专利名称：用于维修配电母线的装置和方法
技术领域：
本发明涉及对维修配电母线人员提供保护的安排，特别涉及用断路器将配电母线接地的装置和方法。
在维修期间，利用接地开关来消除配电母线中的电压。然而，电压有可能反馈到配电母线上。例如，配电母线可以是双馈供电，在配电母线上可能有反馈变压器，或者可能有其它的错误。
现行的要求需要接地开关能在两个故障时闭合并仍然运行。然而，在新的要求下，接地开关必须在五个故障时闭合并仍然运行。
在一个故障时闭合会引起电弧。电弧又引起触点材料熔化，这种情况可以造成触点的焊在一起。如果金属仍是流体时触点不开路，则产生一个粗糙的表面。由现在粗糙表面上的尖端所引起的电压集中，造成电弧下次甚至更早的起弧，并可能导致触点永久焊接在一起。通常用作接地开关的铜制空气刀形开关不能满足五个故障闭合的要求。它们将焊接在一起或者毁坏。研制一种能在一个故障闭合五次而仍然起作用的专用选择器开关价格太贵。
断路器是在大电流下闭合，即使这样，经多次大电流闭合后，它仍会产生触点变差的情况。甚至在可以比空气刀形开关经受大得多电流的真空断路器上，也是这样。在用断路器情况下普遍的做法是，在接近进入故障时立即脱扣(trip)。这样，金属仍然熔化，并在触点分开之后形成一个平滑的表面。另外对断路器来说，通常有一个辅助开关，该辅助开关提供主触点开/关状态的指示。在某些情况下，这些辅助断路器开关具有一个时延。该时延用来防止断路器闭合时脱扣，以便在该断路器闭合时，让下游其它断路器对故障作出响应。
对维修配电系统中负载的人员提供保护方面，有改进的空间。
更具体地说，本发明针对一种为维修配电母线提供保护的方法，该配电母线通过断路器的主触点连接到主母线上，该方法包括以下步骤将断路器在主触点和主母线之间接地，闭合断路器的主触点，当电流在闭合主触点之后一个预定的时间周期内流过主触点时，没有延迟地使主触点开路。该方法还包括如果断路器在主触点和主母线之间接地情况下，只是主触点已闭合选定的时间周期之后电流才开始流过主触点，则阻止主触点开路。在这后一种情况下，提供一个报警信号表明没有脱扣条件。
本发明还针对当维修一个从主母线馈电的配电母线时提供保护的装置，该装置包括一个具有若干主触点并连接到主母线上的断路器。一个接地开关连接到断路器和主母线上。接地开关具有一个断路器连接到主母线上的第一状态，和一个接地的第二状态。断路器包括一个保护电路，该保护电路在接地开关处于第二状态，亦即接地的情况下工作，以便只有当主触点闭合后在一选定的时间周期内电流流过主触点时，才使断路器的主触点开路。保护电路可以包括一个辅助开关，该辅助开关在主触点开路时具有一个第一状态，并在主触点闭合后经过选定的时间转变到第二状态。保护电路还包括一个电流检测器和一个脱扣(trip)电路，该电流检测器检测流过闭合主触点的电流，而脱扣电路响应辅助开关处于第一状态，接地开关对处于第二状态，以及通过电流检测器检测电流的情况，以便没有延迟地产生一个脱扣信号。断路器还包括一个操纵机构，用于使主触点随着脱扣信号而开路。优选的是，脱扣电路包括周期取样的装置，该装置周期取样接地开关状态、辅助开关状态和电流检测器检测的电流，并且只当在预定数量的样品之后才产生一个脱扣信号，所述取样为接地开关处于第二状态，辅助开关处于第一状态，并检测电流。预定的样品数如此选定，以使它在少于一个电流周期，优选的是在周期的约一半中产生。脱扣电路可以用电流检测器检测的电流操纵。
图2是在断路器通电流时闭合，接地选择器开关处于接地位置情况下，
图1装置的时间图。
图3示出图2各状态的某些参数的渐变状况。
图4是类似于图2的时间图，但用于断路器已经闭合选定的时间间隔后电流开始流动的状态。
图5与图3相似，但用于图4的各状态。
图6是构成图1装置一部分的脱扣电路的逻辑流程图。
优选实施例说明图1示出一个电力系统1，该电力系统1包括一个馈电给一个配电母线5的主母线3，该配电母线5又把电力供给各负载(未示出)。一个断路器7，如一个中压真空断续器，具有负载终端9和线路终端11，该负载终端9连接到配电母线5上，而线路终端11与一个接地选择器开关13串联连接到主母线3上。接地选择开关13具有三种状态一个第一状态，在该第一状态，开关13通过一个终端13a连接到主母线上；一个第二状态，在该第二状态，开关13通过一个第二终端13b连接到地15；和一个第三状态，在该第三状态中连接到一个开路终端13c上。
断路器7具有主触点17，主触点17可以通过操纵机构20的脱扣执行机构19自动打开。断路器还包括脱扣装置21形式的信息(intelligence)，该脱扣装置21通过一个电流检测器23检测流过主触点的电流。这个脱扣装置21可以通过由电流检测器检测的电流供能，并因此，除非电流流过断路器7，否则不能工作。
断路器具有一个辅助开关25，提供一个指示各主触点17开/关状态的信号。当主触点17开路时，这个辅助开关25闭合，并且在闭合主触点17时，辅助开关25在打开时具有一个机械延迟。这种延迟短到足以防止断路器在出现故障闭合时损坏，但长到足以确认不安全状况并避免误脱扣。在本发明的示范性实施例中，延迟时间约为20-25ms。断路器辅助开关25所产生的信号被提供给脱扣装置21。此外，用机械方法连接到选择器开关13上的一个选择开关辅助开关27，提供接地选择器开关13状态的指示。当选择器开关13处于接地位置时闭合，该开关27也把一个信号提供给脱扣装置21。
尽管为清楚起见以单线示出，但电力系统，包括主母线3和配电母线5，以及包括主触点17和电流检测器23的断路器，和选择器开关13，都可以是多相，尤其是三相的。此外，为可靠性目的，可以提供多余的断路器辅助开关25和选择器开关辅助开关27。脱扣电路21、电流检测器23、断路器辅助开关25，选择器开关辅助开关27和脱扣执行机构19形成一个保护电路28，该保护电路28在下面所规定的条件下，控制断路器7主触点17的开路。
脱扣装置21提供常规的过流和短路保护，并且此外，提供在配电母线上维修期间的保护。当进行这种维修时，接地选择器开关13被置于第二状态中，也就是说，掷刀处于图1中所示的接地位置，同时断路器的主触点7开路。然后将断路器的主触点7闭合。这使配电母线5接地，以便为在配电母线上工作的人提供安全条件。然而，如上所述，配电母线5可能会从另一个点供电。例如，配电母线5可以通过另一个不开路的断路器双路馈电，可以通过一个变压器反馈，或者可以由于某种别的误差而被供电。
如果当断路器7在接地选择器开关处于接地位置的情况下闭合时，配电母线5通过某个另外的电源供电，则脱扣装置21通过产生一个脱扣信号而响应，该脱扣信号在没有任何有意延迟的情况下启动脱扣执行机构19，以便使主触点7开路，并因此通过断路器和接地选择器开关接地而终止故障。然而，如果当断路器主触点17在接地开关处于接地位置情况下闭合时没有电流流动，则为在配电母线上工作的人建立了一个安全条件。倘若配电母线5随后被另一个电源通电，同时使电流开始流过断路器主触点17，并使接地选择器开关13接地，则不希望主触点开路，以便使配电母线5保持在接地电位。如果当工人维修配电母线5时，主触点7随着稍后形成的电流而打开，则他们会暴露在一个危及他们的安全的高电位下。
响应断路器主触点7闭合时断路器辅助开关25的操作延迟，给脱扣装置21提供区分下列情况所必需的信息，即接地选择器开关处于接地位置时断路器通电流而闭合的状态，与断路器主触点已闭合一段时间而接地选择器开关处于接地位置的情况。
图2是由于闭合断路器7而导致电流的情况下，各种参数的时间图。这样，正如由头两条迹线所看到的，主触点刚一闭合，电流就开始流动。在这个特定的断路器中，当断路器主触点17开路时，辅助开关25闭合。由于在开关25中的机械延迟，在主触点17已经闭合之后，它仍然闭合，如第三条迹线所示。微处理器控制的脱扣装置21由该电流供电。这样，正如图2中第四条迹线所表明的，在脱扣装置开始工作时有一个延迟。一旦脱扣装置被供电，它就开始对由电流传感器23所提供的电流信号、断路器辅助开关25的状态、及接地选择器辅助开关27的状态进行采样。在示范性的脱扣装置21中，以每周期8个样的速率，或约每2ms一个进行取样。这种取样速率是任意的，并且可以用其它速率。对预定数量的样品，监测所述的状态，以便消除由瞬时状态所造成的有害的脱扣。在所示的例子中，在产生脱扣执行机构信号之前取四个样。正如从图2中可以看出的，这四个样品中每个样品电流都在流动，接地位置选择器辅助开关27闭合，表明开关处于接地位置，而断路器开关25闭合，表明断路器主触点17刚闭合上。从图2可以看出，在主触点开路终止电流流动之前，脱扣执行机构信号之后有一个机械时延。在这个例子中还可以看出，断路器辅助开关25转换到开路状态，表明主触点17在脱扣信号重新使主触点开路之前，已经闭合了由机械延迟所形成的选定时间间隔。然而，它与主触点重新开路之前断路器辅助开关25是否响应无关。操作参数是，断路器辅助开关25保持闭合选定的时间间隔，在这种情况下，选定的时间间隔是主触点17闭合后取四个样所需的时间。
图3示出在主要是图2所示情况的条件下，取样期间各选定参数的状态。可以看出，在脱扣装置微处理器加电时，接地选择器开关的状况被全都初始化为零，而断路器辅助开关的状况被全部初始化为1。在这一点处，还未检测出电流，并且没有产生脱扣信号。在第一个样品处，选择器开关的第一数字改变到1，表明选择器开关处于接地位置。同样，辅助开关状况的第一数字改变到零，表明辅助开关仍然闭合。另外，在第一样品上，已检测到电流，但还没有产生脱扣信号。随着这些条件在以后的样品上继续，到第四个样品，选择器开关状况全都改变到1，同时辅助开关状况全都改变到零并产生一个脱扣信号。
图4示出闭合断路器7而没有开始产生电流的情况的时间图。在这种情下，断路器主触点17已闭合足够长时间使断路器辅助开关25已打开。因此，当由另一个电源引起的电流开始如第一迹线所示那样流动时，接地位置选择器开关27如第五条迹线所示闭合，而断路器辅助开关25如第三条迹线所示打开。结果，当脱扣装置加电并开始采集样品时，由于主触点已闭合比断路器辅助开关延迟时间更长的时间，所以断路器辅助开关打开，并且不再产生脱扣信号，如图4底部迹线所示。
图5示出用于图4中所述情况所列举参数的状况，其中断路器已闭合了选定的时间间隔，该时间间隔由电流开始流动时断路器辅助开关25的延迟时间设定。这样，还在加电处，选择器开关状况全都是零，而辅助开关状况全都为1，并且还没有检测电流。在第一个样品处，检测到选择器开关13要接地，以便其状况第一数字改变为1。然而，由于辅助开关15在这点处是打开的，表明主触点17已闭合了辅助开关的延迟周期，其状况不变。当然在第一样品上检测到电流。但没有产生脱扣信号。当同样的条件在后面的样品上继续时，到第四样品，选择器开关状况全都变为1，而辅助开关状况仍然全都为1，并且即使检测出电流，也不产生脱扣信号。
图6是脱扣装置21的微处理器运行的程序29的流程图，用于实施上述逻辑。这样，在31处表示的加电处，选择器开关13和断路器辅助开关25的状态被初始化到图3和5中所示的值。然后在33处读出断路器辅助开关25和接地选择器开关13的输入。接着，在35处检验断路器辅助开关25是否闭合。因为这是整个程序的第一次，所以不管开关是否如有如参照图3和5所述的那样实际上闭合，断路器辅助开关状况都不能“闭合”。因此，在41处检测选择器开关是否闭合，即是否与地连接。另外，因为这是第一遍(first pass)，选择器开关的状况不能“闭合”，而不管开关的实际位置。因此，在43处接地标记复位，并且脱扣装置在45处进行过流和短路标准保护算法。
然后使程序循环回到方框33，在此处采集另一组样品。当经过同样条件时，亦即断路器辅助开关25和选择器开关13还不能具有闭合状况，像第一个样品那样，完成了同样的循环。当在33处采集第四个样品时，如果断路器选择器开关在35处闭合，并且当在37处检测出电流流动时，则在39处设定接地标记，以便表明断路器在通电流时已经闭合。如果选择开关在41处没有闭合，表明它不处于接地位置，则在43处复位接地标记，并如上所述在45处进行正常保护算法。然而，如果在第四个样品之后，在41处检测到选择器开关处于闭合，并在47处确定设定接地标记，则在49处立即产生一个脱扣信号。这也是在接地选择器开关处于接地位置，闭合断路器使电流流动的情况。
另一方面，如果在第四或后面的样品处，断路器辅助开关在35处闭合，而在37处没有电流流动，因此在39处没有设置接地标记，但在41处表明选择器开关的状况现在是闭合的，那么在51处，脱扣装置显示“小心没有脱扣模式”。只是在没有电流流过断路器来给脱扣装置加电时，如果有辅助电力存在来操纵脱扣装置微处理器时，才发出这种报警。在断路器已闭合比断路器辅助开关的延迟时间更长的时间，以使断路器辅助开关在35处不闭合，而选择器开关在41处闭合之后，由于在47处没有设定接地标记，所以将没有脱扣信号产生。只是有辅助电力的情况下，才在51处发出“小心没有脱扣模式”的报警。这后一种情况会出现在断路器已经闭合比断路器辅助开关选定的延迟时间更长，而没有开始检测出任何电流的地方。即使电流随后流动，这个断路器将仍然处于闭合状态。
从上面说明可以看出，本发明包括保护维修配电母线人员的方法，该方法通过将断路器在主母线一侧接地，然后闭合断路器而实现，从主母线的馈电是通过断路器进行的。如果在断路器闭合之后的一个选定的时间间隔内，检测出电流流过断路器主触点，则主触点立即重新开路。另一方面，如果在主触点闭合之后，在选定的时间间隔内没有检测出电流，那么即使在选定的时间间隔之后，即使接地选择器开关处于接地位置，并应该检测出电流，主触也不会重新开路。
因此，正如从上面说明可以看出的，只是在断路器最初闭合时检测出电流，配电母线与地的连接才中断。另外，可以看出，中断是通过断路器而不是通过接地选择器开关进行的。因此，接地选择器开关不必设计成中断大的故障电流，大的故障电流是在配电母线接地时通电产生的。而是用更能中断这种大故障电流的断路器实施中断。此外，当电流流动时，断路器主触点打开，以便各触点不会变得粘接或产生一个粗糙的表面。而且，利用由脱扣装置施加的信息，如果接地连接形成时已被供电，则通过使配电母线与接地连接分开来自动保持一个安全条件，但如果已经形成了适当的接地来保护可能在接地孔电母线上工作的人员，则安全条件不通过使配电母线与地分开来自动保持。
尽管已经详细说明了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应该理解，就公开的全部教导而言，可以研究出各种修改和变化。因此，这里所公开的特别配置只是说明性的，而没有限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及等同方案给出。
权利要求
1.一种用于在对从主母线(3)供电的配电母线(5)维修期间提供保护的装置，该装置包括一个断路器(7)，具有主触点(17)，并适合于连接到所述配电母线(5)上；和一个接地开关(13)，连接到所述断路器(7)上并适合于连接到所述主母线(3)上，该接地开关(13)具有一个第一状态和一个第二状态，在第一状态所述中断路器(7)连接到所述主母线(3)上，而在第二状态中所述断路器(7)连接到地(15)；所述断路器(7)包括一个保护电路(28)，该保护电路(28)与第二状态下的接地开关一起工作，以便只有在主触点(17)闭合后电流在选定的时间周期内流过主触点(17)，才使主触点(17)开路。
2.根据权利要求1的装置，其中所述保护电路(28)包括一个辅助开关(25)、一个电流检测器(23)、一个脱扣电路(21)、和一个操作机构(19)，所述辅助开关(25)当主触点(17)开路时具有一个第一状态，并在主触点(17)闭合后一个选定的时间转变成一个第二状态，所述电流检测器(23)检测流过闭合主触点(17)的电流，所述脱扣电路(21)对接地开关处于第二状态，辅助开关处于第一状态，及电流检测器检测电流作出响应，没有延迟地产生一个脱扣信号，而操纵机构(19)响应脱扣信号打开主触点(17)。
3.根据权利要求2的装置，其中所述脱扣电路(21)包括对接地开关(13)状态、辅助开关(25)状态、及用电流检测器(23)检测的电流周期采样的装置(29)，并且只在预定数量的样品之后才产生一个脱扣信号，在这些样品中接地开关(13)处于第二状态，辅助开关(25)处于第一状态，并且电流被检测。
4.根据权利要求3的装置，其中所述脱扣电路(21)对出现在少于一个电流周期内的预定的样品数量产生一个脱扣信号。
5.根据权利要求4的装置，其中所述脱扣电路(21)对出现于约半个周期内的预定的样品数产生一个脱扣信号。
6.根据权利要求2的装置，其中所述脱扣电路(21)由所述电流检测器(32)供电。
7.一种用于对配电母线(5)的维修提供保护的方法，该配电母线(5)通过断路器(7)的主触点(17)连接到主母线(3)上，该方法包括在主触点(17)开路情况下，将断路器(7)接地(15)而不是连接到主母线(5)上；闭合主触点(17)，以便通过断路器(7)的主触点(17)将配电母线(5)接地(15)；和当电流在主触点(17)闭合后在选定的时间周期内流过主触点(17)时，在没有延迟时间情况下，使断路器(7)的主触点(17)开路。
8.根据权利要求7的方法，其中如果电流在主触点(17)闭合选定的时间周期之后流过主触点(17)，中断主触点(17)的开路。
9.根据权利要求8的方法，其中中断主触点(17)开路还包括提供一个警告信号，该警告信号指出，电流只是在主触点(17)闭合选定的时间周期后才开始流动。
全文摘要
对维修配电母线(5)提供保护是通过将断路器(7)的线路侧(11)接地,然后闭合断路器(7)来实现的,所述配电母线(5)通过该线路侧馈电。断路器(7)的脱扣装置(21)除了正常的保护逻辑之外,包括逻辑(29),如果在闭合接地的断路器(7)时检测到电流,该逻辑(29)毫不延迟地使断路器主触点(17)开路。然而,如果接地的断路器(7)已经闭合一个选定的时间周期后检测到电流,则通过不操纵断路器(7)将配电母线(5)保持在零电位。一个具有机械延迟的断路器辅助开关(25)提供断路器(7)闭合之后选定时间间隔的指示。
文档编号H02H1/06GK1423385SQ0215388
公开日2003年6月11日 申请日期2002年12月4日 优先权日2001年12月7日
发明者F·J·马钱德, J·L·拉格雷, J·J·马茨科, N·戴维斯, R·A·约翰逊 申请人:伊顿公司