CN113488350B - 一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置和方法，包括：开关本体、开关控制板和中央控制板；开关控制板包括开关控制电路、开关检测电路以及通讯故障检测电路；开关控制电路用于根据中央控制板发送的动作指令控制开关本体进行合/分闸动作；开关检测电路用于对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测到的开关位置信号发送到中央控制板；通讯故障检测电路用于在开关控制板发生故障时，发送故障信号到中央控制器；中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障。本发明可以广泛应用于电力电子装置开关设计领域。

Description

一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种提升永磁机构真空开关合/分闸动作判定准确性的装置和方法，适用于MMC柔直换流阀、直流断路器、FACTS等高压电力电子装置子模块内部旁路开关设计领域，同样适用于低压领域中采用永磁式操动机构的低压真空断路器、接触器等领域。

背景技术

近年来，随着电力电子技术的发展，MMC柔直换流阀、直流断路器、FACTS等先进高压输电技术大量应用，这些装置利用大规模电力电子模块级联技术，有效解决了高电压等级电网系统的灵活控制与调节问题。其中，永磁真空开关是电力电子模块的一个重要组成单元，依靠永磁操动机构带动真空灭弧室完成分/合闸动作。其作用是在子模块发生故障时进行合闸，从而将子模块中的电力电子设备进行快速旁路，达到保护电力电子设备的目的。

目前，对于永磁真空开关分/合闸动作的判定，主要通过两个手段：1)通过采集与开关本体联动的辅助微动接点位置信息；2)通过位置传感器判定合闸位置信息。然而，在实际应用过程中，发现传统技术主要依靠单一信号判据，存在准确度低、位置误判的情况，容易造成事故扩大，威胁电网设备安全，影响供电可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的永磁真空开关动作判定准确性低、可靠性低的问题，本发明提供了一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置和方法，其具有动作判断准确性高、可靠性高等特点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，其包括：开关本体、开关控制板和中央控制板；所述开关控制板包括开关控制电路、开关检测电路以及通讯故障检测电路；所述开关控制电路用于根据所述中央控制板发送的动作指令控制所述开关本体进行合/分闸动作；所述开关检测电路用于对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测到的开关位置信号发送到中央控制板；所述通讯故障检测电路用于在开关控制板发生故障时，发送故障信号到所述中央控制器；所述中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障。

进一步，所述开关检测电路包括两个辅助接点检测模块和一个电容电压检测模块；两所述辅助接点检测模块设置在所述开关本体上，与所述开关本体联动，用于将所述开关本体的开关位置信号发送到所述中央控制板；所述电容电压检测模块设置在所述开关本体上，用于对所述开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到所述中央控制板。

进一步，两所述辅助接点检测模块发送的开关位置信号为电平信号或者光信号。

进一步，所述电容电压检测模块包括电压检测子模块和电压比较子模块；所述电压检测子模块用于实时监测所述开关本体内储能电容器的电压，并发送到所述电压比较子模块；所述电压比较子模块用于将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，则判定所述储能电容器为放电状态，即所述开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令并进行相应动作。

进一步，所述设定阈值为所述储能电容器荷电状态为70％的端电压。

进一步，所述中央控制板中设置有表决器，所述表决器根据两个辅助接点检测模块发送的开关位置信号以及电容电压检测模块发送的开关位置信号进行“三取二”逻辑判断，得到开关本体的动作判定结果；所述“三取二”逻辑判断是指：若三个开关位置信号中的任何两个一致，则所述表决器的输出就是该两个开关位置信号的“与”函数。

本发明的第二个方面，是提供一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，其包括以下步骤：1)将开关本体与开关控制板和中央控制板依次连接；2)开关控制板中的开关控制电路根据中央控制板发送的动作指令对开关本体进行控制，使得开关本体进行合/分闸动作；3)开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测得到的开关位置信号发送到中央控制板；4)中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障。

进一步，所述步骤3)中，开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测时，包括以下步骤：3.1)两个辅助接点检测模块对开关本体的开关位置信号进行检测，并发送到中央控制板；3.2)电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到中央控制板。

进一步，所述步骤3.2)中，电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较时，包括以下步骤：3.2.1)采用AD电压采集的方法实时监测开关本体内储能电容器的电压，得到储能电容器的实时监测电压；3.2.2)将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，判定储能电容器为放电状态，即开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令。

所述步骤4)中，中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定时：所述步骤4)中，中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定时：若三个开关位置信号中的任何两个的输出一致，则输出就是该两个开关量输出的“与”函数。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供了一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，利用2组独立的与开关本体联动的辅助节点及储能电容放电判据，通过“三取二”逻辑处理方式，能够大幅提高开关动作判断的准确性和可靠性。2、在开关位置信号的传输方法上，本发明通过增加一类方波信号，能够有效提升开关状态判定的准确性。相比于传统设计，本发明能有效降低传统设计中辅助开关误动导致的位置误判，以及拒动导致的误判拒动概率，提升了开关分/合闸动作判定的准确定和可靠性。因此，本发明可以广泛应用于高压电力电子装置子模块内部旁路开关设计领域。

附图说明

图1是典型永磁真空开关及其放电控制回路示意图；

图2是本发明实施例中开关动作判定三取二逻辑图；

图3是本发明开关节点信号传输示意图；

图中各标号如下：

1、储能电容；2、合/分闸电磁线圈；3、永磁操动机构；4、辅助开关；5、真空灭弧室；6、半导体开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，为典型永磁真空开关，其主要包含：储能电容1、合/分闸电磁线圈2、永磁操动机构3、辅助开关4、真空灭弧室5和放电控制半导体开关6等。其中，储能电容器1的正极依次与放电控制半导体开关6、合/分闸电磁线圈2相连，合/分闸电磁线圈2的另一端与储能电容器1的负极相连构成闭环结构；且合/分闸电磁线圈2的两端还并联设置有续流二极管。永磁操作机构3内部动铁芯及连杆(斜线阴影部分)与真空灭弧室5相连，通过机械连板实现辅助开关4的联动。该永磁真空开关动作原理如下：当需要合/分闸动作时，开关控制器根据上层动作指令，通过导通放电控制半导体开关6使储能电容器1向合/分闸电磁线圈2提供脉冲电能，在线圈电磁场和永磁体磁场的作用下，永磁操动机构3带动真空灭弧室5实现开关的合/分闸动作。

传统开关设计中，通过单个与开关本体联动的辅助接点也即辅助开关4的动作变化，判定永磁真空开关的位置信息。其依靠单一类型信号判据，存在准确度低、位置误判的情况，容易造成事故扩大，威胁电网设备安全，影响供电可靠性。

本发明在现有辅助接点的设计基础上，通过2组独立的微动开关节点信息，并增加储能电容放电判据，采用“三取二”处理逻辑，最终判定开关是否正常动作，该方法能够大幅提高开关动作判断的准确性和可靠性。

具体地，如图2、图3所示，本发明提供的一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，其包括开关本体、开关控制板和中央控制板。其中，开关控制板包括开关控制电路、开关检测电路以及通讯故障检测电路，开关控制电路用于根据中央控制板发送的动作指令控制开关本体进行合/分闸动作；开关检测电路用于对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测到的开关位置信号发送到中央控制板；通讯故障检测电路用于在开关控制板发生回路断线或掉电等故障情况时，发送故障信号到中央控制器；中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障。

进一步，开关检测电路包括两个辅助接点检测模块和一个电容电压检测模块。其中，两个辅助接点检测模块设置在开关本体上，与开关本体联动，用于将开关本体的开关位置信号发送到中央控制板；电容电压检测模块设置在开关本体上，用于对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到中央控制板。

进一步，两个辅助接点检测模块发送的开关位置信号可以是电平信号(常闭或常开节点)或者光信号。其中，当开关位置信号为光信号时，常有光信号和方波光脉冲信号代表开关本体位于合闸或者分闸状态；无光代表通讯或其他故障。此外，开关节点信号也可以通过光纤编码的型式进行传输，不同光信号编码对应不同的状态或者故障信息。

传统开关的位置信号一般通过电平信号进行传输，即高/低电平分别代表开关的分闸或合闸状态。这种方法只能够保证电路正常或传输路径正常情况下的位置判断，无法识别回路断线、掉电等故障情况。因此在开关位置信号的传输方法上，本发明提出增加一类方波信号，也即通过开关控制板产生第3种状态信号，如果开关本体处于正常合闸或分闸状态，则输出高电平信号或方波信号；如果开关控制板发生通讯或其他故障，则输出低电平信号。该方法有效提升了开关状态判定的准确性。

进一步，电容电压检测模块包括电压检测子模块和电压比较子模块。其中，电压检测子模块用于采用AD电压采集的方法实时监测开关本体内储能电容器的电压，并发送到电压比较子模块；电压比较子模块用于将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，则认为储能电容器1为放电状态，即开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令。其中，设定阈值可以为储能电容器荷电状态为70％时的端电压。

进一步，中央控制板中设置有表决器，该表决器根据两个辅助接点检测模块发送的开关位置信号以及电容电压检测模块发送的电压比较信号即开关位置信号进行“三取二”逻辑判断，得到开关本体的动作判定结果。其中，“三取二”逻辑判断是指：只要三个开关位置信号中的任何两个的输出一致，表决器的输出就是该两个开关量输出的“与”函数。这样即使有一个开关量位置输入发生故障，整个系统也可以正常可靠工作，大大降低了信号回路的误动/拒动故障率。

基于上述提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，本发明还提供一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，其包括以下步骤：

1)将开关本体与开关控制板和中央控制板依次连接；

2)开关控制板中的开关控制电路根据中央控制板发送的动作指令对开关本体进行控制，使得开关本体进行合/分闸动作；

3)开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测得到的开关位置信号发送到中央控制板；

4)中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障。

进一步，上述步骤3)中，开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测时，包括以下步骤：

3.1)两个辅助接点检测模块对开关本体的开关位置信号进行检测，并发送到中央控制板；

3.2)电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到中央控制板。

进一步，上述步骤3.2)中，电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较时，包括以下步骤：

3.2.1)采用AD电压采集的方法实时监测开关本体内储能电容器的电压，得到储能电容器的实时监测电压；

3.2.2)将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，判定储能电容器为放电状态，即开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令。

进一步，上述步骤4)中，中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定时：根据两个辅助接点检测模块发送的开关位置信号以及电容电压检测模块发送的电压比较信号即开关位置信号进行“三取二”逻辑判断：只要三个开关位置信号中的任何两个的输出一致，表决器的输出就是该两个开关量输出的“与”函数。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，其特征在于，包括：开关本体、开关控制板和中央控制板；

所述开关控制板包括开关控制电路、开关检测电路以及通讯故障检测电路；

所述开关控制电路用于根据所述中央控制板发送的动作指令控制所述开关本体进行合/分闸动作；

所述开关检测电路用于对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测到的开关位置信号发送到中央控制板；

所述通讯故障检测电路用于在开关控制板发生故障时，发送故障信号到所述中央控制板；

所述中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障；

所述开关检测电路包括两个辅助接点检测模块和一个电容电压检测模块；两所述辅助接点检测模块设置在所述开关本体上，与所述开关本体联动，用于将所述开关本体的开关位置信号发送到所述中央控制板；其中，两所述辅助接点检测模块发送的开关位置信号为电信号或光信号，所述光信号采用方波光脉冲信号；

所述电容电压检测模块设置在所述开关本体上，用于对所述开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到所述中央控制板；

所述中央控制板中设置有表决器，所述表决器根据两个辅助接点检测模块发送的开关位置信号以及电容电压检测模块发送的开关位置信号进行“三取二”逻辑判断，得到开关本体的动作判定结果；所述“三取二”逻辑判断是指：若三个开关位置信号中的任何两个一致，则所述表决器的输出就是该两个开关位置信号的“与”函数。

2.如权利要求1所述的一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，其特征在于：所述电容电压检测模块包括电压检测子模块和电压比较子模块；所述电压检测子模块用于实时监测所述开关本体内储能电容器的电压，并发送到所述电压比较子模块；所述电压比较子模块用于将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，则判定所述储能电容器为放电状态，即所述开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令并进行相应动作。

3.如权利要求2所述的一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的装置，其特征在于：所述设定阈值为所述储能电容器荷电状态为70%的端电压。

4.一种采用如权利要求1～3任一项所述装置的提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将开关本体与开关控制板和中央控制板依次连接；

2）开关控制板中的开关控制电路根据中央控制板发送的动作指令对开关本体进行控制，使得开关本体进行合/分闸动作；

3）开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测，并将检测得到的开关位置信号发送到中央控制板；

4）中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定，同时根据通讯故障检测电路发送的故障信号判断系统故障；

所述步骤4）中，中央控制板用于根据接收到的开关位置信号，采用“三取二”处理逻辑对开关本体的合/分闸动作进行判定时：若三个开关位置信号中的任何两个的输出一致，则输出就是该两个开关位置信号的“与”函数。

5.如权利要求4所述的一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，其特征在于：所述步骤3）中，开关控制板中的开关检测电路对开关本体的合/分闸动作进行检测时，包括以下步骤：

3.1）两个辅助接点检测模块对开关本体的开关位置信号进行检测，并发送到中央控制板；

3.2）电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较，并将得到的用于表征开关位置信号的电压比较信号发送到中央控制板。

6.如权利要求5所述的一种提升永磁机构真空开关动作判定准确性的方法，其特征在于：所述步骤3.2）中，电容电压检测模块对开关本体内储能电容器的电容电压进行实时监测和比较时，包括以下步骤：

3.2.1）采用AD电压采集的方法实时监测开关本体内储能电容器的电压，得到储能电容器的实时监测电压；

3.2.2）将接收到的储能电容器的实时监测电压与预设阈值进行比较，当储能电容器的实时监测电压低于设定阈值时，判定储能电容器为放电状态，即开关本体确认收到相应的合/分闸放电指令。

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