DE102020216013A1 - Monitoring of power electrical equipment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Überwachungsanordnung (2) für eine leistungselektrische Einrichtung (1) und eine leistungselektrische Einrichtung (1) mit einer solchen Überwachungsanordnung (2).Die Überwachungsanordnung (2) ist mit einem Eingang (12) für eine Hilfsspannungsquelle (3), einem Ausgang (13) für die Hilfsspannungsquelle (3) sowie einem zwischen den Eingang (12) und den Ausgang (13) geschalteten und mit einer Steuereinheit (7) verbundenen Sensor (8) ausgestattet. Der Sensor (8) ist dazu ausgebildet, einen zwischen dem Eingang (12) und dem Ausgang (13) fließenden Strom zu erfassen und als Strommesswert der Steuereinheit (7) zu übermitteln.Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit (7) dazu ausgebildet, in einer Serie von Strommesswerten einen charakteristischen Verlauf eines Ereignisses in einer durch den Ausgang (13) für die Hilfsspannungsquelle (3) versorgten Hilfsfunktionseinheit (4) der leistungselektrischen Einrichtung (1) zu erkennen. Die Steuereinheit (7) ist erfindungsgemäß außerdem dazu ausgebildet, den erkannten charakteristischen Verlauf mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf zu vergleichen und in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf ein Wartungssignal auszugeben.The invention relates in particular to a monitoring arrangement (2) for a power electrical device (1) and a power electrical device (1) with such a monitoring arrangement (2). The monitoring arrangement (2) has an input (12) for an auxiliary voltage source (3), an output (13) for the auxiliary voltage source (3) and a sensor (8) connected between the input (12) and the output (13) and connected to a control unit (7). The sensor (8) is designed to detect a current flowing between the input (12) and the output (13) and to transmit it to the control unit (7) as a measured current value to recognize a characteristic course of an event in an auxiliary functional unit (4) of the power electrical device (1) supplied by the output (13) for the auxiliary voltage source (3) from measured current values. According to the invention, the control unit (7) is also designed to compare the identified characteristic curve with an expected characteristic curve and to output a maintenance signal depending on a deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsanordnung für eine leistungselektrische Einrichtung, eine leistungselektrische Einrichtung mit einer solchen Überwachungsanordnung, ein Verfahren zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung sowie einen Datenträger mit einem Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a monitoring arrangement for a power electrical device, a power electrical device with such a monitoring arrangement, a method for monitoring a power electrical device and a data carrier with a computer program for carrying out the method.
Technischer HintergrundTechnical background
Leistungselektrische Einrichtungen wie beispielsweise luft- oder gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen oder Umspannanlagen umfassen üblicherweise neben einer Hauptfunktionseinheit wie Leistungsschaltern oder Transformatoren auch eine oder mehrere Hilfsfunktionseinheiten. Diese Hilfsfunktionseinheiten unterstützen die Hauptfunktionseinheit und ermöglichen unter anderem eine Veränderung des Betriebszustandes der Hauptfunktionseinheit. Beispielsweise kann der Leistungsschalter durch Federantriebe geöffnet oder geschlossen werden, wobei in den Federantrieben verbaute Federn gespannt oder gestaucht gehalten werden, um gegebenenfalls einen Schaltvorgang des Leistungsschalters möglichst schnell durchführen zu können. Das Auslösen des Federantriebs kann beispielsweise durch ein Solenoid als weitere Hilfsfunktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung erfolgen. Die Federn können anschließend durch weitere Hilfsfunktionseinheiten wie Elektromotoren erneut gespannt oder gestaucht werden. Bei Umspannanlagen können Hilfsfunktionseinheiten beispielsweise für das Wechseln eines Wicklungsabgriffs einer Transformatorwicklung vorgesehen sein. Weitere Beispiele für Hilfsfunktionseinheiten sind Kühleinheiten wie Kühlmittelpumpen und dergleichen.Power electrical devices such as air- or gas-insulated medium-voltage switchgear or substations usually include one or more auxiliary functional units in addition to a main functional unit such as circuit breakers or transformers. These auxiliary functional units support the main functional unit and allow, among other things, a change in the operating state of the main functional unit. For example, the circuit breaker can be opened or closed by spring drives, with springs installed in the spring drives being kept tensioned or compressed in order to be able to carry out a switching operation of the circuit breaker as quickly as possible. The spring drive can be triggered, for example, by a solenoid as a further auxiliary functional unit of the power-electrical device. The springs can then be tensioned or compressed again by other auxiliary functional units such as electric motors. In the case of substations, auxiliary functional units can be provided, for example, for changing a winding tap of a transformer winding. Other examples of auxiliary functional units are cooling units such as coolant pumps and the like.
Das Funktionieren der Hauptfunktionseinheit ist von demjenigen der Hilfsfunktionseinheiten abhängig. Fällt eine Hilfsfunktionseinheit aus, kann die Hauptfunktionseinheit nicht mehr ordnungsgemäß betrieben werden. Deswegen wird hoher Wartungsaufwand betrieben, um einen unerwarteten Ausfall der leistungselektrischen Einrichtung zu verhindern.The functioning of the main functional unit depends on that of the auxiliary functional units. If an auxiliary functional unit fails, the main functional unit can no longer be operated properly. Because of this, a great deal of maintenance is expended in order to prevent an unexpected failure of the power electric device.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, Mittel und Verfahren bereitzustellen, die eine hohe Zuverlässigkeit einer leistungselektrischen Einrichtung bei niedrigen Betriebskosten ermöglichen.The object of the invention is to provide means and methods that enable high reliability of a power electrical device with low operating costs.
Die Erfindung führt daher eine Überwachungsanordnung für eine leistungselektrische Einrichtung gemäß Anspruch 1, eine leistungselektrische Einrichtung mit einer solchen Überwachungsanordnung gemäß Anspruch 8, ein Verfahren zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung gemäß Anspruch 11 sowie einen Datenträger mit einem Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 12 ein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.The invention therefore introduces a monitoring arrangement for a power electrical device according to claim 1, a power electrical device with such a monitoring arrangement according to
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Überwachungsanordnung für eine leistungselektrische Einrichtung und mit einem Eingang für eine Hilfsspannungsquelle, einem Ausgang für die Hilfsspannungsquelle sowie einem zwischen den Eingang und den Ausgang geschalteten und mit einer Steuereinheit verbundenen Sensor. Der Sensor ist dazu ausgebildet, einen zwischen dem Eingang und dem Ausgang fließenden Strom zu erfassen und als Strommesswert der Steuereinheit zu übermitteln. Der Sensor kann beispielsweise eine Hallsonde oder ein Messwiderstand einer bekannten Größe sein und eine zu dem durch den Sensor fließenden Strom proportionales Spannungssignal als Strommesswert ausgeben. Es ist auch möglich, dass der Sensor zusätzlich einen Analog-Digital-Umsetzer umfasst, so dass der Strommesswert als digitaler Wert an die Steuereinheit übermittelt werden kann. Die Hilfsspannungsquelle wird üblicherweise eine eigenständige Funktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung sein und dient dazu, die (weiteren) Hilfsfunktionseinheiten der leistungselektrischen Einrichtung mit Elektrizität zu versorgen. Die Hilfsspannungsquelle kann über eine Batterie und/oder ein Versorgungsnetz versorgt werden und insbesondere eine oder mehrere Gleichspannungen zur Verfügung stellen.A first aspect of the invention relates to a monitoring arrangement for a power electrical device and having an input for an auxiliary voltage source, an output for the auxiliary voltage source and a sensor connected between the input and the output and connected to a control unit. The sensor is designed to detect a current flowing between the input and the output and to transmit it to the control unit as a measured current value. The sensor can be, for example, a Hall probe or a measuring resistor of known size and output a voltage signal proportional to the current flowing through the sensor as a current measurement value. It is also possible for the sensor to additionally include an analog/digital converter, so that the measured current value can be transmitted to the control unit as a digital value. The auxiliary voltage source is usually an independent functional unit of the electrical power device and is used to supply the (additional) auxiliary functional units of the electrical power device with electricity. The auxiliary voltage source can be supplied via a battery and/or a supply network and can in particular make one or more direct voltages available.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in einer Serie von Strommesswerten einen charakteristischen Verlauf eines Ereignisses in einer durch den Ausgang für die Hilfsspannungsquelle versorgten Hilfsfunktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung zu erkennen. Beispielsweise kann ein Einschaltereignis durch eine kurzzeitige Erhöhung des Stromes charakterisiert sein, wobei für die Art des Ereignisses und seine Quelle (also derjenigen Hilfsfunktionseinheit, in der das Ereignis aufgetreten ist) kennzeichnende Zeitspannen und Amplituden gegeben sein können. Die Erfindung beruht hierbei auf der Einsicht, dass die verschiedenen Ereignisse in den Hilfsfunktionseinheiten quasi einen Fingerabdruck in dem von den Hilfsfunktionseinheiten aufgenommenen Strom hinterlassen.According to the invention, the control unit is designed to identify, in a series of measured current values, a characteristic course of an event in an auxiliary functional unit of the power electrical device that is supplied by the output for the auxiliary voltage source. For example, a switch-on event can be characterized by a brief increase in the current, with time periods and amplitudes that are characteristic of the type of event and its source (ie the auxiliary functional unit in which the event occurred) being given. In this case, the invention is based on the insight that the various events in the auxiliary functional units leave a kind of fingerprint in the current drawn by the auxiliary functional units.
Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß außerdem dazu ausgebildet, den erkannten charakteristischen Verlauf mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf zu vergleichen und in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf ein Wartungssignal auszugeben. Die Steuereinheit kann beispielsweise das Wartungssignal über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle an eine entfernte Steuerzentrale ausgeben, so dass von dort aus eine geeignete Wartungsmaßnahme veranlasst werden kann.According to the invention, the control unit is also designed to compare the identified characteristic curve with an expected characteristic curve and as a function to issue a maintenance signal in the event of a deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve. The control unit can, for example, output the maintenance signal to a remote control center via a wireless or wired communication interface, so that a suitable maintenance measure can be initiated from there.
Die Überwachungsanordnung der Erfindung besitzt den Vorteil, dass Veränderungen der charakteristischen Verläufe aufgrund von Alterung oder sonstiger Beeinträchtigung der Hilfsfunktionseinheiten bemerkt und dadurch Rückschlüsse auf die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme gemacht werden können. Dadurch können Wartungsmaßnahmen rechtzeitig vor einem Funktionsausfall der Hilfsfunktionseinheit und dadurch verursacht der Hauptfunktionseinheit veranlasst werden, gleichwohl bedarf es keiner regelmäßigen Inspektion und keines vorsorglichen Austauschens von Verschleißkomponenten der Hilfsfunktionseinheiten oder gar der Hilfsfunktionseinheiten selbst mehr, wodurch Kosten eingespart werden können. Dabei ermöglicht es die Erfindung, eine Mehrzahl von durch die Hilfsspannungsquelle versorgten Hilfsfunktionseinheiten mit nur einem einzigen Sensor zu überwachen, so dass die Überwachungsanordnung der Erfindung kostengünstig umsetzbar ist.The monitoring arrangement of the invention has the advantage that changes in the characteristic curves due to aging or other impairments of the auxiliary functional units can be noticed and conclusions can be drawn as to the need for a maintenance measure. As a result, maintenance measures can be initiated in good time before a functional failure of the auxiliary functional unit and the main functional unit caused as a result, although regular inspection and preventive replacement of wearing components of the auxiliary functional units or even the auxiliary functional units themselves are no longer required, which means that costs can be saved. The invention makes it possible to monitor a plurality of auxiliary functional units supplied by the auxiliary voltage source with just a single sensor, so that the monitoring arrangement of the invention can be implemented cost-effectively.
Die Steuereinheit muss dabei nicht notwendigerweise am Ort der leistungselektrischen Einrichtung angeordnet sein, sondern kann selbst entfernt oder auch als über mehrere Einheiten und Orte verteilte Anordnung implementiert sein. Dabei kann eine Steuereinheit für mehrere leistungselektrische Einrichtungen gemeinsam vorgesehen sein, so dass auch Erkenntnisse über Ereignisse in einer leistungselektrischen Einrichtung für die Überwachung weiterer leistungselektrischer Einrichtungen verwendet werden können. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die erwarteten charakteristischen Verläufe während des Betriebs der Überwachungsanordnung basierend auf den tatsächlich eingetretenen Ereignissen modifiziert werden, indem zum Beispiel Maschinenlernen verwendet wird.In this case, the control unit does not necessarily have to be arranged at the location of the power electrical device, but can itself be remote or implemented as an arrangement distributed over a number of units and locations. In this case, a control unit can be provided jointly for a number of power-electrical devices, so that knowledge about events in a power-electrical device can also be used for monitoring other power-electrical devices. This makes sense, for example, when the expected characteristic curves are modified during operation of the monitoring arrangement based on the events that have actually occurred, for example by using machine learning.
Grundsätzlich kann die Steuereinheit dabei unterschiedliche Arten von Ereignissen und unterschiedliche oder gleichartige Ereignisse in verschiedenen Hilfsfunktionseinheiten unterscheiden und bewerten. Die Erfindung ermöglicht dies vorteilhaft dadurch, dass der Sensor an der Hilfsspannungsversorgung an einem funktional zentralen Punkt der leistungselektrischen Einrichtung angeordnet ist, an dem die in dem fließenden Strom enthaltenen Informationen über die Ereignisse zusammenkommen. Die Steuereinheit kann dabei auch ausgebildet sein, einander zeitlich überlappende Ereignisse zu erkennen.In principle, the control unit can distinguish and evaluate different types of events and different or similar events in different auxiliary function units. The invention advantageously enables this in that the sensor is arranged on the auxiliary voltage supply at a functionally central point of the power electrical device, at which the information about the events contained in the flowing current comes together. The control unit can also be designed to recognize events that overlap in time.
Der Sensor kann dazu ausgebildet sein, den Strom mit einer Abtastrate zwischen 1 und 50 Kilohertz, vorzugsweise zwischen 5 und 30 Kilohertz, besonders bevorzugt zwischen 8 und 20 Kilohertz, zu erfassen. Bei diesen Abtastraten stehen einerseits ausreichend Strommesswerte für das Erkennen eines charakteristischen Verlaufs zur Verfügung, andererseits kann eine solche Überwachungsanordnung immer noch kostengünstig umgesetzt werden.The sensor can be designed to detect the current with a sampling rate between 1 and 50 kHz, preferably between 5 and 30 kHz, particularly preferably between 8 and 20 kHz. With these sampling rates, on the one hand, sufficient measured current values are available for recognizing a characteristic course, and on the other hand, such a monitoring arrangement can still be implemented cost-effectively.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den erkannten charakteristischen Verlauf einem Ereignistyp einer Mehrzahl von vorbestimmten Ereignistypen zuzuordnen. Dadurch kann bestimmt werden, welche Art von Ereignis von der Überwachungsanordnung erkannt wurde, was wiederum auf eine typischerweise das Ereignis ausführende Hilfsfunktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung als Quelle des Ereignisses rückschließen lässt. Dadurch, dass die verursachende Hilfsfunktionseinheit beziehungsweise eine bestimmte verursachende Komponente der Hilfsfunktionseinheit anhand des Ereignistyps identifiziert wird, kann auch festgestellt werden, über welche Funktionseinheit oder Komponente anhand der Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf eine Aussage getroffen wird.The control unit is preferably designed to assign the identified characteristic curve to an event type from a plurality of predetermined event types. This makes it possible to determine which type of event was detected by the monitoring arrangement, which in turn allows conclusions to be drawn about an auxiliary functional unit of the power-electrical device that typically executes the event as the source of the event. Because the causative auxiliary functional unit or a specific causative component of the auxiliary functional unit is identified based on the event type, it can also be determined about which functional unit or component a statement is made based on the deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve.
Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, jeweilige Kreuzkorrelationen zwischen der Serie von Strommesswerten und einer Mehrzahl von Vorgabeverläufen, welche jeweils einen der vorbestimmten Ereignistypen beschreiben, zu bilden und den charakteristischen Verlauf in der Serie von Strommesswerten in Abhängigkeit der jeweiligen Ergebnisse der Kreuzkorrelationen zu erkennen und den erkannten charakteristischen Verlauf einem der vorbestimmten Ereignistypen zuzuordnen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit der Überwachungsanordnung mit einem neuronalen Netzwerk ausgestattet sein, welches dazu ausgebildet ist, den charakteristischen Verlauf in der Serie von Strommesswerten zu erkennen. Ein solches neuronales Netzwerk kann insbesondere im Rahmen des Maschinenlernens eingesetzt werden, wodurch eine mit der Zeit zunehmende Qualität der Wartungssignale der Überwachungsanordnung hinsichtlich Zeitpunkt und Genauigkeit erreicht werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn erkannte charakteristische Verläufe aus einer Vielzahl von leistungselektrischen Einrichtungen zusammengeführt werden und im Wege des Maschinenlernens die erwarteten charakteristischen Verläufe mit der Zeit angepasst werden.The control unit can be designed, for example, to form respective cross-correlations between the series of measured current values and a plurality of default curves, each of which describes one of the predetermined event types, and to recognize the characteristic curve in the series of measured current values depending on the respective results of the cross-correlations and assign the recognized characteristic course to one of the predetermined event types. As an alternative or in addition, the control unit of the monitoring arrangement can be equipped with a neural network which is designed to recognize the characteristic progression in the series of measured current values. Such a neural network can be used, in particular, within the framework of machine learning, as a result of which the quality of the maintenance signals from the monitoring arrangement can increase over time in terms of time and accuracy. This is the case in particular when recognized characteristic curves from a large number of power-electrical devices are combined and the expected characteristic curves are adapted over time by means of machine learning.
Außerdem kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, eine Spektralrepräsentation der Serie von Strommesswerten zu bestimmen und den charakteristischen Verlauf anhand der Spektralrepräsentation zu erkennen. Derartige Ausführungsvarianten lassen sich auch mit den vorgenannten Ansätzen zum Maschinenlernen kombinieren.In addition, the control unit can be designed to determine a spectral representation of the series of measured current values and to identify the characteristic curve based on the spectral representation. Such embodiment variants can also be combined with the aforementioned approaches to machine learning.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, einen Grad einer Übereinstimmung der Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf mit einer Mehrzahl von vorbestimmten Fehlerbildern zu bestimmen und das Wartungssignal auszugeben, wenn der Grad der Übereinstimmung für wenigstens eines der vorbestimmten Fehlerbilder einen Schwellwert übersteigt. Dabei ist die Steuereinheit außerdem dazu ausgebildet, mit dem Wartungssignal eine Information über das wenigstens eine Fehlerbild auszugeben, für das der Grad der Übereinstimmung den Schwellwert überstiegen hat. Die Information kann dazu verwendet werden, die Ursache der Abweichung des erkannten charakteristischen Verlaufs von dem erwarteten charakteristischen Verlauf zu bestimmen und die vorzunehmende Wartungsmaßnahme auf die Beseitigung der Ursache zu richten. Beispielsweise kann die Information helfen, eine erschlaffende Feder eines Federantriebs, ein schwergängiges Getriebe oder verbrauchte Bürsten einer elektrischen Antriebseinheit, ein verzögert auslösendes Relais oder dergleichen zu erkennen und zuzuordnen.The control unit is preferably designed to determine a degree of correspondence of the deviation between the detected characteristic curve and the expected characteristic curve with a plurality of predetermined error patterns and to output the maintenance signal if the degree of correspondence for at least one of the predetermined error patterns exceeds a threshold value . In this case, the control unit is also designed to use the maintenance signal to output information about the at least one error pattern for which the degree of agreement has exceeded the threshold value. The information can be used to determine the cause of the deviation of the detected characteristic curve from the expected characteristic curve and direct the maintenance measure to be carried out to eliminating the cause. For example, the information can help to identify and allocate a sagging spring of a spring drive, a sluggish gear or worn brushes of an electric drive unit, a delayed triggering relay or the like.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine leistungselektrische Einrichtung mit einer leistungselektrischen Hauptfunktionseinheit, einer Hilfsspannungsquelle, wenigstens einer Hilfsfunktionseinheit zum Betreiben der Hauptfunktionseinheit und einer zwischen die Hilfsspannungsquelle und die wenigstens eine Hilfsfunktionseinheit geschalteten Überwachungsanordnung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt.A second aspect of the invention relates to a power electrical device with a power electrical main functional unit, an auxiliary voltage source, at least one auxiliary functional unit for operating the main functional unit and a monitoring arrangement connected between the auxiliary voltage source and the at least one auxiliary functional unit according to the first aspect of the invention.
Die leistungselektrische Hauptfunktionseinheit kann beispielsweise ein Schalter (z.B. Lastschalter oder Leistungsschalter), ein Kurzschließer, ein Lichtbogenlöscher oder ein Transformator sein, die Erfindung kann jedoch auch auf andere Arten von leistungselektrischen Anlagen im Gebiet der Starkstrom-, Mittelspannungs- oder Hochspannungstechnik angewendet werden.The power electrical main functional unit can, for example, be a switch (e.g. load switch or circuit breaker), a short-circuiter, an arc quencher or a transformer, but the invention can also be applied to other types of power electrical systems in the field of heavy current, medium voltage or high voltage technology.
Die Hilfsfunktionseinheit kann insbesondere ein Hilfsschalter oder ein Hilfsmotor sein.The auxiliary functional unit can in particular be an auxiliary switch or an auxiliary motor.
Ein weiterer Erfindungsaspekt führt ein Verfahren zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung ein. Das Verfahren weist wenigstens die folgenden Schritte auf:
- -- Erfassen eines Stromes einer Hilfsspannungsquelle in einer Serie von Strommesswerten;
- -- Erkennen eines charakteristischen Verlaufs in der Serie von Strommesswerten;
- -- Vergleichen des erkannten charakteristischen Verlaufs mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf; und
- -- Ausgeben eines Wartungssignals in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf.
- -- detecting a current of an auxiliary voltage source in a series of current measurement values;
- -- Recognizing a characteristic progression in the series of current measurement values;
- -- Comparing the recognized characteristic curve with an expected characteristic curve; and
- -- Outputting a maintenance signal depending on a deviation between the detected characteristic curve and the expected characteristic curve.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Datenträger mit einem Computerprogramm, das, von einer Steuereinheit einer leistungselektrischen Einrichtung ausgeführt, das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.The invention also relates to a data carrier with a computer program which, executed by a control unit of a power electrical device, carries out the method according to the invention.
Figurenlistecharacter list
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen leistungselektrischen Einrichtung; -
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung; und -
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung.
-
1 an embodiment of a power electrical device according to the invention; -
2 an embodiment of a monitoring arrangement according to the invention; and -
3 an embodiment of a method according to the invention for monitoring a power electrical device.
Ausführliche Beschreibung der AbbildungenDetailed description of the pictures
Die leistungselektrische Einrichtung 1 besitzt außerdem zwei Hilfsfunktionseinheiten 4, die je nach Art der Hauptfunktionseinheit 5 unterschiedlich ausgebildet sein können. Beispielsweise kann es sich bei den Hilfsfunktionseinheiten 4 um Hilfsantriebe für das Spannen oder Stauchen der Feder eines Federantriebs oder auch um eine Kühleinrichtung mit einem Kühlmittelkompressor handeln.The power electrical device 1 also has two auxiliary functional units 4, which can be configured differently depending on the type of main
Die Hilfsfunktionseinheiten 4 werden durch eine Hilfsspannungsversorgung 3 versorgt, wobei die Hilfsspannungsversorgung 3 je nach Bedarf der Hilfsfunktionseinheiten 4 auch mehrere unterschiedliche Spannungsniveaus und Spannungsformate (Gleichspannung und/oder Wechselspannung mit unterschiedlichen Amplituden etc.) gleichzeitig bereitstellen kann.The auxiliary functional units 4 are powered by an
Zwischen die Hilfsspannungsquelle 3 und die Hilfsfunktionseinheiten 4 ist eine Überwachungsanordnung 2 geschaltet, die den von der Hilfsspannungsquelle 3 für die Hilfsfunktionseinheiten 4 bereitgestellten Strom beobachtet, um die Hilfsfunktionseinheiten 4 und insbesondere deren technischen Gesundheitszustand zu beurteilen. Falls die Hilfsspannungsquelle 3 mehrere unterschiedliche Spannungen bereitstellt, kann die Überwachungsanordnung 2 ausgebildet sein, mehrere oder alle dieser unterschiedlichen Spannungen zu überwachen.A
Die Überwachungsanordnung 2 ist dazu vorgesehen, Ereignisse in den Hilfsfunktionseinheiten 4 anhand von Variationen in der Stromaufnahme der Hilfsfunktionseinheiten 4 zu detektieren, wobei eine einzelne Überwachungsanordnung 2 für mehrere Hilfsfunktionseinheiten 4 ausreicht, da die Hilfsfunktionseinheiten 4 aus derselben Hilfsspannungsquelle 3 versorgt werden. Es kann zwar durch zeitlich in dichter Folge oder auch gleichzeitig stattfindende Ereignisse zu einer Überlagerung der Variationen in der Stromaufnahme kommen, diese können jedoch signaltechnisch voneinander separiert werden.The
Diese Variationen in der Stromaufnahme besitzen charakteristische Verläufe, die es erlauben, den Ereignistyp, also beispielsweise ein Schaltereignis oder das Anlaufen eines elektrischen Antriebes usw., zu identifizieren, ohne dass die Überwachungsanordnung 2 datentechnisch mit den Hilfsfunktionseinheiten 4, der Hauptfunktionseinheit 5 oder einer lokalen oder entfernten Steuervorrichtung der leistungselektronischen Einrichtung 1 verbunden und von jenen über die jeweiligen Betriebsmaßnahmen informiert werden müsste.These variations in power consumption have characteristic curves that allow the type of event, for example a switching event or the start-up of an electric drive, etc., to be identified without the
Die erfindungsgemäße Überwachungsanordnung 2 kann somit mit geringem Aufwand eine komplexe leistungselektrische Einrichtung 1 überwachen und insbesondere auch bei geringem Aufwand nachträglich in eine leistungselektrische Einrichtung 1 eingebaut werden. Dabei bietet die Überwachungsanordnung 2 den Vorteil, demselben Ereignistyp zugeordnete charakteristische Verläufe auf Langzeitveränderungen und weitere Abweichungen von erwarteten charakteristischen Verläufen untersuchen zu können, wodurch ein Rückschluss auf den Gesundheitszustand der von der Hilfsspannungsquelle 3 versorgten Hilfsfunktionseinheiten 4 getroffen werden kann. Dementsprechend kann die Überwachungsanordnung 2 ein Wartungssignal ausgeben, das beispielsweise die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme, die Art des erwarteten oder vorliegenden Fehlers und gegebenenfalls die Art der erforderlichen Wartungsmaßnahme angibt.The
Der Sensor 8 kann beispielsweise mit einer Taktfrequenz im Kilohertzbereich Strommesswerte erfassen und an eine Steuereinheit 7 übermitteln, die die datentechnische Auswertung der Strommesswerte durchführt. Die Steuereinheit 7 kann dabei lokal oder entfernt vom Sensor 8 angeordnet sein. Beispielsweise ist es möglich, nur den Sensor 8 der Überwachungsanordnung 2 innerhalb der Schalt- oder Umspannanlage anzuordnen, die den Kern der leistungselektrischen Einrichtung bildet, und die weiteren Funktionseinheiten der Überwachungsanordnung 2 über eine drahtgebundene, drahtlose, optische oder sonstige Datenverbindung mit dem Sensor 8 zu verbinden.The
Die Steuereinheit 7 kann beispielsweise mit einem Speicher 11 verbunden sein, indem Programmcode und/oder Strommesswerte und bei der Verarbeitung entstehende temporäre und persistente Daten abgelegt sein können.The
Die Überwachungsanordnung 2 verfügt außerdem über eine mit der Steuereinheit 7 verbundene Kommunikationsschnittstelle 6, über welche ein Wartungssignal der oben beschriebenen Art ausgegeben werden kann. Das Wartungssignal kann aber bei besonders einfachen Ausführungsformen der Erfindung auch lediglich ein Ton- oder Lichtsignal darstellen, so dass entsprechend die Kommunikationsschnittstelle 6 entfallen kann.The
In einem nachfolgenden Schritt S2 wird die Serie von Strommesswerten auf das Vorliegen eines charakteristischen Verlaufs untersucht und ein solcher - falls vorhanden - erkannt. In Schritt S3 wird der erkannte charakteristische Verlauf mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf verglichen. Dabei kann auch ein Ereignistyp des den charakteristischen Verlauf verursachenden Ereignisses bestimmt werden.In a subsequent step S2, the series of measured current values is examined for the presence of a characteristic curve and such a curve—if any—is recognized. In step S3, the identified characteristic curve is compared with an expected characteristic curve. In this case, an event type of the event causing the characteristic course can also be determined.
In Schritt S4 wird geprüft, ob eine Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Ist dies nicht der Fall, wird geschlossen, dass die Hilfsfunktionseinheit, in der es zu dem verursachenden Ereignis gekommen ist, gesund ist und keiner Wartungsmaßnahme bedarf. In diesem Fall verzweigt das Verfahren zum Beginn des Verfahrens zurück. Im anderen Fall wird mit Schritt S5 fortgesetzt, in dem ein Wartungssignals ausgegeben wird, um die Notwendigkeit eines Wartungsmaßnahme anzuzeigen.In step S4 it is checked whether a deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve exceeds a predetermined threshold value. If this is not the case, it is concluded that the auxiliary functional unit in which the causative event occurred is healthy and does not require any maintenance action. In this case, the method branches back to the start of the method. Otherwise, the process continues with step S5, in which a maintenance signal is output to indicate the need for a maintenance measure.
Die Erfindung wurde anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele dienen dabei lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen diese, wie sie ausschließlich von den nachfolgenden Patentansprüchen definiert wird, nicht beschränken.The invention was explained in more detail using illustrations of exemplary embodiments. The exemplary embodiments only serve to improve understanding of the invention and are not intended to restrict it, as it is exclusively defined by the following patent claims.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- leistungselektrische Einrichtungpower electrical device
- 22
- Überwachungsanordnungsurveillance arrangement
- 33
- Hilfsspannungsquelleauxiliary power source
- 44
- Hilfsfunktionseinheitauxiliary engine
- 55
- Hauptfunktionseinheitmain functional unit
- 66
- Kommunikationsschnittstellecommunication interface
- 77
- Steuereinheitcontrol unit
- 88th
- Sensorsensor
- 99
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 1010
- Spannungsmesseinheitvoltage measurement unit
- 1111
- SpeicherStorage
- 1212
- EingangEntry
- 1313
- AusgangExit
Claims (12)
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-
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-
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