用于柱装式自动重合器的自供电IED的制作方法

用于柱装式自动重合器的自供电ied
技术领域
1.本发明一般涉及自动重合器。更具体地，本发明涉及用于具有超级电容器的柱装式自动重合器的智能电子设备(ied)。


背景技术：

2.自动重合器是用于将电路和电气设备与故障线路隔离的保护设备。自动重合器包括致动器，这些致动器被配置为当电线中存在故障时被断开而当故障被纠正时被闭合。当线路中的故障为暂时性故障(例如，由于雷击而造成的故障)时，执行器成功被重合。当线路中的故障为永久性故障(例如，短路)时，执行器会在线路中持续存在故障时被重合和断开几次。当永久性故障发生时，执行器在重合预定义迭代之后保持断开，并且闭锁状态得以激活，其中提供通知以指示操作员有关永久性故障。
3.通常，当闭锁状态被激活时，提供可见通知。由于标志不消耗功率，所以传统解决方案包括在闭锁指示期间显示机械标志。然而，在光线不足的情况下，机械标志不可见。现有解决方案使用由电池供电的光指示。通常，光指示必须持续几个小时，而电池在几个小时内都不能提供备份。进一步地，电池还具有附加缺点，包括在不同温度下工作的限制以及电池更换成本高。
4.因此，需要提供一种解决方案，该解决方案在几个小时内提供备份以提供可见光指示。


技术实现要素：

5.在实施例中，本发明公开了一种用于柱装式自动重合器的自供电智能电子设备(ied)。自动重合器连接到电线。ied包括主控制模块和闭锁指示模块。主控制模块被配置为检测电线中的故障并且操作自动重合器。主控制模块被配置为以下各项中的一项：当电线中发生暂时性故障时重合自动重合器，或当电线中发生永久性故障时通过永久性地使自动重合器跳闸来激活闭锁状态。闭锁状态通过生成闭锁设置信号而被激活。闭锁指示模块包括用于提供指示的光源。闭锁指示模块还包括被配置为存储电荷的一个或多个超级电容器。当闭锁设置信号被生成时，一个或多个超级电容器将所存储的电荷提供给光源。
6.在实施例中，ied包括功率控制模块，该功率控制模块包括存储单元，该存储单元被配置为向主控制模块供电并且操作自动重合器的真空断续器以使自动重合器跳闸。
7.在实施例中，闭锁指示模块还包括第一转换器，被配置为将高压转换为低压以对一个或多个超级电容器充电；第二转换器，被配置为将来自一个或多个超级电容器的低压转换为中压以至少为光源供电；光源驱动器，被配置为根据预定义模式驱动led；以及控制和调节模块，用于从主控制模块接收闭锁设置信号并且使得一个或多个超级电容器向光源提供电荷，以及将预定义模式提供给光源驱动器。在实施例中，控制和调节模块生成预定义模式以在预定义时间段内触发光源。在实施例中，控制和调节模块被配置为生成指示预定义模式的具有预定义占空比的一个或多个脉冲。
8.在实施例中，一个或多个超级电容器当电线可操作时被充电而在闭锁状态期间被放电。
9.在实施例中，主控制模块被配置为当在真空断续器被操作以重合自动重合器预定义迭代之后电线中发生故障时激活闭锁状态。在实施例中，主控制模块被配置为使用来自连接到电线的一个或多个电流传感器的输入来检测电线中的故障。
10.在实施例中，主控制模块被配置为对一个或多个超级电容器进行充电。在实施例中，主控制模块被配置为以单个脉冲提供闭锁设置信号。
附图说明
11.图1图示了根据本发明的实施例的柱装式自动重合器和与自动重合器相关联的智能电子设备(ied)；
12.图2图示了根据本发明的实施例的用于操作自动重合器的智能电子设备(ied)的简化框图；以及
13.图3图示了根据本发明的实施例的用于为光源供电的智能电子设备(ied)的闭锁指示模块的简化框图。
具体实施方式
14.本发明的各实施例涉及一种用于柱装式自动重合器的自供电智能电子设备(ied)。自动重合器连接到电线以保护连接到电线的电路和电子设备。ied包括主控制模块和闭锁指示模块。主控制模块确定电线中的故障并且使自动重合器跳闸。基于故障类型(暂时性或永久性)，自动重合器要么闭合要么保持断开。当自动重合器保持断开时，主控制模块通过生成闭锁设置信号来激活闭锁状态。闭锁设置信号被提供给闭锁指示模块。闭锁指示模块包括光源和超级电容器。当闭锁状态被激活时，超级电容器向光源提供所存储的电荷，以在整个闭锁状态期间提供通知。因此，与现有解决方案相比较，本发明提供了一种为光源供电更长时间的解决方案。
15.图1图示了柱装式自动重合器和与自动重合器相关联的智能电子设备(ied)。图1公开了柱(101)、一个或多个电线(102a、102b、102c)、自动重合器(103)、智能电子设备(ied)(104)和支撑构件(105)。一个或多个电线(102a、102b、102c)可以是高压线路或中压线路或低压线路。在实施例中，一个或多个电线(102a、102b、102c)可以连接在两个变电站(图1中未示出)之间或变电站与公用事业(图1中未示出)之间。在实施例中，一个或多个线路(102a、102b、102c)可能为三相线路。每个线路可以承载单相电流。自动重合器(103)和ied(104)(通常也称为控制柜)使用支撑构件(105)安装在柱(101)上。在实施例中，图1中所公开的自动重合器(103)可能为三相自动重合器(3个单相自动重合器)。尽管图1公开了一种三相自动重合器，但本领域普通技术人员应当领会，本发明的工作方式同样适用于单相自动重合器，并且本发明的这些方面不应被视为一种限制。在实施例中，自动重合器(103)被配置为使连接到一个或多个电线(102a、102b、102c)的一个或多个电路或电气设备跳闸和隔离。自动重合器(103)还被配置为在故障被排除时被重置并且将电路和电气设备与一个或多个电线(102a、102b、102c)重新连接。自动重合器(103)可以是具有重合机构的断路器。
16.在实施例中，ied(104)可以支持低压，而另一ied(图1中未示出)可以安装在柱上以支持中压和高压。在实施例中，ied(104)可以支持低压、中压和高压。ied(104)可以被配置为当发生暂时性故障时操作自动重合器(103)以在跳闸之后自动重合，并且当发生永久性故障时操作自动重合器(103)以保持断开(跳闸)。ied(104)基于流过一个或多个电线(102a、102b、102c)的电流来确定暂时性故障和主要故障。造成暂时性故障原因的示例可以包括但不限于闪电。造成永久性故障的原因的示例可以包括但不限于短路。
17.图2示出了ied(104)和自动重合器(104)的简化框图。如所示出的，ied(104)包括功率控制模块(201)、主控制模块(202)和闭锁指示模块(203)。自动重合器(103)包括操作自动重合器(103)的真空断续器(未示出)的致动器(204)、电流变换器(205)和电流传感器(206)。
18.功率控制模块(201)被配置为管理ied(104)中的功率。在实施例中，功率控制模块(201)包括存储单元(图2中未示出)。存储单元可以包括一个或多个存储电容器或化学电池。优选地，使用电容器，因为可以对它们进行高效充电。当一个或多个电线(102a、102b、103c)在没有故障的情况下承载电流时，对功率控制模块的存储单元进行充电。在实施例中，功率控制模块(201)从连接到一个或多个电线(102a、102b、102c)的电流互感器(205)汲取电流，以对存储单元进行充电。进一步地，功率控制模块(201)从从一个或多个电线(102a、102b、102c)汲取的电流向主控制模块(202)提供功率。此外，功率控制模块(201)可以向主控制模块(202)提供附加功率，以供主控制模块(202)操作闭锁指示模块(203)。当检测到一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障时，功率控制模块(201)被配置为向致动器(204)提供功率，该致动器(204)被配置为使真空断续器跳闸并且在预定义时间段后重合真空断续器。进一步地，当使自动重合器(103)跳闸时，功率控制模块(201)和主控制模块(202)由电源控制模块(201)中的存储单元供电。在实施例中，存储单元可以在预定义时间段(例如，40s至60s)内向功率控制模块(201)和主控制模块(202)供电。进一步地，存储单元可以向致动器(204)提供功率，直到故障被纠正或闭锁状态被激活为止。
19.在实施例中，主控制模块(202)被配置为检测一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障。主控制模块(202)从电流传感器(206)接收电流值。使用电流值，主控制模块(203)确定一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障。当在一个或多个电线(102a、102b、102c)中检测到故障时，主控制模块(202)向功率控制模块(201)提供跳闸信号，并且功率控制模块(201)向使真空断路器跳闸的致动器(204)提供功率。在实施例中，真空断续器可以被配置为在预定义时间段(例如，1s或2s)之后重合。主控制模块(202)以固定间隔(例如，每5ms)从电流传感器(206)接收电流值，并且确定故障是否在一个或多个电线(102a、102b、102c)中持续存在。如果故障持续存在，则主控制模块(202)向功率控制模块(201)提供另一跳闸命令，并且功率控制模块(201)向致动器(204)提供功率以使真空断续器再次跳闸。可以操作真空断续器预定义迭代，直到主控制模块(202)确定故障是永久性故障并且闭锁状态得以激活为止。当主控制模块(202)确定一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障是永久性故障时，主控制模块(202)通过生成闭锁设置信号来激活闭锁状态。在实施例中，闭锁设置信号被提供给闭锁指示模块(203)。在实施例中，闭锁设置信号可以是消耗更少功率的单个脉冲。功率控制模块(201)不会向致动器(204)提供功率，因此不会重合真空断续器，由此真空断续器在整个闭锁状态中保持处于跳闸位置或断开位置。
20.在实施例中，当主控制模块(202)激活闭锁状态时，激活闭锁指示模块(203)。闭锁指示模块(203)被配置为提供关于闭锁状态的通知。
21.图3图示了用于为光源供电的ied(104)的闭锁指示模块(203)的简化框图。闭锁指示模块(203)包括第一转换器(301)、超级电容器(302)、第二转换器(303)、控制和调节模块(304)、光源驱动器(305)和光源(306)。尽管图3示出了一个超级电容器(302)，但是对于本领域技术人员而言，应当清楚的是，在闭锁指示模块(203)中可以提供更多这样的超级电容器。
22.第一转换器(301)被配置为将高压信号转换为低压信号以对超级电容器(302)进行充电。例如，高压信号可以是来自主控制模块(202)的24v。第一转换器(301)可以将24v信号转换为2.4v信号。在实施例中，第一转换器(301)可以是降压转换器。第一转换器(301)向超级电容器(302)提供低压信号以对超级电容器(302)进行充电。在实施例中，第一转换器(301)还从主控制模块(203)接收充电控制信号。充电控制信号可以指示何时提供用于对超级电容器(302)进行充电的低压信号。
23.在实施例中，超级电容器(302)被配置为在从第一转换器(301)接收到低电压信号时被充电。超级电容器(302)包括大介电板，与常规电容器相比较，能够存储更多电荷。当操作光源(306)时，对超级电容器(302)进行放电。在实施例中，当操作控制和调节模块(304)和光源驱动器(305)时，也对超级电容器(302)进行放电。然而，可能大大降低了控制和调节模块(304)和光源驱动器(305)所消耗的功率。
24.在实施例中，第二转换器(303)被配置为将来自超级电容器(302)的低压信号转换为中压信号。例如，中压信号可能为3.6v。在实施例中，第二转换器(303)可以是升压转换器。第二转换器(303)还与控制和调节模块(304)、光源驱动器(305)和光源(306)连接，用于从超级电容器(303)提供功率。
25.在实施例中，控制和调节模块(304)被配置为在从主控制模块(203)接收到闭锁设置信号时，使得超级电容器(302)能够向光源(306)提供电荷。当控制和调节模块(304)接收到闭锁设置信号时，将预定义模式提供给光源驱动器(305)。可以生成预定义模式以在预定义时间段内触发光源(306)。例如，可以操作光源(306)以每4秒提供一次光通知。进一步地，可以操作光源(306)使得光通知持续25ms。可以确定预定义模式以节省功率，同时提供关于一个或多个电线(102a、102b、102c)中的永久性故障的通知。在实施例中，控制和调节模块(304)根据预定义模式生成具有适当占空比的脉冲，并且将脉冲提供给光源驱动器(305)。在实施例中，当故障被纠正时，控制和调节模块(304)还可以从主控制模块(202)接收闭锁重置信号。在实施例中，控制和调节模块(304)可以包括重置指示发热手动开关。例如，操作员可以在纠正一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障之后重置指示。
26.在实施例中，光源驱动器(305)被配置为提供适合于光源(306)的脉冲以提供光通知。在实施例中，光源驱动器(305)根据控制和调节模块(304)所提供的占空比生成脉冲以根据预定义模式操作光源。在实施例中，光源(306)仅当光源驱动器(305)提供合适脉冲时被操作。因此，尽管超级电容器(302)始终连接到光源(306)，但超级电容器(302)不会放电。
27.在实施例中，光源(306)被配置为根据预定义模式提供光通知。在实施例中，光源为发光二极管(led)。在实施例中，光源(306)可能为彩色光源(优选地，红色光源或黄色光源或绿色光源)以提供即使从很远的距离也可见的指示。
28.在实施例中，本发明克服了在闭锁状态期间减少备用功率备份的限制。本发明使用超级电容器(302)提供备份以在闭锁状态期间提供通知。因此，提供关于一个或多个电线(102a、102b、102c)中的故障的通知。因此，可以安排及时维护，并且可以立即排除故障。
29.附图标记
30.101—柱
31.102a、102b、102c—电线
32.103—自动重合器
33.104—ied
34.201—功率控制模块
35.202—主控制模块
36.203—闭锁指示模块
37.204—致动器
38.205—电流变换器
39.206—电流传感器
40.301—第一转换器
41.302—超级电容器
42.303—第二电容器
43.304—控制和调节模块
44.305—光源驱动器
45.306—光源