逐步更新、缩小采集区域，最终得到的“最小采集单元”中的各个节点的电压数据、电流数据与电压平均值、电流平均值之间的误差均会小于预设误差阈值，使得“最小采集单元”中任意节点的电压数据与电流数据均可代表其他节点的电压数据与电流数据。比如说，最终得到的“最小采集单元”为4m×4m的平面区域，其中包含有16个节点，但是，采集器只需要采集其中任意的节点K的电压数据和电流数据，其他15个节点的电压数据和电流数据，均可认为与节点K的电压数据和电流数据相同，故而，原来需要采集16次数据，但现在只需要采集1次数据，从而极大地提高了数据采集的效率，同时也不会影响所采集的数据的精度。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种负荷开关电动控制系统，包括：电流传感器，设置于驱动电机，用于检测流经驱动电机的电流最大值；转速传感器，设置于齿轮箱，用于检测齿轮箱的转速最大值；控制器，分别与电流传感器和转速传感器电连接，用于获取转速最大值和电流最大值，将转速最大值与电流最大值求比值并得到特征参量，基于特征参量和预设阈值判定齿轮箱内的齿轮运行是否正常；其特征在于，还包括：

断路器，设置于配电网各区域节点处；

采集器，设置于每个断路器和负荷开关的节点处，用于采集断路器和负荷开关的节点处的电压数据和电流数据；

执行器，用于接收进行差动保护的指令，在接收进行差动保护的指令时，跳开采集器所对应的断路器和负荷开关；

采集器与控制器电连接，控制器还用于根据电压数据和电流数据计算差动保护数据，基于差动保护数据判断是否满足差动保护判据条件；并在同时满足差动保护判据条件以及齿轮运行正常时，发送进行差动保护的指令到执行器。

2.如权利要求1所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，采集器包括模拟量采集模块和开关量采集模块，模拟量采集模块用于采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，开关量采集模块用于监测以及采集断路器和负荷开关的状态信息。

3.如权利要求2所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，采集器的数量为多个，采集器按照预设的采样时间周期采集断路器和负荷开关的节点处的电流数据和电压数据，并将采集到的电流数据和电压数据传输至其他采集器，同时接收其他采集器传输来的电流数据和电压数据；各个采集器进行电流数据和电压数据比较，通过同步方法进行数据同步。

4.如权利要求3所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，采集器包括同步计算模块，同步计算模块用于计算各个采集器之间通讯的特定报文的往返时间，得到通讯的延迟时间；并比较延迟时间，得到特定报文中的电流数据和电压数据的采样时刻，以相同的采样时刻作为所有采集器的共同采样时刻。

5.如权利要求4所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，控制器用于根据电流数据和电压数据计算被保护区域内电流矢量之和，得到作为差动保护的第一动作电流；并根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的电流有效值之和，得到作为差动保护的第二动作电流。

6.如权利要求5所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，控制器用于计算并判断第一动作电流与第二动作电流的比值是否超过预设差动系数，若第一动作电流与第二动作电流的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

7.如权利要求6所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，控制器用于根据电流数据和电压数据计算被保护区域内有功功率矢量之和，得到作为差动保护的第一动作功率；并根据电流数据和电压数据计算被保护区域内的有功功率有效值之和，得到作为差动保护的第二动作功率。

8.如权利要求7所述的负荷开关电动控制系统，其特征在于，控制器用于计算并判断第一动作功率与第二动作功率的比值是否超过预设差动系数，若第一动作功率与第二动作功率的比值超过预设差动系数，判定满足差动保护判据条件。

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