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CN112313768A - 数字断路器控制器 - Google Patents

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CN112313768A
CN112313768A CN201980042184.9A CN201980042184A CN112313768A CN 112313768 A CN112313768 A CN 112313768A CN 201980042184 A CN201980042184 A CN 201980042184A CN 112313768 A CN112313768 A CN 112313768A
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CN
China
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circuit breaker
digital circuit
breaker controller
controller
control system
Prior art date
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Application number
CN201980042184.9A
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English (en)
Inventor
R·罗伊尼宁
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.)
Hitachi Energy Ltd
Original Assignee
ABB Grid Switzerland AG
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Publication date
Application filed by ABB Grid Switzerland AG filed Critical ABB Grid Switzerland AG
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  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
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Abstract

提供了一种用于控制断路器的数字断路器控制器(400)。数字断路器控制器(400)包括编程逻辑，被配置为处理断路器的互锁功能、配置、信号传输和控制功能。断路器具有操作机构，并且数字断路器控制器(400)与断路器操作机构集成。数字断路器控制器(400)包括到分站保护和控制系统的通信接口(207)。

Description

数字断路器控制器
技术领域
本文提出的实施例涉及用于控制断路器的方法、数字断路器控制器、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
目前，对于断路器操作机构的设计，控制和信号传输都使用机电部件来处理，例如开关、继电器、时间继电器等，其需要的操作电压通常在110VDC至220VDC的量级(其中VDC是直流电压的缩写)。机电部件被接线到其中放置断路器操作机构的小室中的接线盒。为了满足每个客户的功能性的规范，可以存在操作机构的若干不同的客户特定的内部布线配置。因此，客户需要根据其客户特定的内部布线配置将多个电缆连接到接线盒，以便于与分站保护和控制系统的点对点电缆通信。分站保护和控制室中的不同智能电子设备(IED)之间的通信可以是数字的，并且例如使用IEC61850协议。
图1是用于具有一个隔室140的分站的控制系统100的图示。保护和控制IED 120放置在分站保护和控制室中，定义分站保护和控制系统110，并且通过站总线彼此通信。该隔室具有一个断路器(CB)180和一个非常规电流互感器(NCCT)190，其根据IEC61850协议(尤其是IEC61850第9-2部分)将电流数据直接传送到分站保护和控制系统110。放置在隔室小室150中的单独IED 160充当到断路器的接口，并且被配置为在通过IEC61850过程总线将信号转发到控制室之前经由电缆170将信号变换成光信号。从断路器到IED的布线是点对点铜缆类型，由此将IED布线到断路器的操作机构中的接线盒。此外，断路器布线基于使用机电部件来进行互锁和控制。
鉴于上述情况，仍然需要对断路器的改进的控制。
发明内容
本文的实施例的目的是提供对断路器的有效控制。
根据第一方面，提出了一种用于控制断路器的数字断路器控制器。数字断路器控制器包括编程逻辑，其被配置为处理断路器的互锁功能、配置、信号传输和控制功能。断路器具有操作机构，并且数字断路器控制器与断路器操作机构集成。数字断路器控制器包括到分站保护和控制系统的通信接口。
有利地，该数字断路器控制器提供对断路器的有效控制。
有利地，将数字断路器控制器与断路器集成使得可以将操作机构的铜缆的量减到最小。
有利地，将数字断路器控制器与断路器集成使得可以针对数字断路器控制器的不同输入信号使用相对低电压(例如24或48V)的传感器。
有利地，该数字断路器控制器使得可以具有操作机构的标准化物理布线(例如，如由电缆线束限定的)，因为所有客户特定功能性可以利用数字断路器控制器的软件配置来设置。
根据第二方面，提出了一种控制系统。控制系统包括至少一个根据第一方面的数字断路器控制器。
根据第三方面，提出了一种用于控制断路器的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，当在根据第一方面的数字断路器控制器上运行时，该计算机程序代码使数字断路器控制器处理断路器的互锁功能、配置、信号传输和控制功能。
根据第四方面，提出了一种计算机程序产品，包括根据第三方面的计算机程序和其上存储计算机程序的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是非暂时性计算机可读存储介质。
根据以下详细公开内容、所附从属权利要求以及附图，所附实施例的其它目的、特征和优点将是显而易见的。
通常，除非在本文明确地另外定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释。除非明确地另外说明，否则对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、模块、步骤等“的所有提及均将开放地解释为指代元件、设备、部件、装置、模块、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行。
附图说明
现在参考附图通过示例的方式描述本发明构思，其中：
图1是分站控制系统的示意图；
图2示意性地示出根据实施例的断路器操作机构的一部分；
图3是根据实施例的控制系统的示意图；
图4是示出根据实施例的数字断路器控制器的功能单元的示意图；及
图5示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明构思，在附图中示出了本发明构思的某些实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，从而本公开内容将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字表示相同的元件。由虚线示出的任何步骤或特征应被认为是可选的。
如上所述，为了数字地控制断路器，IED可放置在靠近断路器的单独的小室中。从分站保护和控制室到该IED的通信则可以是光学的，例如使用IEC61850协议。然而，从该IED到断路器的布线传统上是常规的点对点铜缆类型并且布线到断路器的操作机构中的接线盒。此外，布线传统上基于用于互锁和控制的常规机电部件。对于不同的应用和为了满足特定的客户规格，将需要定制的部件和布线。
由于使用点对点铜缆布线和常规机电部件，以及需要定制部件和布线，因此用于控制断路器的这种布置庞大、易出错，并且维护和定制麻烦。
因此，公开了一种用于控制断路器的新型数字断路器控制器。
所公开的数字断路器控制器包括编程逻辑。编程逻辑被配置为处理断路器的互锁功能、配置、信号传输和控制功能。
这种数字断路器控制器能够简化断路器操作机构的电路，能够使操作机构中的点到点连接的量减到最小，并且能够减少操作机构中所需的机电部件(例如继电器和连接器)的数量。
断路器具有操作机构，并且数字断路器控制器与断路器操作机构集成。
将数字断路器控制器与断路器操作机构集成使得数字断路器控制器能够与操作机构放置在相同的小室内。
将数字断路器控制器放置在断路器的操作机构内部进一步使得可以将操作机构的铜缆的量减到最小，并且还将使得可以使用更简单的24V或48V传感器用于到数字断路器控制器的不同输入信号。传感器和布线可以标准化，并且所有客户特定的定制都被移至数字断路器控制器的软件配置。
将数字断路器控制器放置在断路器的操作机构内部进一步使得数字断路器控制器具有良好的电磁干扰防护。
编程逻辑被配置为处理的断路器的信号传输的一个示例是在断路器与分站保护和控制系统之间的信号传输。数字断路器控制器因此还包括到分站保护和控制系统的通信接口。下面将公开这种通信接口的示例。然后，可以通过该通信接口传送断路器的信号传输。
现在将公开涉及数字断路器控制器的进一步细节的实施例。
图2是断路器200的断路器机构211的示意性说明部分。
可以有不同类型的操作机构211。根据一些方面，操作机构211包括液压部件、弹簧部件、电机和/或电容器组。图2的示例性断路器机构包括跳闸线圈201、闭合线圈202、充电电机203、位置传感器204、弹簧充电传感器205和电源206。
数字断路器控制器400包括到分站保护和控制系统110的通信接口207。数字断路器控制器400与断路器机构211集成。所提出的数字断路器控制器400因此可以形成断路器操作机构211的集成部分。数字断路器控制器400由此用换能器替换机电互锁部件和布线，并且限制操作机构中的电气部件的数量。断路器互锁功能和控制功能由集成数字断路器控制器400的编程逻辑的可配置设置来处理。
将数字断路器控制器400放置在断路器200的操作机构211内部使得可以具有带有快速配合连接器的预制线束，以将当前用于操作机构211的布线的大量生产时间减到最少。因此，根据一些方面，数字断路器控制器400经由电缆线束(如在附图标记212处示意性地示出的)耦合到断路器机构211的部件。根据一些方面，数字断路器控制器400经由电缆线束212连接到的部件是：跳闸线圈201、闭合线圈202、充电电机203、位置传感器204、弹簧充电传感器205和/或增量行程换能器。如本领域技术人员所理解的，例如(但不限于)压力传感器、温度传感器等的其他类型的部件可以经由电缆线束212连接到数字断路器控制器400，例如取决于数字断路器控制器400运行的定制和应用。
数字断路器控制器400可具有除到分站保护和控制系统110的通信接口207之外的其它通信接口。根据一些方面，数字断路器控制器400具有到本地操作面板209的通信接口210。于是，数字断路器控制器400被配置为向本地操作面板209提供数据，并从本地操作面板209接收指令。本地操作面板209可以被认为定义了人机界面(HMI)。由此，可以通过通信接口207以及经由本地操作面板209来获得所收集的数据。所收集的数据可以用于状况监视功能。本地操作面板209可以是数字操作面板。
在一些方面，数字断路器控制器400被配置为检测和报告内部故障。具体而言，根据实施例，数字断路器控制器400被配置为监视断路器控制器功能，并且当在数字断路器控制器400中检测到内部故障的情况下，向通信接口207发信号通知警告和警报。在一些示例中，警告和警报也被提供给本地操作面板209。即，根据实施例，数字断路器控制器400被配置为向本地操作面板209发信号通知警告和警报。
可以存在到分站保护和控制系统110的不同类型的通信接口207。在一些方面，到分站保护和控制系统110的通信接口207是光学IEC 61850接口。数字断路器控制器400于是可以被配置为从光学IEC 61850接口读取数据，例如系统电压和电流值。这种数据可以作为信令提供给数字断路器控制器400。此外，数字断路器控制器400可被配置为使用来自光学IEC 61850接口的输入(如系统电压和电流值)来执行波点切换。在其它方面，通信接口207可以由铜缆限定，通过该铜缆传送电信号。
现在将继续参考图2公开数字断路器控制器400的进一步功能。
根据一些方面，数字断路器控制器400还被配置为从保护和控制系统110接收跳闸信号和闭合信号，检查互锁约束，并且通过将电力施加到操作机构211的跳闸/闭合线圈来执行跳闸操作和闭合操作。数字断路器控制器400由此能够检查是否有任何配置的互锁功能禁止操作，如果没有，则向跳闸或闭合线圈201发送电力以便操作断路器200。
根据一些方面，数字断路器控制器400还被配置为确定断路器200以及操作机构211的状态和潜在维护需要。监视功能的示例包括但不限于：实时压力测量、温度补偿和信号传输、基于电机电流和/或充电时间的电机监视、跳闸线圈201监视(例如，通过检查(一个或多个)跳闸线圈的物理完整性)、阻尼功能、功能值(例如，断开时间、闭合时间、接触速度)以及接触腐蚀评估。可以使用诸如操作次数、正常工作电流、接触定时之类的参数来执行接触腐蚀评估，而且还可以使用来自经由通信接口207收集的数据的实际断路电流测量来执行接触腐蚀评估。例如，可以为数字断路器控制器400收集来自断路器及其操作机构211的传感器的信号和数据，以确定断路器200以及操作机构211的状态和潜在维护需要。例如，也可以为此目的而收集从光学IEC61850接口接收的电流和/或电压信息。
作为说明性示例，密度监视器可以用于检查断路极中的气体的温度补偿压力。数字断路器控制器400然后可以被配置为连续地从密度计接收信号。如果压力太低，则可能不允许断路器的操作。通过数字断路器控制器400的编程逻辑的可配置设置，可以进行定制，以使得断路器200能够在压力过低的情况下自动跳闸、阻断和发送警告信号。
根据一些方面，数字断路器控制器400还被配置为从断路器200及其操作机构211的传感器收集信号和数据。根据一些方面，数字断路器控制器400还被配置为将所收集的信号和数据提供给分站保护和控制系统110(例如借助于通过通信接口207的信号传输)。更详细地，数字断路器控制器400可以被配置为从传感器收集数据和状态，其中，数据和状态与以下中的至少一个有关：断路器位置、气压、温度、操作次数、电机电流、跳闸线圈完整性等。
根据一些方面，数字断路器控制器400被配置为具有波点切换功能，也称为受控切换功能，即，对于单极操作应用具有不同阶段的操作的独立时间同步，使得能够相对于每个阶段中的正弦电压独立地操作每个阶段。
数字断路器控制器400可以用于许多类型的断路器，例如但不限于：空气绝缘开关装置(AIS)、气体绝缘开关装置(GIS)、混合开关装置(AIS和GIS的组合)、带电槽断路器(LTB)、无电槽断路器(DT)。数字断路器控制器400还可以用于许多电压范围。
在一些方面，数字断路器控制器400是控制系统300的一部分。这种控制系统300可包括至少一个如本文所公开的数字断路器控制器400。在另外的方面，控制系统300还包括电缆线束212。在另外的方面，控制系统300还包括本地操作面板209。
在一些方面，至少一个数字断路器控制器400和断路器200形成控制系统300。这种控制系统300可包括另外的部件，如将在下面参考图3所公开的。
可以有不同类型的断路器200。例如，在一些实施例中，断路器200是高压断路器200。此处，高压应理解为高于72kV的电压，优选在72kV和1200kV之间。
图3是根据实施例的用于具有一个隔室140的分站的控制系统300的图示。与图1相比，在图3中，隔室内的IED已经由本文所公开的数字断路器控制器400代替，其中，数字断路器控制器400因此与断路器200的断路器操作机构211集成。
图4以多个功能单元的形式示意性地示出了根据实施例的数字断路器控制器400的部件。使用能够执行存储在例如存储介质430形式的计算机程序产品510(如图5)中的软件指令的适当中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等中的一个或多个的任意组合来提供处理电路410。处理电路410还可以被提供为至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。
具体而言，处理电路410被配置为使数字断路器控制器400实施如上所述的编程逻辑。例如，存储介质430可以存储操作集，并且处理电路410可以被配置为从存储介质430取回该操作集以使数字断路器控制器400执行该操作集。该操作集可以作为可执行指令集来提供。因此，处理电路410由此被布置成执行编程逻辑的操作。存储介质430还可以包括永久性存储装置，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何单个或组合。
数字断路器控制器400还可以包括通信接口420。这样，通信接口420可以包括一个或多个发送器和接收器，包括模拟和数字部件。在一些方面，通信接口420包括到分站保护和控制系统110的通信接口207，并且可选地包括到本地操作面板209的通信接口210。
处理电路410例如通过向通信接口420和存储介质430发送数据和控制信号、通过从通信接口420接收数据和报告以及通过从存储介质430取回数据和指令来控制数字断路器控制器400的一般操作。省略数字断路器控制器400的其它部件以及相关功能，以便不使本文所呈现的构思难以理解。
图5示出了包括计算机可读存储介质530的计算机程序产品510的一个示例。在该计算机可读存储介质530上，可以存储计算机程序520，该计算机程序520可以使得处理电路410以及与其操作地耦合的实体和设备(诸如通信接口420和存储介质430)执行根据本文描述的实施例的编程逻辑的功能。计算机程序520和/或计算机程序产品510因此可以提供用于执行如本文所公开的数字断路器控制器400的编程逻辑的功能的装置。
在图5的示例中，计算机程序产品510被示为光盘，诸如CD(压缩盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光盘。计算机程序产品510还可以被实现为存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，并且具体而言，被实现为诸如USB(通用串行总线)存储器或闪存(诸如紧凑型闪存)之类的外部存储器中的设备的非易失性存储介质。因此，虽然计算机程序520在此处被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序520可以以适合于计算机程序产品510的任何方式来存储。
上面已经参考几个实施例主要描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附专利权利要求所限定的本发明构思的范围内，除了以上公开的实施例之外的其它实施例同样是可能的。

Claims (19)

1.一种用于控制断路器(200)的数字断路器控制器(400)，所述数字断路器控制器(400)包括：
编程逻辑，所述编程逻辑被配置为处理所述断路器(200)的互锁功能、配置、信号传输和控制功能，
其中，所述断路器(200)具有操作机构(211)，并且其中，所述数字断路器控制器(400)与所述断路器操作机构(211)集成，并且
其中，所述数字断路器控制器(400)包括到分站保护和控制系统(110)的通信接口(207)。
2.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，还被配置为从所述断路器及其操作机构(211)的传感器收集信号和数据。
3.根据权利要求2所述的数字断路器控制器(400)，还被配置为将所收集的信号和数据提供给所述分站保护和控制系统(110)。
4.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，还被配置为从所述保护和控制系统(110)接收跳闸信号和闭合信号，检查互锁约束，并且通过向所述操作机构(211)的跳闸/闭合线圈施加电力来执行跳闸操作和闭合操作。
5.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述操作机构(211)包括液压部件、弹簧部件、电机和电容器组中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，其中，到所述分站保护和控制系统(110)的所述通信接口(207)是光学IEC 61850接口。
7.根据权利要求6所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)被配置为从所述光学IEC 61850接口读取诸如系统电压和电流值的数据。
8.根据权利要求6所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)被配置为使用来自所述光学IEC 61850接口的诸如系统电压和电流值的输入来执行波点切换。
9.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，还被配置为确定所述断路器(200)和所述操作机构(211)的状态和维护需要。
10.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)经由电缆线束(212)耦合到所述断路器机构(211)的部件。
11.根据权利要求10所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)经由所述电缆线束(212)连接到的所述部件是：跳闸线圈(201)、闭合线圈(202)、充电电机(203)、位置传感器(204)、弹簧充电传感器(205)和增量行程换能器。
12.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)具有到本地操作面板(209)的通信接口(210)，并且被配置为向所述本地操作面板(209)提供数据以及从所述本地操作面板接收指令。
13.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，还被配置为监控所述断路器控制器功能，并且当在所述数字断路器控制器(400)中检测到内部故障的情况下，向所述通信接口(207)发信号通知警告和警报。
14.根据权利要求12和13的组合的所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述数字断路器控制器(400)还被配置为向所述本地操作面板(209)发信号通知所述警告和所述警报。
15.根据权利要求1所述的数字断路器控制器(400)，其中，所述断路器(200)是高压断路器(200)。
16.一种控制系统(300)，所述控制系统(300)包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的数字断路器控制器(400)。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述数字断路器控制器(400)经由电缆线束(212)耦合到所述断路器机构的部件，并且其中，所述控制系统(300)还包括所述电缆线束(212)。
18.根据权利要求16或17所述的控制系统(300)，其中，所述数字断路器控制器(400)具有到本地操作面板(209)的通信接口(210)，并且被配置为向所述本地操作面板(209)提供数据以及从所述本地操作面板接收指令，并且其中，所述控制系统(300)还包括所述本地操作面板(209)。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的控制系统(300)，还包括所述断路器(200)。
CN201980042184.9A 2018-06-21 2019-06-19 数字断路器控制器 Pending CN112313768A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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