用于hvdc斷路器的快速斷路器故障檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于直流(DC)電路斷路器(200)的斷路器故障檢測(cè)裝置。所述斷路器包括并聯(lián)連接的斷路元件(204)和非線性電阻，例如，電涌放電器(205)。所述斷路器故障檢測(cè)裝置包括用于測(cè)量從斷路元件(204)換向的電流的電流傳感器(212，213，214，215)，以及斷路器故障檢測(cè)單元(211)。斷路器故障檢測(cè)單元(211)被配置用于比較所測(cè)量電流與期望值，以及當(dāng)所測(cè)量電流偏離期望值時(shí)判定斷路器(200)的內(nèi)部換向過(guò)程沒(méi)有按照期望進(jìn)行。本發(fā)明運(yùn)用如下認(rèn)識(shí)：改進(jìn)的斷路器故障檢測(cè)可通過(guò)監(jiān)測(cè)斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程實(shí)現(xiàn)。此外，提供了一種斷路器故障檢測(cè)的方法。
【專利說(shuō)明】用于HVDC斷路器的快速斷路器故障檢測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般而言，本發(fā)明涉及高壓直流(HVDC)電力傳輸，更具體的說(shuō)，涉及用于直流(DC)斷路器的斷路器故障檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于對(duì)大功率傳遞和互聯(lián)電力傳輸與分配系統(tǒng)的需求不斷上升，高壓直流電力傳輸變得越來(lái)越重要。
[0003]高壓直流電網(wǎng)通常包括多個(gè)交流(AC)/DC轉(zhuǎn)換器端子，其通過(guò)傳輸線路(即，地下線纜和/或架空線路)互聯(lián)。在電網(wǎng)內(nèi)，端子可以連接到多個(gè)端子，從而產(chǎn)生不同類型的拓?fù)?。這樣的多端子電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的擁塞管理而且針對(duì)干擾具有改進(jìn)的穩(wěn)定性。
[0004]直流斷路器通常用于在高壓直流電網(wǎng)中隔離故障組件，諸如傳輸線路。由于相比于交流系統(tǒng)直流傳輸線路的電感低，所以高壓直流系統(tǒng)遭受故障引發(fā)電流的高速上升。因此，直流斷路器必須在斷路器的中斷能力被超過(guò)之前迅速中斷電流。特別是，在斷路器故障的情況下，即當(dāng)斷路器無(wú)法中斷電流時(shí)，備用斷路器必須在上升的電流超過(guò)備用斷路器的中斷能力之前切斷。因此，除非有非常大的電感用于限制故障引發(fā)電流的增大速率，否則直流斷路器故障的快速檢測(cè)是所期望的。
[0005]已知的斷路器故障檢測(cè)技術(shù)基于測(cè)量通過(guò)直流斷路器的總電流以及檢查在接收到切斷信號(hào)后開(kāi)始的給定時(shí)間間隔內(nèi)該總電流是否減小到零。然而，電流的衰變是由非線性電阻(例如電涌放電器)支配的，其通常用于消減電流，導(dǎo)致相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔。此外，由于電流衰變?nèi)Q于各種外部參數(shù)，諸如故障前的負(fù)荷、故障的位置以及所涉及的電路的總電感，所以必須考慮安全裕度，這導(dǎo)致甚至更長(zhǎng)的時(shí)間間隔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對(duì)上述技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)更有效的替代。
[0007]更具體地說(shuō)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于直流斷路器、特別是用于高壓直流斷路器的改進(jìn)斷路器故障檢測(cè)。
[0008]本發(fā)明的這些目的和其他目的借助具有獨(dú)立權(quán)利要求1中限定的特征的斷路器故障檢測(cè)裝置以及借助獨(dú)立權(quán)利要求9中限定的斷路器故障檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求表征。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用于直流斷路器的斷路器故障檢測(cè)裝置。該直流斷路器包括斷路元件和非線性電阻。該斷路元件設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)時(shí)中斷直流電路。斷路元件可以例如基于機(jī)械斷路器或固態(tài)斷路器。斷路元件還可以是包括不同類型的斷路器的混合斷路元件。非線性電阻與斷路元件并聯(lián)連接。斷路器故障檢測(cè)裝置包括至少一個(gè)電流傳感器和斷路器故障檢測(cè)單元。電流傳感器設(shè)置用于測(cè)量從斷路元件換向的電流?？蛇x地，斷路器故障檢測(cè)裝置可以包括多個(gè)電流傳感器，以及斷路器故障檢測(cè)單元可以設(shè)置用于在直流斷路器內(nèi)的不同位置測(cè)量從斷路元件換向的電流。斷路器故障檢測(cè)單元設(shè)置用于比較所測(cè)量電流與期望值。斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于當(dāng)所測(cè)量電流偏離期望值時(shí)判定斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于直流斷路器的斷路器故障檢測(cè)的方法。直流斷路器包括斷路元件和非線性電阻。斷路元件設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)時(shí)中斷直流電路。非線性電阻與斷路元件并聯(lián)連接。該方法包括:測(cè)量從斷路元件換向的電流以及比較該所測(cè)量電流和期望值?？蛇x地，可以在直流斷路器內(nèi)的不同位置測(cè)量從斷路元件換向的電流。該方法進(jìn)一步包括:當(dāng)所測(cè)量電流偏離期望值時(shí)判定斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行。
[0011]本發(fā)明運(yùn)用了如下認(rèn)識(shí):直流斷路器中一種改進(jìn)的斷路器故障檢測(cè)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)斷路元件開(kāi)始中斷通過(guò)斷路器的直流電路的電流時(shí)，內(nèi)部換向過(guò)程開(kāi)始。通常情況下，中斷過(guò)程響應(yīng)于從開(kāi)關(guān)場(chǎng)的外部控制單元或其中設(shè)置有斷路器的配電系統(tǒng)接收到切斷信號(hào)而開(kāi)始。切斷信號(hào)也可以來(lái)源于監(jiān)測(cè)與斷路器連接的傳輸線路的故障保護(hù)裝置。
[0012]當(dāng)電流斷路元件開(kāi)始中斷電流時(shí)，電流被換向到與斷路元件并聯(lián)的非線性電阻。非線性電阻(其可以例如是電涌放電器)提供逐步升高的用于消減電流和消除電路中存儲(chǔ)的磁能的反電壓?？蛇x地，如果諧振電路與斷路元件并聯(lián)連接，則電流最初被換向至諧振電路，特別是諧振電路中包括的電容器，從而在電流消減時(shí)導(dǎo)致斷路元件上合理的瞬態(tài)恢復(fù)電壓。更具體地說(shuō)，電容器首先通過(guò)直流電流充電。隨后，當(dāng)電容器上的電壓達(dá)到非線性電阻的保護(hù)電平時(shí)，電流換向至非線性電阻。
[0013]為此，電流從電流斷路元件到非線性電阻的內(nèi)部換向以及，可選地，通過(guò)作為中間步的諧振電路的內(nèi)部換向被監(jiān)測(cè)，以便評(píng)估斷路器是否成功中斷電流。換句話說(shuō)，換向電流被測(cè)量以便驗(yàn)證內(nèi)部換向過(guò)程按期望進(jìn)行，即，根據(jù)斷路器的設(shè)計(jì)進(jìn)行。這是通過(guò)比較所測(cè)量電流或在采用多個(gè)電流傳感器情況下的多個(gè)所測(cè)量電流與期望值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，期望值代表在正常運(yùn)行時(shí)斷路器中的成功換向過(guò)程，即斷路器故障沒(méi)有發(fā)生。這樣的期望值可以例如從換向過(guò)程的仿真中推斷或通過(guò)實(shí)驗(yàn)推斷。
[0014]由于通過(guò)斷路元件的電流消減得比通過(guò)斷路器的總電流快得多，其中后者的衰變是由非線性電阻的逐漸升高的反電壓支配的，所以斷路器故障可以在比本領(lǐng)域已知的時(shí)間更短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到。此外，由于通過(guò)斷路元件的電流的衰變時(shí)間(即，通過(guò)斷路元件的電流減小到零所花的時(shí)間)不取決于外部電感，因此不需要安全裕度。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在如下方面是有利的:一旦檢測(cè)到內(nèi)部換向過(guò)程未按預(yù)期進(jìn)行就可以馬上采取保護(hù)措施。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例促進(jìn)比已知故障檢測(cè)技術(shù)更快的斷路器故障檢測(cè)，已知故障檢測(cè)技術(shù)基于測(cè)量通過(guò)斷路器的總直流電流以及在預(yù)定的時(shí)間間隔已經(jīng)經(jīng)過(guò)后檢測(cè)到非零電流的情況下判定斷路器已故障，該時(shí)間間隔從接收到切斷信號(hào)開(kāi)始并且足夠長(zhǎng)以容許斷路器完成其斷路動(dòng)作，其中包括由非線性電阻消減電路中存儲(chǔ)的磁能。
[0016]斷路器故障的檢測(cè)可以通過(guò)如下方式得以改進(jìn):在直流斷路器的電路內(nèi)的多個(gè)位置處測(cè)量從斷路元件換向的電流，以及當(dāng)評(píng)估斷路器故障是否已發(fā)生時(shí)考慮不同的測(cè)量結(jié)果。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)一種更可靠的斷路器故障檢測(cè)。為了這個(gè)目的，斷路器故障檢測(cè)單元可以包含多個(gè)電流傳感器。[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于在所測(cè)量電流偏離期望值的條件下，判定斷路元件中斷直流電路失敗?；趯?duì)斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程的監(jiān)測(cè)來(lái)確定斷路元件中斷直流電路失敗在如下方面是有利的:可以比本領(lǐng)域已知的更早地采取保護(hù)措施。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按照期望進(jìn)行而使一個(gè)或多個(gè)備用斷路器切斷。當(dāng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換過(guò)程未按期望進(jìn)行時(shí)作為保護(hù)措施使備用斷路器及早切斷是有利的，這是因?yàn)閭溆脭嗦菲骺梢試L試在迅速升高的故障引發(fā)電流超過(guò)備用斷路器的中斷能力之前使電流斷路。備用斷路器可以是相鄰的在電路方面的斷路器，或當(dāng)直流斷路器包括被設(shè)置以便提供冗余的多個(gè)斷路器部分情況下可以是冗余斷路器部分。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行而重新閉合斷路元件。這在如下方面是有利的:損壞斷路器的部件、諸如斷路元件的風(fēng)險(xiǎn)降低。特別是，可避免跨機(jī)械斷路器的開(kāi)路觸點(diǎn)的電弧過(guò)長(zhǎng)時(shí)間占上風(fēng)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于估計(jì)由非線性電阻耗散的能量的數(shù)量、將所估計(jì)能量與預(yù)定值比較以及如果所估計(jì)能量超過(guò)預(yù)定值則判定非線性電阻過(guò)負(fù)載。能量的數(shù)量的估計(jì)基于所測(cè)量電流和非線性電阻的反電壓。為此，要由非線性電阻耗散的能量通過(guò)熱模型來(lái)估計(jì)并與門(mén)限值做比較，其中該能量折合從斷路元件換向至非線性電阻的電流。用來(lái)比較的門(mén)限值可以例如是等于或接近于非線性電阻的額定值的值。估計(jì)要由非線性電阻耗散的能量的數(shù)量在如下方面是有利的:當(dāng)換向至非線性電阻的電流的數(shù)量似乎超過(guò)非線性電阻的能量耗散能力時(shí)，可以采取保護(hù)措施，以減少損壞非線性電阻的風(fēng)險(xiǎn)。該估計(jì)可以在換向過(guò)程完成前執(zhí)行，特別是在非線性電阻過(guò)負(fù)載之
N /.刖。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，斷路器故障檢測(cè)單元進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定非線性電阻過(guò)負(fù)載而重新閉合斷路元件。這在如下方面是有利的:減少非線性電阻上的應(yīng)力，并且因此減少損壞非線性電阻的風(fēng)險(xiǎn)。此外，除了重新閉合斷路元件之外，還可以使備用斷路器切斷。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了 一種直流斷路器。該斷路器包括斷路元件、非線性電阻以及斷路器故障檢測(cè)裝置。該斷路元件設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)時(shí)中斷直流電路。非線性電阻與斷路元件并聯(lián)連接。提供具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的斷路器故障檢測(cè)裝置的直流斷路器在如下方面是有利的:在斷路器處發(fā)生的斷路器故障可以被快速檢測(cè)出，并且一旦斷路器故障檢測(cè)單元已經(jīng)揭示該故障，就可以采取本文之前描述的保護(hù)措施。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，斷路器進(jìn)一步包括與斷路元件并聯(lián)連接的諧振電路。諧振電路通常包括串聯(lián)的電容器和電感器。然而，如果斷路元件是基于固態(tài)的斷路元件，即，基于半導(dǎo)體的斷路元件，則不需要諧振電路。
[0024]雖然本發(fā)明實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)在某些情況下參考了根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面的斷路器故障檢測(cè)裝置來(lái)描述，然而對(duì)應(yīng)的推理也適用于根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法的實(shí)施例。
[0025]本發(fā)明的進(jìn)一步的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)在研究以下詳細(xì)公開(kāi)、附圖和所附權(quán)利要求時(shí)將變得顯而易見(jiàn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白本發(fā)明的不同特征可以組合以產(chǎn)生除了下文所描述的實(shí)施例之外的實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]參考附圖，通過(guò)以下本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明性的和非限制性的描述將更好地理解本發(fā)明的以上目的以及附加的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0027]圖1示出了具有已知的斷路器故障檢測(cè)功能性的直流斷路器。
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直流斷路器。
[0029]所有的附圖都是示意生的，未必按照比例，并且為了闡明本發(fā)明一般只顯示必要的部分，其他部分可能被省略或僅僅暗示。
【具體實(shí)施方式】
[0030]在圖1中，示出了具有根據(jù)本領(lǐng)域已知的直流斷路器故障檢測(cè)功能性的直流斷路器。斷路器100包括用于在端子102和103之間攜載直流電流的直流電路101、用于使電路101所攜載的直流電流斷路的斷路元件104、與斷路元件104并聯(lián)連接且具有合適特性的非線性電阻105以及與斷路元件104和非線性電阻105并聯(lián)連接的諧振電路106。非線性電阻105可以例如是電涌放電器。斷路元件104(也被稱為中斷器)可以例如是機(jī)械中斷器或基于半導(dǎo)體器件的固態(tài)中斷器。諧振電路106通常包括電容器107和，可選地，電感108，其可以是物理電抗器或固有電路電感。如果斷路元件104是基于固態(tài)的，則諧振電路106通常被省略。
[0031]在正常運(yùn)行期間，中斷器104是閉合的。當(dāng)接收到例如來(lái)自斷路器100被結(jié)合到其中的高壓直流電力傳輸系統(tǒng)的保護(hù)單元或外部控制單元的切斷信號(hào)109時(shí)，中斷器104嘗試中斷由直流電路101攜載的電流。作為中斷器104實(shí)現(xiàn)其斷路動(dòng)作的結(jié)果，直流電流通過(guò)諧振電路106換向至電涌放電器105。更具體地說(shuō)，電容器107將開(kāi)始充電并且跨電容107的電壓將升高。一旦該電壓已達(dá)到電涌放電器105的反電壓，也被稱為箝位電壓時(shí)，后者將變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，直流電流將開(kāi)始減少并且直流電路(包括任何連接到斷路器100的傳輸線路)中存儲(chǔ)的能量將被電涌放電器105耗散。
[0032]直流斷路器100進(jìn)一步包括:電流傳感器110，其用于測(cè)量由直流電路101攜載的直流電流；和斷路器故障檢測(cè)單元111，其用于檢測(cè)斷路器100的斷路器故障。斷路器故障檢測(cè)單元111設(shè)置用于驗(yàn)證通過(guò)斷路器(即通過(guò)直流電路101)的電流在預(yù)定的時(shí)間間隔已經(jīng)經(jīng)過(guò)后已下降到零，該時(shí)間間隔響應(yīng)于接收到命令斷路器中斷電流的切斷信號(hào)109而開(kāi)始?？紤]可能的故障位置和可能的電路配置，時(shí)間間隔的選擇使得在沒(méi)有斷路器故障發(fā)生的情況下直流斷路器100設(shè)法消減該電流。
[0033]本文之前描述的斷路器故障檢測(cè)的已知方法具有如下弊端:是否已發(fā)生斷路器故障的評(píng)估只能在預(yù)定時(shí)間間隔已經(jīng)經(jīng)過(guò)后做出。由于通過(guò)斷路器100的電流首先在電涌放電器105已削減該電流之后減小到零，所以該時(shí)間間隔相當(dāng)長(zhǎng)。因而，存在如下風(fēng)險(xiǎn):防護(hù)措施(諸如使備用斷路器切斷)采取得太晚，以及故障引發(fā)電流已經(jīng)上升至超出備用斷路器的斷路能力的值。
[0034]參考圖2，描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。如圖2所示的直流斷路器200類似于參考圖1所描述的直流斷路器100，但具有改進(jìn)的斷路器故障檢測(cè)功能性。更具體的，斷路器200包括用于在端子202和203之間攜載直流電流的直流電路201、用于使通過(guò)電路201攜載的直流電流斷路的斷路元件204、與斷路元件204并聯(lián)連接且具有合適的特性的非線性電阻205以及與斷路元件204和非線性電阻205并聯(lián)連接的諧振電路206。非線性電阻205可以例如是電涌放電器。斷路元件204可以例如是機(jī)械中斷器或基于半導(dǎo)體器件的固態(tài)中斷器。諧振電路206通常包括電容器207和，可選地，電感208，其可以是物理電抗器或固有電路電感。如果斷路元件204是基于固態(tài)的，則諧振電路206可以被省略。
[0035]斷路器200進(jìn)一步包括電流傳感器212和斷路器故障檢測(cè)單元211。相比參考圖1所描述的斷路器100，電流傳感器212設(shè)置用于在斷路器200的電路內(nèi)的位置測(cè)量由直流電路201攜載的電流，特別是在斷路元件204內(nèi)，從而使得如下成為可能:不僅測(cè)量經(jīng)由直流電路201通過(guò)斷路器的直流電流，如對(duì)于斷路器100的電流傳感器110的情況，而且測(cè)量從斷路元件204內(nèi)部換向至電涌放電器205以及換向至諧振電路206(如果存在的話)的電流。因此，通過(guò)測(cè)量斷路器200的電路內(nèi)位置處的電流，內(nèi)部電流換向可以被監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)通過(guò)被設(shè)置用于從電流傳感器212讀取電流測(cè)量結(jié)果并將所測(cè)量值與期望值進(jìn)行比較的斷路器故障檢測(cè)單元211來(lái)實(shí)現(xiàn)。斷路器故障檢測(cè)單元211進(jìn)一步設(shè)置用于評(píng)估是否已經(jīng)發(fā)生斷路器故障。為此，不成功的內(nèi)部換向被解釋為斷路器故障的指示。響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程已經(jīng)失敗，斷路器故障檢測(cè)單元211進(jìn)一步設(shè)置用于采取保護(hù)措施，例如使備用斷路器切斷和/或重新閉合斷路元件204。
[0036]斷路器故障檢測(cè)單元211可以進(jìn)一步設(shè)置用于基于所測(cè)量電流根據(jù)時(shí)間的行為來(lái)評(píng)估內(nèi)部換向故障的原因，即，確定斷路器200的故障部分。例如，沒(méi)有電流從電流斷路元件204換向可以表明電路斷路元件204已故障。另一方面，未按預(yù)期隨時(shí)間減少的換向電流可以指示故障的電涌放電器205。這可以例如是電涌放電器205未能設(shè)置反電壓時(shí)的情況。
[0037]進(jìn)一步參考圖2，描述了用于測(cè)量從斷路元件204換向的電流的替換位置。例如替代利用來(lái)自電流傳感器212的電流測(cè)量，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的斷路器故障檢測(cè)可以基于由電流傳感器213、214或215執(zhí)行的電流測(cè)量來(lái)執(zhí)行。
[0038]為了改進(jìn)斷路器故障的檢測(cè)，多于一個(gè)電流傳感器可用于測(cè)量斷路器200內(nèi)不同位置處的電流，如上面所描述的那樣。此外，也可以利用電流傳感器210。在這種情況下，故障檢測(cè)單元211可以設(shè)置用于基于從多個(gè)電流傳感器獲得的的電流測(cè)量結(jié)果來(lái)評(píng)估是否已發(fā)生斷路器故障。這在如下方面是有利的:可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器故障的更可靠檢測(cè)。此夕卜，內(nèi)部換向過(guò)程的所檢測(cè)故障的根本原因可以被更可靠地推斷。此外，電流傳感器214和215可以用來(lái)分開(kāi)確定分別換向至電涌放電器205和諧振電路206的電流的量。用這種方式，可以基于例如熱模型來(lái)檢測(cè)電涌放電器205或諧振電路206的即將發(fā)生的過(guò)負(fù)載，并且可以采取保護(hù)措施。
[0039]例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(諸如參考圖2所描述的直流斷路器200)可以設(shè)置用于估計(jì)要由電涌放電器205耗散的熱能的數(shù)量。這可以例如通過(guò)計(jì)算與換向至電涌放電器205的電流關(guān)聯(lián)的電能來(lái)實(shí)現(xiàn)。更具體地說(shuō)，由于電能Eeil可以被計(jì)算為Eeil = / V (t) I (t)dt，要由電涌放電器205耗散的能量的估計(jì)可以根據(jù)Eel = Vtl / I(t)dt獲得，其中Vtl是電涌放電器205的反電壓并且I (t)是本文之前描述的由電流傳感器214測(cè)量的時(shí)間相關(guān)電流。使用電流的時(shí)間相關(guān)性的模型，能量的估計(jì)可以通過(guò)對(duì)時(shí)間相關(guān)電流進(jìn)行外插并且將它在整個(gè)換向過(guò)程上求積分來(lái)在換向過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始之后但在換向過(guò)程完成之前獲得。要耗散能量的估計(jì)也可以是基于從除電流傳感器214之外的任意其他電流傳感器獲得的電流測(cè)量結(jié)果。然后將所估計(jì)能量與預(yù)定值進(jìn)行比較，基于該比較可以判定非線性電阻205是否很可能過(guò)負(fù)載。也就是說(shuō)，如果要由非線性電阻205耗散的所估計(jì)能量超過(guò)預(yù)定值，則非線性電阻205過(guò)負(fù)載。
[0040]還將認(rèn)識(shí)到，可以利用允許推導(dǎo)出斷路器200內(nèi)沒(méi)有執(zhí)行測(cè)量的位置處的電流的電流傳感器的某些組合。例如，如果利用電流傳感器210和213，則位置212處的電流可以從分別在210和213處測(cè)量的電流的差值推斷出，并且在215處的電流等于在213處測(cè)量的電流。此外，如果使用電流傳感器210、214以及215，那么212處的電流可從210處所測(cè)量電流減去214處所測(cè)量電流減去215處所測(cè)量電流計(jì)算得出。
[0041]根據(jù)電流傳感器的相應(yīng)位置，可以利用不同類型的電流傳感器。優(yōu)選地，電流傳感器210和212是絕對(duì)電流傳感器，即，它們?cè)O(shè)置用于測(cè)量絕對(duì)電流，而如果采用電流傳感器213、214或215，則它足以測(cè)量電流瞬變。例如，羅果夫斯基線圈可用于測(cè)量電流瞬變。
[0042]本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到電流測(cè)量可以連續(xù)地、偶然地或以規(guī)則時(shí)間間隔執(zhí)行。為了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)檢測(cè)斷路器故障的目的，它足以當(dāng)預(yù)計(jì)要發(fā)生內(nèi)部換向過(guò)程時(shí)執(zhí)行電流測(cè)量。換句話說(shuō)，電流測(cè)量可以在接收到切斷信號(hào)后開(kāi)始并且可以在內(nèi)部換向成功完成時(shí)或斷路器故障檢測(cè)裝置已經(jīng)發(fā)現(xiàn)斷路器故障時(shí)停止。然而，電流測(cè)量也可以在任何時(shí)間執(zhí)行。
[0043]參考圖2所描述的斷路器故障檢測(cè)單元的實(shí)施例(諸如單元211)可以基于運(yùn)行適當(dāng)軟件的處理部件、基于電子電路或兩者的組合。也可以來(lái)設(shè)想本發(fā)明的如下實(shí)施例，其基于運(yùn)行實(shí)施按照本發(fā)明的第二方面的方法的軟件的可容易得到的計(jì)算機(jī)或高壓直流系統(tǒng)的現(xiàn)有控制單元，諸如故障保護(hù)單元。
[0044]本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明絕不局限于上述的實(shí)施例。相反，許多修改和變型在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)是可能的。例如，雖然本發(fā)明已經(jīng)按照包括電流傳感器和斷路器故障檢測(cè)單元的直流斷路器來(lái)描述，但是可以設(shè)想本發(fā)明的設(shè)計(jì)為現(xiàn)有直流斷路器的升級(jí)的實(shí)施例。例如，可以設(shè)想包括至少一個(gè)電流傳感器和斷路器故障檢測(cè)單元的斷路器故障檢測(cè)裝置被設(shè)計(jì)以適應(yīng)現(xiàn)有直流斷路器。此外，也可以設(shè)想本發(fā)明的除了實(shí)施本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例的軟件之外還包括電流傳感器的實(shí)施例，該軟件適用于升級(jí)現(xiàn)有故障保護(hù)單元。
[0045]總之，提供了一種用于直流斷路器的斷路器故障檢測(cè)裝置。該斷路器包括并聯(lián)連接的斷路元件和非線性電阻，例如，電涌放電器。該斷路器故障檢測(cè)裝置包括用于測(cè)量從斷路元件換向的電流的電流傳感器，以及斷路器故障檢測(cè)單元。該斷路器故障檢測(cè)單元設(shè)置用于比較所測(cè)量電流與期望值，以及當(dāng)所測(cè)量電流偏離期望值時(shí)判定斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行。本發(fā)明運(yùn)用如下認(rèn)識(shí):對(duì)斷路器故障的改進(jìn)檢測(cè)可通過(guò)監(jiān)測(cè)斷路器的內(nèi)部換向過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，提供了斷路器故障檢測(cè)的方法。
【權(quán)利要求】
1.一種用于直流(DC)斷路器(200)的斷路器故障檢測(cè)裝置，所述直流斷路器包括: 設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)(209)時(shí)中斷直流電路(201)的斷路元件(204)，以及 與斷路元件(204)并聯(lián)連接的非線性電阻(205)， 其中所述斷路器故障檢測(cè)裝置包括: 至少一個(gè)被設(shè)置用于測(cè)量從斷路元件(204)換向的電流的電流傳感器(212，213，214，215)，以及 斷路器故障檢測(cè)單元(211)設(shè)置用于: 比較所測(cè)量電流與期望值，以及 在所測(cè)量電流偏離期望值的條件下，判定斷路器(200)的內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的斷路器故障檢測(cè)裝置，其中斷路器故障檢測(cè)單元(211)進(jìn)一步設(shè)置用于在所測(cè)量電流偏離期望值的條件下判定斷路器單元(204)中斷直流電路失敗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的斷路器故障檢測(cè)裝置，其中斷路器故障檢測(cè)單元(211)進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行而使備用斷路器切斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的斷路器故障檢測(cè)裝置，其中斷路器故障檢測(cè)單元(211)進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行而重新閉合斷路元件(204)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的斷路 器故障檢測(cè)裝置，其中斷路器故障檢測(cè)單元(211)進(jìn)一步設(shè)置用于: 基于所測(cè)量電流和非線性電阻(205)的反電壓，估計(jì)要由非線性電阻(205)耗散的能量的數(shù)量， 比較所估計(jì)能量與預(yù)定值，和 在所估計(jì)能量超過(guò)預(yù)定值的條件下判定非線性電阻(205)過(guò)負(fù)載。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的斷路器故障檢測(cè)裝置，其中斷路器故障檢測(cè)單元(211)進(jìn)一步設(shè)置用于響應(yīng)于判定該非線性電阻過(guò)負(fù)載而重新閉合斷路元件(204)。
7.—種直流(DC)斷路器(200)，包括: 斷路元件(204)，設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)(209)時(shí)中斷直流電路(201)， 與斷路元件(204)并聯(lián)連接的非線性電阻(205)，和 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的斷路器故障檢測(cè)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的斷路器，其中斷路器(200)進(jìn)一步包括與斷路元件(204)并聯(lián)連接的諧振電路(206)。
9.一種用于直流(DC)斷路器(200)的斷路故障檢測(cè)的方法，直流斷路器包括: 斷路元件(204)，設(shè)置用于在接收到切斷信號(hào)(209)時(shí)中斷直流電路(201)，和 與斷路元件(204)并聯(lián)連接的非線性電阻(205)， 其中該方法包括: 測(cè)量從斷路元件(204)換向的電流， 比較所測(cè)量電流和期望值，和 在所測(cè)量電流偏離期望值的條件下，判定斷路器(200)的內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括:在內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行的條件下，判定斷路元件(204)已經(jīng)故障。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括:響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行，使備用斷路器切斷。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括:響應(yīng)于判定內(nèi)部換向過(guò)程未按期望進(jìn)行，重新閉合斷路元件(204)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括: 基于所測(cè)量電流和非線性電阻(205)的反電壓，估計(jì)要由非線性電阻(205)耗散的能量的數(shù)量， 比較所估計(jì)能量與預(yù)定值，和 在所估計(jì)能量超過(guò)預(yù)定值的條件下，判定非線性電阻(205)過(guò)負(fù)載。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括:響應(yīng)于判定非線性電阻(205)過(guò)負(fù)載，重新閉合斷路元件(204)?！?br> 【文檔編號(hào)】H02H7/22GK103597687SQ201180069900
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月4日
【發(fā)明者】L-E·朱赫林 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司