EP4241096A1 - Monitoring of power-electric devices - Google Patents

Monitoring of power-electric devices

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Publication number
EP4241096A1
EP4241096A1 EP21836018.8A EP21836018A EP4241096A1 EP 4241096 A1 EP4241096 A1 EP 4241096A1 EP 21836018 A EP21836018 A EP 21836018A EP 4241096 A1 EP4241096 A1 EP 4241096A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
auxiliary
control unit
monitoring arrangement
designed
voltage source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21836018.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Nicolo BIANCHI
Norbert Kaiser
Stefan Lecheler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4241096A1 publication Critical patent/EP4241096A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
    • G01R31/3271—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers of high voltage or medium voltage devices
    • G01R31/3272—Apparatus, systems or circuits therefor
    • G01R31/3274—Details related to measuring, e.g. sensing, displaying or computing; Measuring of variables related to the contact pieces, e.g. wear, position or resistance

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • auxiliary functional units support the main functional unit and allow, among other things, a change in the operating state of the main functional unit.
  • the circuit breaker can be opened or closed by spring drives, the springs built into the spring drives being tensioned or kept compressed in order to be able to perform 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.
  • auxiliary functional units can be provided, for example, for changing a winding tap of a transformer winding. More examples of Auxiliary functional units are cooling units such as coolant pumps and the like.
  • 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. Therefore, high maintenance is operated in order to prevent an unexpected failure of the power electrical device.
  • the object of the invention is to provide means and methods that enable high reliability of a power electrical device with low operating costs.
  • 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 claim 8, a method for monitoring a power electrical device according to claim 11 and a data carrier with a computer program for carrying out the method according to claim 12.
  • Preferred embodiments of the invention form the subject matter of the dependent claims.
  • 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 a known size and one to which the Output a voltage signal proportional to the current flowing in the sensor as a measured current 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 will usually be 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 DC voltages available.
  • control unit is designed to identify, in a series of measured current values, a characteristic progression of an event in an auxiliary functional unit of the power electrical device supplied by the output for the auxiliary voltage source.
  • 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 that auxiliary functional unit in which the event occurred) being given.
  • the invention is based on the insight that the various events in the auxiliary functional units leave a kind of fingerprint in the flow recorded by the auxiliary functional units.
  • control unit is also designed to compare the identified characteristic curve with an expected characteristic curve and to emit a maintenance signal depending on 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.
  • the monitoring arrangement of the invention has the advantage that changes in the characteristic curves due to aging or other impairment of the auxiliary functional units can be noticed and conclusions can be drawn as to the need for a maintenance measure.
  • 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.
  • control unit does not necessarily have to be arranged at the location of the power-electrical device, but can itself be implemented remotely or as an arrangement distributed over a number of units and locations.
  • 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 actually occurred, for example by using machine learning.
  • control unit can differentiate and evaluate different types of events and different or similar events in different auxiliary functional units.
  • the invention makes this possible in an advantageous manner in that the sensor is connected to the auxiliary power supply at a functionally central point of the electrical power supply Device is arranged at which the information contained in the flowing current about the events come together.
  • the control unit can also be designed to recognize events that overlap in time.
  • 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.
  • 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 recognized by the monitoring arrangement, which in turn allows conclusions to be drawn about an auxiliary functional unit of the power electrical device typically executing 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 was made based on the deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve fen will .
  • 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 the characteristic curve in the series of measured current values as a function of the respective results of the cross-correlations to recognize and to assign the recognized characteristic course to one of the predetermined event types put in order .
  • 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.
  • 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 be increased in terms of time and accuracy over time. 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 way of machine learning.
  • 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.
  • design variants can also be combined with the aforementioned approaches to machine learning.
  • 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 exceeds .
  • 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.
  • the information can help to identify a slackening spring of a spring drive, a sluggish gear or needed to recognize and assign brushes of an electric drive unit, a delayed triggering relay or the like.
  • 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 invention .
  • the power electrical main functional unit can be, for example, 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 high-voltage, medium-voltage or High voltage technology are applied.
  • a switch e.g. load switch or circuit breaker
  • a short-circuiter e.g. arc quencher or a transformer
  • the auxiliary functional unit can in particular be an auxiliary switch or an auxiliary motor.
  • Another aspect of the invention introduces a method for monitoring a power electrical device.
  • the method has at least the following steps:
  • the invention also relates to a data carrier with a computer program that, from a control unit of a high-performance running electrical device that carries out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a power electrical device according to the invention
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a monitoring arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for monitoring a power-electrical device.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a power electrical device 1 according to the invention.
  • the power electrical device 1 can be, for example, a ventilation or gas-insulated high or medium voltage switchgear, a substation or the like.
  • the power electrical device 1 comprises a main functional unit 5, which can accordingly be a switch with vacuum interrupters, a transformer with several taps or another power electrical functional unit.
  • the power electrical device 1 also has two auxiliary functional units 4 which can be configured differently depending on the type of main functional unit 5 .
  • the auxiliary functional units 4 can be auxiliary drives for tensioning or compressing the spring of a Act spring drive or a cooling device with a coolant compressor.
  • the auxiliary function units 4 are powered by an auxiliary voltage supply 3, the auxiliary voltage supply 3 also being able to provide several different voltage levels and voltage formats (DC voltage and/or AC voltage with different amplitudes, etc.) at the same time, depending on the needs of the auxiliary function units 4.
  • a monitoring arrangement 2 is connected between the auxiliary voltage source 3 and the auxiliary functional units 4, which monitors the current provided by the auxiliary voltage source 3 for the auxiliary functional units 4 in order to assess the auxiliary functional units 4 and in particular their technical state of health. If the auxiliary voltage source 3 provides a number of different voltages, the monitoring arrangement 2 can be designed to monitor a number or all of these different voltages.
  • the monitoring arrangement 2 is intended to detect events in the auxiliary functional units 4 based on variations in the power consumption of the auxiliary functional units 4, with a single monitoring arrangement 2 being sufficient for a number of auxiliary functional units 4, since the auxiliary functional units 4 are supplied from the same auxiliary voltage source 3. It is true that events occurring in close succession or simultaneously can lead to an overlapping of the variations in the power consumption, but these can be separated from one another in terms of signaling.
  • the monitoring arrangement 2 can thus monitor a complex power-electrical device 1 with little effort and, in particular, can also be subsequently installed in a power-electrical device 1 with little effort.
  • the monitoring arrangement 2 offers the advantage of being able to examine characteristic curves assigned to the same event type for long-term changes and further deviations from expected characteristic curves, as a result of which conclusions can be drawn about the state of health of the auxiliary functional units 4 supplied by the auxiliary voltage source 3. Accordingly, the monitoring arrangement 2 can output a maintenance signal, which indicates, for example, the need for maintenance, the type of error that is expected or present and, if applicable, the type of maintenance required.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a monitoring arrangement 2 according to the invention.
  • the monitoring arrangement 2 includes a sensor 8 which is connected between an input 12 and an output 13 for the auxiliary voltage source 3 of the power electrical device 1 and serves to detect the current provided by the auxiliary voltage source 3 to the auxiliary functional units 4 .
  • the sensor 8 includes, merely by way of example, a measuring resistor 9 through which the current flows, and a voltage measuring unit 10 which records the voltage caused by the current across the measuring resistor 9 . This voltage is proportional to the current, so it can serve as a measurement signal.
  • the sensor 8 can, for example, record measured current values with a clock frequency in the kilohertz range and transmit them to a control unit 7, which carries out the technical evaluation of the measured current values.
  • the control unit 7 can be arranged locally or at a distance from the sensor 8 . example In this way, it is possible to arrange only the sensor 8 of the monitoring arrangement 2 within the switchgear or substation that forms the core of the power-electrical device, and to connect the other functional units of the monitoring arrangement 2 to the sensor 8 via a wired, wireless, optical or other data connection associate .
  • the control unit 7 can be connected to a memory 11, for example, in which program code and/or measured current values and temporary and persistent data generated during processing can be stored.
  • the monitoring arrangement 2 also has a communication interface 6 which is connected to the control unit 7 and via which a maintenance signal of the type described above can be output.
  • the maintenance signal can also merely represent an audio or light signal, so that the communication interface 6 can accordingly be omitted.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for monitoring a power electrical device 1 .
  • the method begins in a starting step S 0 and continues with a first step S 1 in which the current of the auxiliary voltage source 3 is recorded in a series of current measurement values.
  • This step S 1 can be carried out continuously and in parallel with the further method steps.
  • 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.
  • 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.
  • step S4 it is checked whether there is a discrepancy between the recognized characteristic course and the expected racteristic course 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. In this case, the method branches back to the start of the method. In the other case, the process continues with step S5, in which a maintenance signal is output to indicate the need for a maintenance measure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
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Abstract

The invention relates in particular to a monitoring arrangement (2) for a power-electric device (1) and to a power-electric device (1) having a monitoring arrangement (2) of this kind. The monitoring arrangement (2) is equipped with 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 same as a measured current value to the control unit (7). According to the invention, the control unit (7) is designed to recognise in a series of measured current values a characteristic development of an event in an auxiliary function unit (4) of the power-electric device (1) supplied by the output (13) for the auxiliary voltage source (3). According to the invention, the control unit (7) is furthermore designed to compare the recognised characteristic development with an anticipated characteristic development and, depending on a deviation between the recognised characteristic development and the anticipated characteristic development, to output a maintenance signal.

Description

Beschreibung description
Überwachung von leistungselektrischen Einrichtungen Monitoring of power electrical equipment
Technisches Gebiet technical field
Die Erfindung betri f ft 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 Hintergrund Technical background
Leistungselektrische Einrichtungen wie beispielsweise luft- oder gasisolierte Mittelspannungsschaltanlagen oder Umspannanlagen umfassen üblicherweise neben einer Haupt funktionsein- heit wie Leistungsschaltern oder Trans formatoren auch eine oder mehrere Hil fs funktionseinheiten . Diese Hil fs funktionseinheiten unterstützen die Haupt funktionseinheit und ermöglichen unter anderem eine Veränderung des Betriebs zustandes der Haupt funktionseinheit . Beispielsweise kann der Leistungsschalter durch Federantriebe geöf fnet oder geschlossen werden, wobei in den Federantrieben verbaute Federn gespannt o- der 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 Hil fs funktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung erfolgen . Die Federn können anschließend durch weitere Hil fs funktionseinheiten wie Elektromotoren erneut gespannt oder gestaucht werden . Bei Umspannanlagen können Hil fs funktionseinheiten beispielsweise für das Wechseln eines Wicklungsabgri f fs einer Transformatorwicklung vorgesehen sein . Weitere Beispiele für Hil fs funktionseinheiten 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, the springs built into the spring drives being tensioned or kept compressed in order to be able to perform 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. More examples of Auxiliary functional units are cooling units such as coolant pumps and the like.
Das Funktionieren der Haupt funktionseinheit ist von demj enigen der Hil fs funktionseinheiten abhängig . Fällt eine Hil fsfunktionseinheit aus , kann die Haupt funktionseinheit nicht mehr ordnungsgemäß betrieben werden . Deswegen wird hoher Wartungsaufwand betrieben, um einen unerwarteten Aus fall 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. Therefore, high maintenance is operated in order to prevent an unexpected failure of the power electrical 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 Aus führungsformen 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 claim 8, a method for monitoring a power electrical device according to claim 11 and a data carrier with a computer program for carrying out the method according to claim 12. Preferred embodiments of the invention form the subject matter of the dependent claims.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
Ein erster Aspekt der Erfindung betri f ft eine Überwachungsanordnung für eine leistungselektrische Einrichtung und mit einem Eingang für eine Hil fsspannungsquelle , einem Ausgang für die Hil fsspannungsquelle 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 Hil fsspannungsquelle wird üblicherweise eine eigenständige Funktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung sein und dient dazu, die (weiteren) Hil fs funktionseinheiten der leistungselektrischen Einrichtung mit Elektri zität zu versorgen . Die Hil fsspannungsquelle 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 a known size and one to which the Output a voltage signal proportional to the current flowing in the sensor as a measured current 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 will usually be 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 DC 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 Hil fsspannungsquelle versorgten Hil fs funktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung zu erkennen . Beispielsweise kann ein Einschaltereignis durch eine kurz zeitige Erhöhung des Stromes charakterisiert sein, wobei für die Art des Ereignisses und seine Quelle ( also derj enigen Hil fs funktionseinheit , 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 Hil fs funktionseinheiten quasi einen Fingerabdruck in dem von den Hil fs funktionseinheiten auf genommenen Strom hinterlassen . According to the invention, the control unit is designed to identify, in a series of measured current values, a characteristic progression of an event in an auxiliary functional unit of the power electrical device 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 that auxiliary functional unit in which the event occurred) being given. The invention is based on the insight that the various events in the auxiliary functional units leave a kind of fingerprint in the flow recorded 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 aus zugeben . 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 . Die Überwachungsanordnung der Erfindung besitzt den Vorteil , dass Veränderungen der charakteristischen Verläufe aufgrund von Alterung oder sonstiger Beeinträchtigung der Hil fs funktionseinheiten bemerkt und dadurch Rückschlüsse auf die Notwendigkeit einer Wartungsmaßnahme gemacht werden können . Dadurch können Wartungsmaßnahmen rechtzeitig vor einem Funktionsausfall der Hil fs funktionseinheit und dadurch verursacht der Haupt funktionseinheit veranlasst werden, gleichwohl bedarf es keiner regelmäßigen Inspektion und keines vorsorglichen Austauschens von Verschleißkomponenten der Hil fs funktionseinheiten oder gar der Hil fs funktionseinheiten selbst mehr, wodurch Kosten eingespart werden können . Dabei ermöglicht es die Erfindung, eine Mehrzahl von durch die Hil fsspannungsquelle versorgten Hil fs funktionseinheiten mit nur einem einzigen Sensor zu überwachen, so dass die Überwachungsanordnung der Erfindung kostengünstig umsetzbar ist . According to the invention, the control unit is also designed to compare the identified characteristic curve with an expected characteristic curve and to emit a maintenance signal depending on 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. The monitoring arrangement of the invention has the advantage that changes in the characteristic curves due to aging or other impairment 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 by this, although there is no longer any need for regular inspection and no preventive replacement of wearing components of the auxiliary functional units or even the auxiliary functional units themselves, 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 modi fi ziert 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 implemented remotely or 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 actually occurred, for example by using machine learning.
Grundsätzlich kann die Steuereinheit dabei unterschiedliche Arten von Ereignissen und unterschiedliche oder gleichartige Ereignisse in verschiedenen Hil fs funktionseinheiten unterscheiden und bewerten . Die Erfindung ermöglicht dies vorteilhaft dadurch, dass der Sensor an der Hil fsspannungsversorgung 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 differentiate and evaluate different types of events and different or similar events in different auxiliary functional units. The invention makes this possible in an advantageous manner in that the sensor is connected to the auxiliary power supply at a functionally central point of the electrical power supply Device is arranged at which the information contained in the flowing current about the events come 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 aus führende Hil fs funktionseinheit der leistungselektrischen Einrichtung als Quelle des Ereignisses rückschließen lässt . Dadurch, dass die verursachende Hil fsfunktionseinheit beziehungsweise eine bestimmte verursachende Komponente der Hil fs funktionseinheit anhand des Ereignistyps identi fi ziert 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 getrof fen 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 recognized by the monitoring arrangement, which in turn allows conclusions to be drawn about an auxiliary functional unit of the power electrical device typically executing 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 was made based on the deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve fen will .
Die Steuereinheit kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, j eweilige Kreuzkorrelationen zwischen der Serie von Strommesswerten und einer Mehrzahl von Vorgabeverläufen, welche j eweils einen der vorbestimmten Ereignistypen beschreiben, zu bilden und den charakteristischen Verlauf in der Serie von Strommesswerten in Abhängigkeit der j eweiligen Ergebnisse der Kreuzkorrelationen zu erkennen und den erkannten charakteristischen Verlauf einem der vorbestimmten Ereignistypen zuzu- ordnen . 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 Viel zahl 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 the characteristic curve in the series of measured current values as a function of the respective results of the cross-correlations to recognize and to assign the recognized characteristic course to one of the predetermined event types put in order . 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 be increased in terms of time and accuracy over time. 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 way 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 Aus führungsvarianten 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 design 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 aus zugeben, 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 aus zugeben, 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 hel fen, eine erschlaf fende Feder eines Federantriebs , ein schwergängiges Getriebe oder ver- brauchte 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 exceeds . 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 a slackening spring of a spring drive, a sluggish gear or needed to recognize and assign brushes of an electric drive unit, a delayed triggering relay or the like.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betri f ft eine leistungselektrische Einrichtung mit einer leistungselektrischen Hauptfunktionseinheit , einer Hil fsspannungsquelle , wenigstens einer Hil fs funktionseinheit zum Betreiben der Haupt funktions- einheit und einer zwischen die Hil fsspannungsquelle und die wenigstens eine Hil fs funktionseinheit 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 invention .
Die leistungselektrische Haupt funktionseinheit kann beispielsweise ein Schalter ( z . B . Lastschalter oder Leistungsschalter ) , ein Kurzschließer, ein Lichtbogenlöscher oder ein Trans formator sein, die Erfindung kann j edoch auch auf andere Arten von leistungselektrischen Anlagen im Gebiet der Starkstrom- , Mittelspannungs- oder Hochspannungstechnik angewendet werden . The power electrical main functional unit can be, for example, 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 high-voltage, medium-voltage or High voltage technology are applied.
Die Hil fs funktionseinheit kann insbesondere ein Hil fsschalter oder ein Hil fsmotor 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 : Another aspect of the invention introduces a method for monitoring a power electrical device. The method has at least the following steps:
-- Erfassen eines Stromes einer Hil fsspannungsquelle in einer Serie von Strommesswerten; -- detecting a current of an auxiliary voltage source in a series of current measurements;
-- Erkennen eines charakteristischen Verlaufs in der Serie von Strommesswerten; -- Recognizing a characteristic progression in the series of current measurement values;
-- Vergleichen des erkannten charakteristischen Verlaufs mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf ; und -- Comparing the recognized characteristic curve with an expected characteristic curve ; and
-- Ausgeben eines Wartungssignals in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf . - Outputting a maintenance signal as a function of a deviation between the identified characteristic curve and the expected characteristic curve.
Die Erfindung betri f ft außerdem einen Datenträger mit einem Computerprogramm, das , von einer Steuereinheit einer leis- tungselektrischen Einrichtung ausgeführt , das erfindungsgemäße Verfahren durchführt . The invention also relates to a data carrier with a computer program that, from a control unit of a high-performance running electrical device that carries out the method according to the invention.
Kurzbeschreibung der Abbildungen Brief description of the illustrations
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Es zeigen : The invention is explained in more detail below using illustrations of exemplary embodiments. Show it :
Figur 1 ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen leistungselektrischen Einrichtung; FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a power electrical device according to the invention;
Figur 2 ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung; und FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a monitoring arrangement according to the invention; and
Figur 3 ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung . FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for monitoring a power-electrical device.
Aus führliche Beschreibung der Abbildungen From detailed description of the illustrations
Figur 1 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen leistungselektrischen Einrichtung 1 . Die leistungselektrische Einrichtung 1 kann beispielsweise eine lüft- oder gasisolierte Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage , eine Umspannanlage oder dergleichen mehr sein . Die leistungselektrische Einrichtung 1 umfasst hierzu eine Haupt funktionseinheit 5 , die dementsprechend ein Schalter mit Vakuumschaltröhren, ein Transformator mit mehreren Abgri f fen oder eine andere leistungselektrische Funktionseinheit sein kann . FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a power electrical device 1 according to the invention. The power electrical device 1 can be, for example, a ventilation or gas-insulated high or medium voltage switchgear, a substation or the like. For this purpose, the power electrical device 1 comprises a main functional unit 5, which can accordingly be a switch with vacuum interrupters, a transformer with several taps or another power electrical functional unit.
Die leistungselektrische Einrichtung 1 besitzt außerdem zwei Hil fs funktionseinheiten 4 , die j e nach Art der Hauptfunktionseinheit 5 unterschiedlich ausgebildet sein können . Beispielsweise kann es sich bei den Hil fs funktionseinheiten 4 um Hil fsantriebe 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 functional unit 5 . For example, the auxiliary functional units 4 can be auxiliary drives for tensioning or compressing the spring of a Act spring drive or a cooling device with a coolant compressor.
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 function units 4 are powered by an auxiliary voltage supply 3, the auxiliary voltage supply 3 also being able to provide several different voltage levels and voltage formats (DC voltage and/or AC voltage with different amplitudes, etc.) at the same time, depending on the needs of the auxiliary function units 4.
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 monitoring arrangement 2 is connected between the auxiliary voltage source 3 and the auxiliary functional units 4, which monitors the current provided by the auxiliary voltage source 3 for the auxiliary functional units 4 in order to assess the auxiliary functional units 4 and in particular their technical state of health. If the auxiliary voltage source 3 provides a number of different voltages, the monitoring arrangement 2 can be designed to monitor a number or all of these different voltages.
Die Überwachungsanordnung 2 ist dazu vorgesehen, Ereignisse in den Hilfsfunktionseinheiten 4 anhand von Variationen in der Stromaufnahme der Hilfsfunktionseinheiten 4 zu detektie- ren, 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 statt findende Ereignisse zu einer Überlagerung der Variationen in der Stromaufnahme kommen, diese können jedoch signaltechnisch voneinander separiert werden. The monitoring arrangement 2 is intended to detect events in the auxiliary functional units 4 based on variations in the power consumption of the auxiliary functional units 4, with a single monitoring arrangement 2 being sufficient for a number of auxiliary functional units 4, since the auxiliary functional units 4 are supplied from the same auxiliary voltage source 3. It is true that events occurring in close succession or simultaneously can lead to an overlapping of the variations in the power consumption, but these can be separated from one another in terms of signaling.
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 Haupt funktionseinheit 5 oder einer lokalen oder entfernten Steuervorrichtung der leistungselektroni- sehen Einrichtung 1 verbunden und von j enen über die j eweiligen 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 monitoring arrangement 2 having to communicate with the auxiliary functional units 4, the main functional unit 5 or a local or remote control device of the power electronic see device 1 connected and would have to be informed by those about the respective operational measures.
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 Gesundheits zustand der von der Hil fsspannungsquelle 3 versorgten Hil fs funktionseinheiten 4 getrof fen 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 monitoring arrangement 2 according to the invention can thus monitor a complex power-electrical device 1 with little effort and, in particular, can also be subsequently installed in a power-electrical device 1 with little effort. The monitoring arrangement 2 offers the advantage of being able to examine characteristic curves assigned to the same event type for long-term changes and further deviations from expected characteristic curves, as a result of which conclusions can be drawn about the state of health of the auxiliary functional units 4 supplied by the auxiliary voltage source 3. Accordingly, the monitoring arrangement 2 can output a maintenance signal, which indicates, for example, the need for maintenance, the type of error that is expected or present and, if applicable, the type of maintenance required.
Figur 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsanordnung 2 . Die Überwachungsanordnung 2 umfasst einen Sensor 8 , der zwischen einen Eingang 12 und einen Ausgang 13 für die Hil fsspannungsquelle 3 der leistungselektrischen Einrichtung 1 geschaltet ist und dazu dient , den von der Hil fsspannungsquelle 3 den Hil fs funktionseinheiten 4 be- reitgestellten Strom zu erfassen . Im gezeigten Aus führungsbeispiel umfasst der Sensor 8 lediglich beispielhaft einen Messwiderstand 9 , durch den der Strom fließt , und eine Spannungsmesseinheit 10 , die die von dem Strom über dem Messwiderstand 9 verursachte Spannung erfasst . Diese Spannung ist proportional zu dem Strom, so dass sie als Messsignal dienen kann . FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a monitoring arrangement 2 according to the invention. The monitoring arrangement 2 includes a sensor 8 which is connected between an input 12 and an output 13 for the auxiliary voltage source 3 of the power electrical device 1 and serves to detect the current provided by the auxiliary voltage source 3 to the auxiliary functional units 4 . In the exemplary embodiment shown, the sensor 8 includes, merely by way of example, a measuring resistor 9 through which the current flows, and a voltage measuring unit 10 which records the voltage caused by the current across the measuring resistor 9 . This voltage is proportional to the current, so it can serve as a measurement signal.
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 . Beispielswei- se 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 Uberwachungsanordnung 2 über eine drahtgebundene , drahtlose , optische oder sonstige Datenverbindung mit dem Sensor 8 zu verbinden . The sensor 8 can, for example, record measured current values with a clock frequency in the kilohertz range and transmit them to a control unit 7, which carries out the technical evaluation of the measured current values. The control unit 7 can be arranged locally or at a distance from the sensor 8 . example In this way, it is possible to arrange only the sensor 8 of the monitoring arrangement 2 within the switchgear or substation that forms the core of the power-electrical device, and to connect the other functional units of the monitoring arrangement 2 to the sensor 8 via a wired, wireless, optical or other data connection associate .
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 control unit 7 can be connected to a memory 11, for example, in which program code and/or measured current values and temporary and persistent data generated during processing can be stored.
Die Uberwachungsanordnung 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 Aus führungs formen der Erfindung auch lediglich ein Ton- oder Lichtsignal darstellen, so dass entsprechend die Kommunikationsschnittstelle 6 entfallen kann . The monitoring arrangement 2 also has a communication interface 6 which is connected to the control unit 7 and via which a maintenance signal of the type described above can be output. In the case of particularly simple embodiments of the invention, however, the maintenance signal can also merely represent an audio or light signal, so that the communication interface 6 can accordingly be omitted.
Figur 3 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung 1 . Das Verfahren beginnt in einem Startschritt S O und setzt mit einem ersten Schritt S 1 fort , in dem der Strom der Hil fsspannungsquelle 3 in einer Serie von Strommesswerten erfasst wird . Dieser Schritt S 1 kann fortlaufend und parallel zu den weiteren Verfahrensschritten ausgeführt werden . FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention for monitoring a power electrical device 1 . The method begins in a starting step S 0 and continues with a first step S 1 in which the current of the auxiliary voltage source 3 is recorded in a series of current measurement values. This step S 1 can be carried out continuously and in parallel with the further method steps.
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 cha- rakteristischen Verlauf einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt . I st dies nicht der Fall , wird geschlossen, dass die Hil fs funktionseinheit , in der es zu dem verursachenden Ereignis gekommen ist , gesund ist und keiner Wartungsmaßnahme be- darf . 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 . Die Erfindung wurde anhand von Abbildungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Die Aus führungsbeispiele dienen dabei lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen diese , wie sie ausschließlich von den nachfolgenden Patentansprüchen definiert wird, nicht beschränken . In step S4 it is checked whether there is a discrepancy between the recognized characteristic course and the expected racteristic course 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. In this case, the method branches back to the start of the method. In the other case, the process continues with step S5, in which a maintenance signal is output to indicate the need for a maintenance measure. The invention was explained in more detail with reference to 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.
Bezugs zeichenliste reference character list
1 leistungselektrische Einrichtung1 power electrical device
2 Überwachungsanordnung 3 Hil fsspannungsquelle 2 Monitoring arrangement 3 Auxiliary voltage source
4 Hil fs funktionseinheit 4 auxiliary functional unit
5 Haupt funktionseinheit 5 main functional unit
6 Kommunikationsschnittstelle 6 communication interface
7 Steuereinheit 8 Sensor 7 control unit 8 sensor
9 Messwiderstand 9 measuring resistor
10 Spannungsmesseinheit 10 voltage measurement unit
11 Speicher 11 memory
12 Eingang 13 Ausgang 12 input 13 output

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Eine Überwachungsanordnung (2) für eine leistungselektrische Einrichtung (1) und 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) , welcher ausgebildet ist, einen zwischen dem Eingang (12) und dem Ausgang (13) fließenden Strom zu erfassen und als Strommesswert der Steuereinheit (7) zu übermitteln, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Steuereinheit (7) ausgebildet ist, 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, 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. 1. A monitoring arrangement (2) for a power electrical device (1) and having an input (12) for an auxiliary voltage source (3), an output (13) for the auxiliary voltage source (3) and one between the input (12) and the output (13) and connected to a control unit (7) sensor (8), which is designed to detect a current flowing between the input (12) and the output (13) and to transmit it as a measured current value to the control unit (7), d a b r c h g e n n n s e i c h n e t that the control unit (7) is designed to recognize a series of measured current values from a characteristic course of an event in an auxiliary functional unit (4) of the power electrical device (1) supplied through the output (13) for the auxiliary voltage source (3), the recognized to compare characteristic course with an expected characteristic course and depending on a deviation between the recognized characte ristic course and the expected characteristic course to issue a maintenance signal.
2. Die Überwachungsanordnung (2) des vorhergehenden Anspruchs, bei der der Sensor (8) dazu ausgebildet ist, den Strom mit einer Abtastrate zwischen 1 und 50 Kilohertz, vorzugsweise zwischen 5 und 30 Kilohertz, zu erfassen. 2. The monitoring arrangement (2) of the preceding claim, in which the sensor (8) is adapted to detect the current with a sampling rate between 1 and 50 kilohertz, preferably between 5 and 30 kilohertz.
3. Die Überwachungsanordnung (2) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (7) dazu ausgebildet ist, den erkannten charakteristischen Verlauf einem Ereignistyp einer Mehrzahl von vorbestimmten Ereignistypen zuzuordnen. 3. The monitoring arrangement (2) of one of the preceding claims, in which the control unit (7) is designed to assign the recognized characteristic course to an event type of a plurality of predetermined event types.
4. Die Überwachungsanordnung (2) des vorhergehenden Anspruchs, bei der die Steuereinheit (7) dazu ausgebildet ist, 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 . 4. The monitoring arrangement (2) of the preceding claim, in which the control unit (7) is designed to determine respective cross-correlations between the series of measured current values and a plurality of default curves, which each describe one of the predetermined event types form and to recognize the characteristic progression in the series of measured current values depending on the respective results of the cross-correlations and to assign the recognized characteristic progression to one of the predetermined event types.
5. Die Überwachungsanordnung (2) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuervorrichtung (7) ein neuronales Netzwerk umfasst, welches dazu ausgebildet ist, den charakteristischen Verlauf in der Serie von Strommesswerten zu erkennen . 5. The monitoring arrangement (2) of one of the preceding claims, in which the control device (7) comprises a neural network which is designed to recognize the characteristic curve in the series of measured current values.
6. Die Überwachungsanordnung (2) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (7) dazu ausgebildet ist, eine Spektralrepräsentation der Serie von Strommesswerten zu bestimmen und den charakteristischen Verlauf anhand der Spektralrepräsentation zu erkennen. 6. The monitoring arrangement (2) of one of the preceding claims, in which the control unit (7) is designed to determine a spectral representation of the series of measured current values and to recognize the characteristic curve based on the spectral representation.
7. Die Überwachungsanordnung (2) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinheit (7) dazu ausgebildet ist, 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, wobei die Steuereinheit (7) außerdem dazu ausgebildet ist, mit dem Wartungssignal eine Information über das wenigstens eine Fehlerbild auszugeben, für das der Grad der Übereinstimmung den Schwellwert überstiegen hat. 7. The monitoring arrangement (2) of one of the preceding claims, in which the control unit (7) is designed to determine a degree of correspondence of the deviation between the recognized characteristic curve and the expected characteristic curve with a plurality of predetermined error images and the maintenance signal output if the degree of agreement for at least one of the predetermined error patterns exceeds a threshold value, the control unit (7) also being 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 .
8. Eine leistungselektrische Einrichtung (1) mit einer leistungselektrischen Haupt funktionseinheit (5) , einer Hilfsspannungsquelle (3) , wenigstens einer Hilfsfunktionseinheit (4) zum Betreiben der Haupt funktionseinheit (5) und einer zwischen die Hilfsspannungsquelle (3) und die wenigstens eine Hilfsfunktionseinheit (4) geschalteten Überwachungsanordnung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. 16 8. A power electrical device (1) with a power electrical main functional unit (5), an auxiliary voltage source (3), at least one auxiliary functional unit (4) for operating the main functional unit (5) and one between the auxiliary voltage source (3) and the at least one auxiliary functional unit (4) switched monitoring arrangement (2) according to any one of the preceding claims. 16
9. Die leistungselektrische Einrichtung (1) des vorhergehenden Anspruchs, bei der die leistungselektrische Hauptfunktionseinheit (5) ein Schalter, ein Kurzschließer, ein Lichtbogenlöscher oder ein Transformator ist. 9. The power electric device (1) of the preceding claim, wherein the power electric main functional unit (5) is a switch, a short circuiter, an arc quencher or a transformer.
10. Die leistungselektrische Einrichtung (1) eines der Ansprüche 8 oder 9, bei der die wenigstens eine Hilfsfunktionseinheit (4) ein Hilfsschalter oder ein Hilfsmotor ist. 10. The power electrical device (1) of one of claims 8 or 9, in which the at least one auxiliary functional unit (4) is an auxiliary switch or an auxiliary motor.
11. Ein Verfahren zum Überwachen einer leistungselektrischen Einrichtung (1) und mit den Schritten: 11. A method for monitoring a power electrical device (1) and comprising the steps of:
-- Erfassen eines Stromes einer Hilfsspannungsquelle (3) in einer Serie von Strommesswerten; -- detecting a current of an auxiliary voltage source (3) in a series of measured current values;
-- Erkennen eines charakteristischen Verlaufs in der Serie von Strommesswerten; -- Recognizing a characteristic progression in the series of current measurement values;
-- Vergleichen des erkannten charakteristischen Verlaufs mit einem erwarteten charakteristischen Verlauf; und -- Comparing the recognized characteristic curve with an expected characteristic curve; and
-- Ausgeben eines Wartungssignals in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen dem erkannten charakteristischen Verlauf und dem erwarteten charakteristischen Verlauf. -- Outputting a maintenance signal depending on a deviation between the detected characteristic curve and the expected characteristic curve.
12. Ein Datenträger mit einem Computerprogramm, das, von einer Steuereinheit (7) einer leistungselektrischen Einrichtung (1) ausgeführt, das Verfahren des vorhergehenden Anspruchs durchführt . 12. A data carrier with a computer program which, executed by a control unit (7) of a power electrical device (1), carries out the method of the preceding claim.
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