CN1846142A - 用于监测多触点开关中触点烧损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测负载选择器类型的多触点开关中触点烧损的方法，在此开关中通过运动的触点在一个步骤中完成选择功能和切换功能，它没有分开的负载切换器。在本发明的方法中每次操作多触点开关时测量负载电流。借助于事先存储的运行电路的标准分级电压和关于在“更高”或“更低”方向上切换的信息，计算出被关断的触点的开关电流，由此求出烧损率并进行累加，得到相应的容积烧损。这个累加值与一个事先存储的边界值进行比较；在达到边界值时产生告警信息或其它消息。

Description

用于监测多触点开关中触点烧损的方法

本发明涉及用于监测多触点开关中触点烧损的方法。

DE 1000 3918 C1已知了一种这样的方法。其中在每次负载切换时，即每次操作多触点开关时，由负载电流的测量值和相应的标称分级电压求出相应被关断触点的开关电流，并由它求出相应的触点烧损率。然后由这个烧损率求出多触点开关的负载切换器的开关触点和电阻触点的累加体积烧损，并与预先存储的边界值相比较。

然而这种已公开的方法原理上仅可应用于这种多触点开关：其中一个双臂的选择器首先无功地预选一个所要切换到其上的新的线圈抽头，并且接着一个独立的负载切换器在一个选择器臂的刚刚流过电流的抽头和另一个臂的新的抽头之间切换负载电流。然而对于负载选择型的多触点开关一其中没有独立的负载切换开关，选择功能和开关功能通过运动开关触点在一个步骤中完成—这种已知的方法是不适用的。

本发明的目的在于给出一种用于负载选择型多触点开关的方法。

上述任务由具有权利要求1和2所述特征的方法完成。

下面首先说明本发明总体思路和本发明所述方法的设备方面的背景。

负载选择型的多触点开关的大量实现方式在现有技术中是已知的，它们原理上可分为两种不同的类型，可按它们的转换阻抗进行区分。不仅有具有(欧姆)转换电阻的负载选择器，而且也有具有转换电抗的负载选择器。

图4以草图示出一种已知的具有转换电阻的负载选择器，如申请人以型号OILTAPV销售的负载选择器。图4参考示出了一个多级线圈，其线圈抽头与负载选择器的固定触点FK-m-1，FK-m，FK-m+1电连接。此外负载选择器具有一起运动的多个运动触点，即一个开关触点SK及位于其两侧的电阻触点WK-A和WK-B，它们分别通过一个电阻R_ü与负载线相连接。在从抽头m切换到抽头m+1时，首先电阻触点WK-B离开固定触点FK-m。由于负载电流I_L继续流过开关触点SK，电阻触点WK-B无电流地关断，即不产生电弧。稍后开关触点SK离开分级触点FK-m，并且交换负载电流到电阻触点WK-A上。这时产生的电弧产生在图中固定触点FK-m右边棱角上的烧损。在下一步中电阻触点WK-B切换到触点FK-m+1上，从而基于激励的分级电压Us在两个转换电阻Rü上流过一个回路电流。负载电流IL均匀分配并在两个电阻触点WK-A和WK-B上流过。负载电流最终交换到分级触点FK-m+1上通过电阻触点WK-A从分级触点FK-m断开而实现，由此产生电阻触点WK-A上的烧损，并再一次产生图中固定触点FK-m右边棱角上的烧损。一旦开关触点SK与固定的分级触点FK-m+1接触并且负载电流I_L被电阻触点WK-B接收，则切换过程结束。如果从抽头m+1切换回抽头m，则切换过程完全反同进行。在此情况下烧损发生在开关触点SK及电阻触点WK-B上；此外烧损还发生在图中分级触点FK-m+1的左边棱角上。

由于原理上在每个触点上的烧损直接取决于相应被关断电流的大小，在本发明的方法中重要的是求出所有参与一次切换的触点的开关电流。为此在本发明所述方法中求出以下在每次切换中容易得到的量：负载电流I_L，实时的多触点开关位置n，以及切换方向“更高”或“更低”，这意味着多触点开关位置从n向n+1切换或者从n+1向n切换。在求出负载电流I_L之后，以已知的方法求出开关触点SK及电阻触点WK-A和WK-B的开关电流。这已在本说明书开始处提到的DE 10003918 C1中公开。

SK上的电流 $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{\mathrm{ParSek}}$

WK上的电流 $l_{\mathrm{WK}}=\frac{U_S+l_L\·R_O/\mathrm{sres}}{2\·R_O}$

其中：方向m→m+1：I_WK-A＝I_WK

      方向m+1→m：U_S＝-U_S

I_WK-B＝I_WK

这里，ParSek是负载选择器的并行扇区数，即单个开关触点的并联电路数，它们通常实现在多个相互水平重叠的平面上。U_S表示相应的标称分级电压，sres表示在多个并联的电阻支路中电阻触点WK-A和WK-B上得到的电流分配。R_ü表示单个转换电阻的大小。所有这些量是多触点开关的参数，并且作为本方法的参数被确定和存储。

图5示出一个同样由现有技术已知的具有转换电抗(SVR)的负载选择器。这种负载选择器结构的多触点开关至少已在美国应用于可调变压器中作为所谓的“步进电压调节器”。通常调节范围为±16级中±10％，即每级5/8％。这里一个转换电抗用来替代转换电阻。在从抽头m切换到m+1时，运动的开关触点SK-G离开固定的分级触点FK-m，其中一半的负载电流转换到图中左边支路上，并通过它同时在运动的开关触点SK-G和图中的分级触点FK-m的右边缘产生电弧烧损。开关触点SK-G切换到新的分级触点FK-m+1上，并从而抵达所谓的“桥接位置”，它在这种结构的负载选择器中是一个稳定的工作位置。由分级电压U_S产生的回路电流在转换电抗中不产生损耗，因为这两个同样大小的线圈部分是反极性缠绕的，并从而电抗在铁芯中的感应互相抵消。在接着的向m+1方向的切换过程中，开关触点SK-H离开固定的分级触点FK-m，并且同时关断回路电流和一半负载电流；这在开关触点SK-H上、并且再一次在图中分级触点的右边缘上产生烧损。随着开关触点SK-H切换到触点FK-m+1上，又抵达一个“非桥接位置”，并且完成从m到m+1的切换。在继续在一个方向上切换时，“桥接位置”和“非桥接位置”交替出现。如上所述，“桥接位置”，即两级之间的中间位置，它是一个稳定的工作位置，基于此事实，例如可以用一个9级的调节线圈和前接的换向器调整出33个不同的输出电压。这里输出电压的级差为U_S/2。

在这种方式的具有转换电抗的负载选择器中总是只有一个关断的开关触点，即SK-G或SK-H，它按照切换方向施加不同的电流。

对称分配支路的转换电抗的大小使得在“桥接位置”上的回路电流典型地为负载电流I_L的35％或50％(pa＝35％或50％)。这里回路电流被视为纯电感的。但是负载电流I_L也可能对分级电压U_S具有一个相移，这由相角cos表示。对于供电网cos典型值为0.8。这个量也可以百分数表示为功率因子“pf”(通常在美国如此表示)，例如：pf＝80％。

在纯感性电流I_L时，pf＝0％，这是在最坏的情况下考虑的值。因此，切换电流表示为具有实部和虚部的复数量。

另外给出以下关系式：

回路电流： $I_C=I_L\·\frac{\mathrm{pa}}{100}$

欧姆分量： $R=\frac{\mathrm{pf}}{100}$

电感分量： $X=\sqrt{1-R^2}$

从而最终得到开关电流：

非桥接→桥接    桥接→非桥接

方向n→n+1 $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}$ $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}(R-\mathrm{jX})-{\mathrm{jI}}_C$

方向n+1→n $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}$ $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}(R-\mathrm{jX})-{\mathrm{jI}}_C$

在计算这些切换电流之后可求出在固定触点和运动触点上的烧损。

下面举例详细说明本发明。

图1a和1b示出本发明第一个方法的流程图。

图2a至2d示出本发明第二个方法的流程图。

图3示出用于实施第二个方法的流程图。

图4和5示出按照现有技术的负载选择器的原理电路，它们已在前面被说明。

应该注意，图1a和1b同属于一个图；在其中示出本发明的第一个方法。仅仅由于图幅大小的原因，此方法必须示在两个分开的图页上。

同样图2a至2d同属于一个图；在其中示出本发明的第二个方法。同样也只是由于图幅的需要，说明此方法的图总共分成4个分开的图页。在图2b中作为“子程序”1或2示出的方法过程在图页2c或2d中详细示出。

首先详细说明图1a和1b所示出的方法。此方法从具有欧姆转接电阻的负载选择器出发，这种负载选择器在图4中按现有技术示出。如上所述，在负载选择器的某些位置上会发生触点烧损。在这里描述的方法中负载电流被测量，并且按照已经给出和解释的关系式求出参与相应的级切换的触点的开关电流。然后由这些电流按下式求出体积烧损A：

A＝a·I^b·s

这里a是与开关类型和触点规格有关的烧损参数。值b表示一个与所用触点材料有关的参数，其数量级在1.1…1.9范围内。在许多情况下考虑一个安全裕量s是有意义的，它最好取作12％。方法的这一部分已被上面引用的DE 1000 3918 C1公开。

在某些开关类型中可能必须对固定触点和运动触点采用不同的参数a，因为例如一个触点滚子可以具有不同于固定触点角度的烧损特性。

以所述方法求得的容积烧损A被相应地相加，得到在前面的负载选择器切换中同一触点的累加总烧损GAm。由切换之前负载选择器的位置，即位置n，和切换方向“更高”—即从n到n+1—或“更低”—即从n+1到n，可得到现在是哪些触点实际上被开关。应用一个配置表来选择所参与的触点是有好处的，用此配置表列出多触点开关位置n与相应被开关的固定触点m之间的对应关系。一个这样的矩阵可永久性地被存储。

在本发明方法中对于所有发生在负载选择器中的烧损触点—不仅是固定触点，也包括运动接点，不仅是左边缘，也包括右边缘—相应求出一个总烧损值GAm。这些值分别被永久存储。

在每次分级切换之后，用所述的方法计算并存储的所有触点的累加总烧损值GAm分别与预先给定的可靠边界值比较。如果比较的结果表明边界值被达到或超过，则例如产生一个告警信息，在大约达到边界值的90％时；当事先规定的总烧损边界值100％地达到时也可以完全锁闭负载选择器。上面所述的方法，如图1a和1b给出的方法适用于具有转换电阻的负载选择器。

图2a至2d示出另一个本发明所述方法的简要流程图，此方法特别适用于符合图5现有技术的具有转换电抗的负载选择器。用于计算方法所需物理量的各个关系式已在前面列出。不同于图1a和1b所示第一个方法，图2a至2d所示第二个方法中插入了附加的方法步骤。在输入和永久性存储所需多触点开关参数和烧损参数、烧损边界值、以及标称分级电压之后，还以所描述的方式计算变量R和X，其中如已说明的，其中R表示欧姆分量，而X表示电感分量。

此外在这个方法中还在测量负载电流I_L之后求出回路电流I_C，如前面已说明的那样。

在图2a至2d所示方法中计算关断的触点的相应开关电流，接着计算烧损率和再后面对相应的容积烧损GA进行累加，这些步骤不仅仅分别按照切换方向“更高”或“更低”独立进行。在这些方法步骤中，这些步骤取决于切换方向，还按照是否从一个非桥接位置切换到一个桥接位置进一步分开这些方法步骤。开关电流必须根据情况按照适用的关系式求出。

对于此方法应用一个事先永久性存储的配置表(所谓的“查找表”)是特别有好处的，这样可以通过简单的方法找出在相应切换中被开关的固定触点。用于实施图2a至2d所示第二个方法的这种配置表的例子示于单独的图3中。

Claims (2)

1.用于监测多触点开关中触点烧损的方法，具有以下特征：

·永久性地存储每个可能的电路、即“级”的标称分级电压(U_S)的值，开关触点和电阻触点的可靠触点烧损的边界值，以及多触点开关特定的性能参数a和b；

·求出多触点开关的实际位置n；

·读出所存储的、与实际多触点开关位置相对应的标称分级电压(U_S)的值；

·在每次切换中，即在每次操作多触点开关时测量负载电流(I_L)；

·求出相应切换的切换方向“更高”或“更低”；

·根据切换方向求出被开关的、发生烧损的固定触点；

·借助以下关系式以已知的方式计算被关断的触点的开关电流：

对于切换方向“更高”： $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{\mathrm{ParSek}}$

$I_{\mathrm{WK}-A}=\frac{U_S+I_L\·\frac{R_0}{s_{\mathrm{res}}}}{2\·R_0}$

对于切换方向“更低”： $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{\mathrm{ParSek}}$

$I_{\mathrm{WK}-B}=\frac{U_S+I_L\·\frac{R_0}{s_{\mathrm{res}}}}{2\·R_0}$

其中U_S＝-U_S

其中ParSek为并行扇区数，R_ü为转换电阻值，以及s_res为得到的电流分配，

·按以下关系式根据切换方向计算开关触点的相应烧损率(A_SK)，相应电阻触点的烧损率(Awk)，以及被关断的固定触点的烧损率：

对于切换方向“更高”：A_SK＝a_SK·I_SK ^b·s_SK

                      A_WK＝a_WK·I_WK-A ^b·s_WK

                      A_FK＝a_FK·(I_SK ^b+I_WK-A ^b)·s_FK

对于切换方向“更低”：A_SK＝a_SK·I_SK ^b·s_SK

A_WK＝a_WK·I_WK-B ^b·s_WK

A_FK＝a_FK·(I_SK ^b+I_WK-B ^b)·S_FK

·对相应的烧损率(A_SK，A_WK，A_FK)进行累加，得到相应的总容积烧损(GA_SK，GA_WK-A，GA_WK-B，GA^右 _FK-m，GA^左 _FK-m)，永久性地存储所有累加的总容积烧损，并将这些值与永久性存储的相应边界值进行比较，

·在超过相应的边界值或边界值的一定百分比时产生告警信息。

2.用于监测多触点开关中触点烧损的方法，具有以下特征：

·永久性地存储每个可能的电路、即“级”的标称分级电压(U_S)的值，开关触点和电阻触点的可靠触点烧损的边界值，以及多触点开关的特定性能参数a和b；

·计算转换电抗的欧姆分量R和电感分量X；

·求出多触点开关的实际位置n；

·在每次切换中，即在每次操作多触点开关时测量负载电流(I_L)；

·计算回路电流I_C作为负载电流I_L的部分值；

·求出相应切换的切换方向“更高”或“更低”；

·根据切换方向求出被开关的、发生烧损的固定触点；

·确定是否从非桥接位置切换到桥接位置；

·按以下关系式计算被关断的触点的开关电流；

对于从非桥接位置到桥接位置的转换： $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}$

对于从桥接位置到非桥接位置的切换： $I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}(R-\mathrm{jX})-j{I}_c$ 或

$I_{\mathrm{SK}}=\frac{I_L}{2}(R-\mathrm{jX})+j{I}_c$

·按以下关系式根据切换方向计算开关触点的相应烧损率(A_SK)和关断的固定触点的相应烧损率(A_FK)

A_SK＝a_SK·I_SK ^b·s_SK

A_FK＝a_FK·I_SK ^b·s_FK

·对相应的烧损率(A_SK，A_FK)进行累加，得到相应的总容积烧损(GA_H，GA_G，GA^右 _FK-m，GA^左 _FK-m)，永久性地存储所有累加的总容积烧损，并将这些值与永久性存储的相应边界值进行比较，

·在超过相应的边界值或边界值的一定百分比时产生告警信息。

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