用于中压断路器和开关的控制界面的制作方法

1.本发明更具体地涉及中压配电变电站及其驱动领域。中压变电站通常管理通常分布在1000v至50000v之间的范围中的电流。对于这样的电压，开关和断路器等开关单元必须由可靠且快速的控制装置驱动，一般来说，这些开关单元包括操作装置，该操作装置被装备成使得压缩弹簧松弛以非常快速地致动断路器或开关或打开开关或断路器的切断器。为了远程操作其操作装置，现代开关单元采用电动机。这些电机允许操作装置进行装备，电机由通常在24v到48v之间的电压供应，并且在其操作期间消耗大量电流。
2.在变电站中，这些电机通常通过ups(不间断电源)逆变器供电，以确保即使供电网络中断也能继续管理运行。电机启动具有电流峰值，如果要同时启动多个电机，则需要功能强大、体积庞大且价格昂贵的逆变器。为了减少体积和成本，逆变器的尺寸被设计为一次只控制一个电机，并提供了一个系统来确保各种电机始终按顺序控制。


背景技术：

3.确保电机启动的这种系统排序的一种已知解决方案是具有每个功能单元带有微控制器的控制电路板以及电机控制功能单元和控制电路板之间的通信网络(例如具有名为“modbus”的协议的网络，其中电机及其控制单元每个都有唯一的地址)，微控制器管理电机启动命令之间的时序。这种装置很昂贵，因为它需要主从电子管理，这需要每个功能单元有计算机化电路板以及更大的外壳。此外，故障的潜在原因也增加了。
4.期望为电机的顺序启动实施较便宜且分散的解决方案。


技术实现要素：

5.为此，本发明涉及一种用于驱动操作开关单元的电机的系统，特别是用于供电变电站，包括用于控制所述电机的控制单元，为了一次使所述电机中的仅一个处于运行中，该系统包括用于管理电机运行优先级的装置，其具有第一线路和第二线路，第一线路称为并联线路，承载二进制数据，二进制数据包括表示所有电机停止的第一状态和表示任何一个电机运行的第二个状态，其中单元并联连接到第一线路，所述并联线路连接到用于防止每个单元的电机启动的装置，第二线路称为串联线路，单元在上游/下游链中串联连接至该串联线路，所述串联线路构成用于在检测到启动任何一个电机的信号时禁止在所述任何一个电机下游的电机运行的器件，所述串联线路连接到用于禁止每个单元的电机运行的装置。
6.换言之，本发明涉及一种用于驱动电机以操作开关单元的系统，该系统包括用于所述电机的控制单元。为了一次只运行一个所述电机，提供了一种用于管理电机运行优先级的装置：
7.具有第一线路，称为并联线路，构造成传输二进制数据，二进制数据对应于：
8.第一状态，所有电机处于停止；
9.第二状态，任何一个电机处于运行中，
10.具有第二线路，称为串联线路，构造成传输与每个控制单元相关联的数据，尤其是
二进制数据，该数据对应于：
11.第一状态，所述控制单元的电机上游的电机均未收到启动命令和/或正在运行；
12.第二状态，所述控制单元的电机上游的电机已收到启动命令和/或正在运行。
13.仅当与该电机的控制单元相关联的并联线路和串联线路上的二进制数据分别处于第一状态时，特定电机的启动才是可能的。
14.更具体地，用于防止每个单元的电机启动的装置并联连接到并联线路。用于禁止每个单元的电机运行的装置在上游/下游链中串联连接到串联线路。
15.为了控制和管理电机控制单元的优先级，该系统使用两条简单的线路，在控制单元级别不需要任何计算机协议或串联或并联网络管理部件，简化了单元及相关联的控制装置的操作，并避免在可能添加或移除单元时对单元重新编程的操作。
16.所述用于防止电机启动和禁止电机运行的装置可以使用有线逻辑来生产，或者由具有可编程微控制器或微处理器系统的系统体现，该系统具有用于检测线路状态的输入和用于驱动功率继电器以控制电机的输出。
17.以下段落中公开的特征可以任选地被实施。它们可以相互独立或相互结合实施：
18.每个单元可以包括逻辑装置，用于将第一并联线路置于表示在该单元的电机进入运行之前其电机的运行的第二状态，所述第二状态激活用于防止启动其它单元的电机的装置，所述逻辑装置还包括用于在所述电机停止时将并联线路置回单元水平(level)处的第一状态的器件。
19.这使得可以以直接的方式将单元链接在一起而无需考虑变电站中存在的单元的数量。
20.每个单元可以包括用于切换串联线路的切换装置，其接线成在接收到启动所述单元的电机的命令时切换串联线路，通过上游单元对串联线路的切换构成启动上游单元的电机的信号，激活禁止下游单元的电机相对于所述上游单元的操作的装置，所述切换装置还配置为在所述电机停止时将串联线路置回所述上游单元水平处的初始状态。
21.每个单元可以包括用于激活和停用其电机的启动以及用于管理所述串联和并联线路的有线或编程的时序逻辑。
22.每个单元可以包括电路或序列，用于在检测到其自身的电机启动时停用其用于防止电机启动的装置。
23.单元之间的优先级由单元的位置确立，从上游到下游，例如在外壳中从左到右。
24.这些单元可以包括用于控制它们的电机的操作的时序逻辑，所述时序逻辑包括或驱动用于控制功率继电器的一个或多个装置，以在开关单元的断开方向和闭合方向上为所述电机提供电流；用于防止电机启动的至少一个装置和用于禁止优先级管理装置的电机运行的至少一个装置。
25.这使得可以生产没有数字部件的简单单元，这些单元易于实现和维护。
26.时序逻辑可以设置有第一级，该第一级包括用于防止/允许电机在所述开关单元的闭合方向上运行的第一电路，该第一电路设置有在检测到在开关单元的断开方向上操作开关单元的电机的命令时防止开关单元的闭合方向上操作电机。
27.这构成了将受控电路的切换优先于其操作的安全特征。
28.时序逻辑可以设置有第二级，该第二级包括用于防止电机启动的至少一个装置，
该装置设置有由输入驱动的第二控制装置，用于接收由防止/允许电路验证的二进制数据，该防止/允许电路被配置为当要启动或运行的电机是属于单元的电机时，阻止二进制数据的通过，当要启动或运行的电机是单元外部的电机时，允许二进制数据的通过。
29.当启动命令来自其单元时，这允许单元的电机运行。
30.时序逻辑可以设置有用于管理并联线路和串联线路的第三级。
31.当单元启动其电机时，该级将串联线路切换到下游。
32.时序逻辑可以设置有至少一个功率控制级，该功率控制级设置有至少一对功率开关，用于在开关单元的断开方向上提供用于操作电机的电流并且用于提供在开关单元的闭合方向上操作电机的电流。
33.根据该示例，功率开关被示意性地示出为机电继电器，但是可以使用igbt半导体、接触器或其他部件形式的继电器。
34.时序逻辑可以设置有至少第四级，该第四级设置有一个或多个第三电路，用于在检测到电机参数时阻止/允许电机运行。
35.这使得可以考虑诸如接地故障、盖打开或其他故障之类的故障以防止电机操作。
36.控制单元可以配置成使得在接收到表示并联线路上的单元外部的电机的操作的水平时，所述第二控制装置切换信号以在所述装置的水平处控制电机的操作，以防止电机在开关单元的断开方向和开关单元的闭合方向上启动。
37.所述控制装置、用于防止/允许电机运行的电路、用于防止电机启动的装置和用于禁止电机运行的装置中的至少一些可以由信号切换继电器形成。这些继电器可以是机电或静态半导体继电器，例如模拟开关。
38.在机电继电器的情况下，第四级的控制装置之一可以包括用于断开连接到线圈的开关单元的行程终点传感器的输入，以控制第一继电器的断开，以防止/允许电机在开关单元的断开方向上运行，以便在所述开关单元断开结束时停止电机，以及用于闭合连接到第二继电器的线圈的开关单元的行程结束传感器的输入，以防止/允许电机在开关单元的闭合方向上运行，以便在所述开关单元的闭合结束时停止电机。
39.该单元可以包括用于绕过由用于检测所述控制单元的电机的操作的电路(4c)激活的禁止电机启动的装置的电路。
40.这避免了切换其命令有效的单元的电机。
41.该单元可以包括用于允许电机操作的继电器，该继电器的线圈连接到用于接收检测电机操作的授权的信号的输入。
42.该单元可以包括用于允许/防止操作的继电器，其线圈连接到用于接收检测中压开关的接地的信号的输入。
43.单元的第三级可以包括用于在存在到串联线路的上游连接的情况下控制电机操作的授权的级。
44.存在上游连接时，在所述单元的电机的操作要传递到其它单元期间，授权操作的控制器控制继电器(其闭合用于控制电机的功率继电器线圈的冷点供电)，并闭合用于将并联线路置零的继电器。
45.在上游线路断开的情况下，授权操作的控制器断开用于控制电机的功率继电器线圈的冷点供电，断开使并联线路置零的继电器，从而阻止电机运行并将并联线路置零。
46.时序逻辑可以有利地通过信号切换继电器的切换时间来计时。
附图说明
47.本发明的其他特征、细节和优点在阅读下面提供的描述和检查附图后将变得显而易见，其中：
48.图1示出根据本说明书的电机控制单元的简化示意图。
49.图2示出根据本说明书的并联的多个控制单元的链接的示例的简化图。
50.图3示出了根据本说明书的串联的多个控制单元的链接的示例的简化图。
51.图4示出可应用于本发明的有线或编程的时序逻辑的流程图。
52.图5示出具有微处理器的装置的示意图。
具体实施方式
53.下面的附图和描述大部分包含不仅用于更好地阐明本发明，而且在适当的情况下有助于其定义的元素。
54.本发明针对“智能”中压变电站，其包括多个开关单元，例如由外部界面驱动的断路器或中压开关。
55.中压通常是1000v到50000v的电压。开关单元通常是用于二次配电的600a到1250a的断路器或开关。
56.开关单元包括电机，该电机切换开关单元的触点并且允许切割器非常快速地打开以减少或消除电弧。
57.操作可以基于弹簧的压缩，当弹簧被释放时，允许在通过用于开关单元的平衡点之后突然切换切割器，例如本技术人称为cdt，或者在关闭开关存储能量的装置以装备用于为申请人称为cd1或cd2的开关单元的重新打开弹簧。
58.这种由全天候远程控制驱动的变电站通常包括小型逆变器，其一次只能为一个开关单元电机供电。
59.一些为它们的切换存储能量的开关单元在它们需要重新加载时需要自动启动它们的电机。特别是在变电站安装期间和某些故障情况下，可能同时存在重新加载开关单元的请求，而逆变器不能向多个电机输送峰值电流。
60.每个开关都具有其电机和其电子或电气电路板形式的控制单元，该电路板包括用于传感器或微动开关的输入，以允许或防止功率继电器的操作以根据电机操作命令的存在或不存在和开关单元中的故障的存在或不存在来控制电机。
61.变电站通常包括三个到几十个单元。
62.在应用于继电器系统的本发明的上下文中，考虑了这样的事实，即电机控制功率继电器具有大约5到20ms的反应时间，这比控制逻辑的反应时间要长，例如继电器控制逻辑，其反应时间不是3ms的量级。
63.这允许接收到启动其电机的命令的单元在其功率继电器切换之后实际启动其电机之前将“同步”信号传输到其他单元，以及在实际启动电机之前从第三方单元接收到同步信号时停止启动其电机的序列。
64.如将在下文中看到的，本说明书的一个原理是使用连接到用于防止每个单元的电
机启动的装置的并联线路和连接到用于禁止每个单元的电机的操作第二串联线路。
65.图1示出了用于操作开关单元的至少一个电机的示例性控制单元1000，该开关单元包括具有继电器的时序逻辑，用于控制所述电机的操作。所采用的原理以类似的方式适用于控制断路器或开关的电机。
66.如针对开关所描述的时序逻辑的原理包括设置有第一级1的信号开关继电器的级联，第一级1包括用于在发送优先级断开命令时防止闭合所述开关单元的操作的第一继电器。
67.该第一级包括第一100a线圈，当检测到操作所述开关单元的断开的命令时，向所述第一100a线圈供电会切换所述第一继电器的电路100b。
68.如果该单元接收到由另一单元供电的信号，则第二级2将阻止电机的操作。
69.该第二级设置有至少第二继电器101b、101c，用于禁止设置有第二线圈101a的电机，该第二线圈101a通过输入21供电，该输入21接收用于操作单元外部的电机的信号。
70.该单元还包括用于验证电机的操作的第三级3a、3b，该电机设置有继电器102b、102c、103b、103c并具有用于打开行程结束31信号和关闭行程结束32信号的输入，以在到达行程终点时停止电机。
71.根据该示例，该单元还包括至少第四级4a、4b，其设置有一个或多个第四继电器，用于在检测到诸如接地的中压开关之类的用于防止电机操作的状况时防止操作。
72.控制单元包括至少一个功率继电器，用于在开关的闭合方向上向电机提供电流，这里由双继电器200b体现，以及至少一个功率继电器，用于在开关的断开方向上向电机提供电流，这里由双继电器202b体现。根据该示例，该单元包括用于断开开关的串联继电器200b、201b和用于闭合开关的串联继电器202b、203b以减少在启动和停止电机时的电弧放电。
73.这些继电器接收电源db 和db-并控制电机电源电压m 、m-，其用于为电机740供电以控制开关单元741。
74.最后，该单元包括下文中看到的电机优先级管理级4c、4d。
75.为了在包括多个开关单元的变电站中一次管理仅一个电机的运行，本说明书提出了一种用于管理电机运行优先级的装置，该装置设有第一线路1010和第二线路1020。
76.图2示出称为并联线路或pwu的第一线路1010。该线路携带二进制数据，包括代表所有电机停止的第一状态和代表任何一个电机运行的第二状态。在本说明书中，第一状态是“非连接”状态，第二状态是线路的置零，当然相反的逻辑也是可能的。“携带二进制数据”的意思是线路配置为传输该二进制数据。“代表任何一个电机运行的第二状态”的意思是任何一个电机正在运行，特别是在接收到启动命令之后。
77.因此，第一线路配置为将一个相同的二进制数据传输到所有电机控制单元，二进制数据对应于以下任一者：
[0078]-第一种状态，所有电机都处于静止，或
[0079]-第二状态，任何一个电机在运行。
[0080]
仍然根据图2，变电站1001、1002、1003、1004、1005、......的单元并联连接在线路1010上，所述并联线路连接到用于防止每个单元的电机启动的装置，包括每个单元的优先级管理级4d的继电器106b，在这个例子中是继电器106b1到106b5。这些继电器允许在发出
启动单元电机的命令期间将线路设置为零。该电路在图1中以附图标记106b可见，并且当控制信号在继电器105a的水平处有效时，继电器106b的控制线圈106a将在启动单元电机的命令期间激活。
[0081]
该线路还通过仅针对单元1001示出(以避免使图过量)的继电器105c1连接到用于允许/阻止单元的电机操作的电路。该继电器可以在图1中的附图标记105c下看到，它由线圈105a控制，线圈105a将允许信号pwu45转到pwu_v1 46以防止在另一单元的电机工作时启动该单元的电机，同时线圈105a在该单元的电机正在启动时切换信号pwu和信号pwu_v1之间的连接。
[0082]
当该单元的电机启动时，线路pwu 1010因此被设置为零并且用于防止该单元启动的装置的相应输入21被停用。
[0083]
第二线路1020，称为串联线路并在图3中示出，是用于在检测到来自任何一个电机的启动信号时禁止在所述任何一个电机下游的电机操作的线路。
[0084]
因此，第二线路配置为传输与每个电机控制单元相关联的数据，特别是二进制数据，其对应于：
[0085]-第一状态，所述控制单元的电机上游的电机均未接收到启动的命令和/或正在运行，或
[0086]-第二状态，所述控制单元的电机上游的电机已接收到启动命令和/或正在运行。
[0087]
这使得可以优先从上游到下游启动电机，即该序列总是从最上游的电机开始并且遵循向下游级联的序列。
[0088]
如图3所示，串联线路包括设置为零的上游端1020a，从上游单元1001到下游单元1002、1003、......穿过每个单元的开关继电器107b。返回图1，开关继电器107b的控制线圈107a的热点连接到相应单元的电机控制，而其冷点通过单向二极管d3连接到串联线路。
[0089]
因此，根据图1和3：
[0090]
a.上游串联线路synl 43由上游单元切换，并且线圈107a和106a的冷点不供电，这会防止：
[0091]
i.在继电器107b的水平处切换下游串联线路synr 44；
[0092]
ii.在由线圈106a控制的继电器106b、106c的水平处启动电机；
[0093]
iii.在继电器107c的水平处借助信号mem_di1 48绕过对操作pwu_v 21的阻止；或者
[0094]
b.上游串联线路synl43激活，并且：
[0095]
i.当单元电机的相应命令到达线圈107a的热点时，继电器107b允许下游串联线路synr 44的切换；
[0096]
ii.继电器106b可以将并联线路pwu设置为零；
[0097]
iii.继电器106c可以控制电机的启动。
[0098]
因此，每个单元包括逻辑装置或控制级106a、106b，用于响应于该单元电机的运行，将第一并联线路置于代表其电机运行的第二状态，所述第二状态激活防止其他单元电机启动的装置。
[0099]
返回到图1，控制级106a构成用于在存在到串联线路的上游连接43的情况下允许电机运行的级。在存在上游连接的情况下，操作电机的命令闭合继电器106c，其验证向电机
控制功率继电器的线圈200a、201a、202a、203a的冷点供电，并且操作电机的命令在所述单元的电机运行期间闭合将并联线路pwu 1010置零至端子47的继电器106b，以将该信息传输到其他单元。
[0100]
如果上游连接断开，则无法向继电器106a供电，这使得继电器106b断开并阻止向继电器106c供电，从而阻止电机启动。
[0101]
命令107a继而在单元的电机运行期间在继电器107b的水平处断开到下游synr 44的串联连接。
[0102]
此外，所述单元还包括用于通过继电器105b在所述电机停止时清除并联线路的装置，其随着电机停止时线圈106a的热点的输入的切换(例如在行程结束触点31或32激活的情况下)而打开继电器106b。
[0103]
用于启动电机的序列可以包括以下验证步骤：
[0104]-验证pwu在输入21pwu_v1的水平处是高阻抗，
[0105]-在行程结束触点ccvaj、ocv输入31、32的水平以及在将微动开关组合在一起的输入42的水平处验证电机运行状况，例如将中压开关esov接地，
[0106]-在继电器105c的水平处打开pwuv和pwuvl之间的接触，停止pwu高阻抗验证，
[0107]-如果单元的synl为0v，即当没有上游单元在运行时：
[0108]
a.允许在由线圈106a控制的继电器106c的水平处驱动功率继电器；
[0109]
b.在继电器106b的水平处将并行线路pwu设置为0v；
[0110]
c.将下游串联线路synr与继电器107b置于高阻抗以切换下游界面的电源；
[0111]
d.只要电机通电，保持对连接pwu_v和触点105c的测试的绕过。
[0112]
一旦命令结束，并联线路pwu在继电器106b的水平处返回到高阻抗，并且下游线路synr在继电器107b的水平处重新连接到上游线路synl，同时信号mem_di被去激活并且对功率继电器的控制在继电器106c的水平处重新打开。
[0113]
因此，在上游连接43的水平处进入单元的上游串联线路synl和在连接44的水平处从单元退出的下游串联线路synr因此允许从上游到下游的电机操作的优先级。
[0114]
如果两个单元同时接收到命令，则上游单元获得电力并且下游单元的电力将被断开。
[0115]
pwu使得可以通知单元：到单元电机的电力正在使用中，这使得可以忽略其他单元的启动命令。
[0116]
在该示例中，当允许电机运行时，串联连接连接到0v，而在相反的情况下连接到高阻抗。然而，可以设想产生一种电路，其中上游单元的操作信号将处于非零电压。
[0117]
在该示例中，如果电机之一在使用中，则并联线路pwu连接到0v，如果没有电机在使用，则并联线路pwu处于高阻抗。在本发明的范围内，其他配置也是可能的。
[0118]
图4以流程图的形式表示适用于本发明的有线或编程逻辑的操作序列。
[0119]
具体地，根据本发明，图1的示例的有线逻辑可以被电路板代替，例如具有微处理器或微控制器的电路板，该微处理器或微控制器设置有传感器的输入，例如特殊开关，例如联锁开关，其在异常情况下禁止电机启动，例如壳体打开、中压开关接地；电机行程结束传感器的输入；用于管理并联线路1010和串联线路1020的输入/输出以及用于控制电机的功率继电器200、201、202、203的输出。
[0120]
在这种情况下，微处理器或微控制器包括电机控制软件，该软件将根据图4的简化示例性时序逻辑500(其也适用于图1到3的有线系统)执行操作电机所需的序列并将串联和并联线路定位在期望状态。
[0121]
在该上下文中，图4示出了由电机激活命令510启动的操作序列。一旦接收到该命令，就启动测试序列。
[0122]
该序列包括：
[0123]-第一步骤520，其中测试并联线路的定位以验证并联线路1010的pwm电机使用信号是否已经存在，
[0124]-第二步骤530，其中测试互锁开关的定位以保证与板相关联的电机的正确操作；
[0125]-第三步骤540，其中验证来自上游模块的同步信号1020确实存在。
[0126]
如果所有这些步骤的结果都是肯定的，则在步骤550中，所讨论的单元将并联线路1010的电机信号置于使用状态，在步骤560中使串联连接1020的同步信号对于下游单元失效，在步骤570启动电机，然后在步骤580测试命令是否结束。
[0127]
当已经验证了命令结束时，软件在步骤590触发电机停止，在步骤600将并联线路0的pwm信号置于清除状态，在步骤610重新验证用于下游单元的同步信号然后该序列在结束步骤620b中结束以返回到等待激活命令。
[0128]
相反，当命令还没有结束时，再次执行循环的一部分以测试是否存在缺陷，特别是使得可以通过停止电机来中断该过程。
[0129]
图5示意性地示出了具有微处理器或微控制器的控制器装置700，在710处，互锁开关连接到控制器的输入，并联连接和串联连接通过隔离部件1021、1061连接到控制器的输入，并联连接通过第一继电器或模拟开关1060连接到控制器的输出，串联连接1020通过第二继电器或晶体管连接到控制器的输出，用于控制电机启动的信号在控制器的输入711，输出712、713驱动继电器720、730，它们类似于图1的继电器200、......、203，用于驱动电机740。
[0130]
本发明不限于上文描述的示例。特别地，如上所见，本发明的原理，其中两条有线线路将电机控制单元与时序逻辑连接起来，可以应用于使用带有微处理器、微控制器或可编程逻辑的数字电路板代替继电器来产生时序逻辑的系统。