用于低压和中压应用的改进的跳闸监视继电器

摘要

一种用于低压和中压应用的跳闸电路监视(TCS)继电器，操作上能够连接到低压或中压设备的跳闸电路，所述TCS继电器包括用于检测所述跳闸电路中流动的电流的第一装置，用于检测所述跳闸电路中流动的电流的连续分量的第二装置，用于检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的第三装置，用于使能检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的第三装置的第一使能装置，信号生成装置，其输入连接到分别检测所述跳闸电路中流动的电流的连续分量和脉冲的存在的所述第二和第三装置，输出连接到控制装置，控制装置操作上能够连接到警报生成装置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于低压和中压应用的改进的跳闸电路监视继电 器(Trip Circuit Supervision relay)。本发明的跳闸电路监视继电器 方便地用于低压或中压设备(例如断路器，接触器，断开器)的跳闸 电路中。包括这里说明的跳闸电路和跳闸电路监视继电器的低压或中 压设备也是本发明的一部分。为了本申请的目的，术语中压是指1到 50kV之间的范围内的应用，低压是指低于1kV的范围内的应用。

背景技术

参照图1，象中压断路器那样的设备中的传统跳闸电路10例如通 过开关13来控制开路和闭合驱动器12(即，驱动开路和闭合操作的 机制/电子线路)。

在传统的机械断路器中，驱动器12是由电磁体构成的分路释放装 置，释放一弹簧。结果是，弹簧执行所需的开路或闭合操作。在现代 的断路器和开关中，跳闸电路10驱动电子装置12的二进制输入。电 子装置12，例如功率和控制单元，处理从跳闸电路10接收的命令并 驱动致动器(未示出)，例如电机，电磁体等，以操作断路器和开关。

所有情况下，为了具有高可靠性的应用，重要的是连续检查跳闸 电路10来确保其在需要时工作。为此目的，通常使用跳闸电路监视 (TCS)继电器11，所述TCS继电器能够检测跳闸电路10的功能并 例如通过闭合触点14来产生警报信号15。

普通的跳闸电路监视继电器11被设计为检查跳闸电路10的低阻 抗，并检测何时跳闸电路10变成开路。这种情况在连接被断开或者电 磁体绕组被过电流烧断时发生。

然而，开路只是分路释放装置的潜在故障模式之一。现代的低压 和中压设备，例如中压断路器，使用带有电子驱动器12的分路释放装 置，这样的分路释放装置显著减小了开路故障的可能性。但是，不能 由上述类型的普通跳闸电路监视继电器检测的其它故障模式则更有可 能发生。

另一类型的跳闸电路监视继电器连续测量分路释放装置绕组电 阻。原则上，此跳闸电路监视继电器能够检测绕组中的任何故障。遗 憾的是，它仅可以用于没有电子驱动器的电磁致动器。

事实上，已有的跳闸电路监视继电器都不能检测功率和控制单元 的二进制输入的电路中的例如二进制输入(或分路释放装置)的短路 或任何其他类型的故障，因为电流可以继续在跳闸电路中流动。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种解决上述问题的用于低压和中压应 用的跳闸电路监视继电器。

更具体地，本发明的目的是提供一种用于低压和中压应用的跳闸 电路监视继电器，在故障检测功能方面具有改进的性能。

作为另一目的，本发明旨在提供一种跳闸电路监视继电器，它能 够检测功率和控制单元处的短路状态，以及检测功率和控制单元自身 中使用的二进制输入的功能。

本发明的再一目的是提供一种跳闸电路监视继电器，它能够检测 功率和控制单元的HW或SW中的故障。

本发明的又一目的是提供一种跳闸电路监视继电器，它能够检测 低压或中压设备的致动器中的故障并发出信号。

本发明的又一目的是提供一种跳闸电路监视继电器，它能够检测 跳闸电路监视继电器自身的内部故障。

本发明的再一目的是提供一种跳闸电路监视继电器，它能够容易 并且有效地与已有低压和中压设备接口。

本发明的再一目的是提供一种用于低压和中压应用的跳闸电路监 视继电器，易于制造并且成本有竞争力。

因此，本发明涉及一种用于低压和中压应用的跳闸电路监视继电 器，操作上能够连接到低压或中压设备(诸如断路器，接触器，断开 器)的跳闸电路。

本发明的跳闸电路监视继电器包括：检测所述跳闸电路中流动的 电流的第一装置；检测所述跳闸电路中流动的电流的连续分量的第二 装置；检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的第三装置；使 能检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的所述第三装置的第 一使能装置；信号生成装置，其输入连接到分别用于检测所述跳闸电 路中流动的电流的连续分量和检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲 的存在的所述第二和第三装置，其输出连接到控制装置，该控制装置 操作上可连接到警报生成装置。

另一方面，本发明涉及一种低压或中压设备，例如断路器，接触 器，断开器等，其特征在于，该装置包括操作上连接到这里所描述的 跳闸电路监视继电器的跳闸电路。

以此方式，能够克服已知的跳闸电路监视继电器的某些缺点和不 足。实践中，由于检测所述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的第 三装置，能够连续地执行跳闸电路的完全故障分析，如后面更好地说 明的，由此检测跳闸电路中任何单个故障点。此外，由于所述检测所 述跳闸电路中流动的电流中脉冲的存在的第三装置可以选择性地被使 能，如后面更好地说明的，就能够利用已有产品和设备来接口该跳闸 电路监视继电器，由此对于传统的和改进的应用都利用同一继电器。

优选地，根据本发明的跳闸电路监视继电器包括检测所述跳闸电 路监视继电器的状态的第一自诊断装置。在此情况下，本发明的跳闸 电路监视继电器方便地包括使能所述第一自诊断装置的第二使能装 置。

有利地，所述控制装置可以包括控制逻辑。

替代地，所述控制装置可以包括能够连接到所述警报生成装置的 一对振荡触点。

在后一种情况下，根据本发明的跳闸电路监视继电器的一种可能 实施例预见到所述第一自诊断装置包括调制所述一对振荡触点的状态 的脉冲发生器。优选地，所述脉冲发生器由所述第二使能装置使能。

在根据本发明的低压或中压设备的优选实施例中，跳闸电路操作 上连接到驱动所述低压或中压设备的致动器的功率和控制单元，所述 功率和控制单元包括驱动所述致动器的功率驱动器和二进制输入，二 进制输入检测施加在所述功率和控制单元的输入端子处的电压并控制 所述功率驱动器。

有利地，所述功率和控制单元可以包括第二自诊断装置，用于检 查所述功率和控制单元的功能。

在根据本发明的低压或中压设备的更优选的实施例中，所述功率 和控制单元包括电流发生器，用于在所述跳闸电路中驱动脉冲电流。 在此情况下，所述脉冲电流可以由用于检测所述跳闸电路中流动的电 流中脉冲的存在的所述第三装置在所述跳闸电路监视继电器中检测 到。

优选地，在所述功率和控制单元的软件或硬件发生故障的情况下， 所述第二自诊断装置中断所述脉冲电流。

再有，在所述致动器中检测到故障的情况下，所述功率和控制单 元可以有利地中断所述脉冲电流。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从根据本发明的用于低压或中压应用 的跳闸电路监视继电器的优选但并非排他的实施例以及根据本发明的 低压或中压设备的优选但并非排他的实施例中体现，附图中提供了这 样的实施例的非限定性例子，其中：

图1是包括根据现有技术的跳闸电路监视继电器的跳闸电路的例 子的方框图；

图2是根据本发明的跳闸电路监视继电器的一般实施例的方框 图；

图3是根据本发明的跳闸电路监视继电器的第一特定实施例的方 框图；

图4是用于根据本发明的低压或中压设备中的包括根据本发明的 跳闸电路监视继电器的跳闸电路的方框图。

具体实施方式

参考图2，跳闸电路监视继电器更广义的定义由附图标记1表示， 它连接到跳闸电路100(仅部分示出)。跳闸电路监视继电器1包括 检测所述跳闸电路100中流动的电流的第一装置2，该第一装置2例 如可以是传统的电流传感器。

跳闸电路监视继电器1还包括用于检测所述跳闸电路100中流动 的电流的连续分量的第二装置3，以及用于检测所述跳闸电路100中 流动的电流中脉冲的存在的第三检测装置4。用于检测所述跳闸电路 100中流动的电流中脉冲的存在的第三装置4可以由第一使能装置5 通过例如脉冲检测使能命令51使能，如后面将更好地说明的。

此外，本发明的跳闸电路监视继电器1还包括信号生成装置6， 其输入连接到分别用于检测所述跳闸电路100中流动的电流的连续分 量和脉冲的存在的所述第二装置3和第三装置4。到第三检测装置4 的连接仅在所述第三检测装置4被第一使能装置5使能时是有效的。

信号生成装置6的输出连接到控制装置7，控制装置7操作上可 连接到警报生成装置15。

实践中，当用于检测所述跳闸电路100中流动的电流中脉冲的存 在的第三装置4未被使能时，本发明的跳闸电路监视继电器1可以作 为传统TCS工作，仅检测跳闸电路100中电流的存在(通过检测电流 的连续分量的第二装置3)并在检测到故障时产生相应的警报信号15。 因此，考虑到这一点，跳闸电路监视继电器1也可以利用在故障检测 方面不具有增强特征的已有的产品和设备来操作。

当使能信号51被发送到第一使能装置5时，本发明的跳闸电路监 视继电器1还检测所述跳闸电路100中流动的电流中脉冲的存在(通 过用于检测所述脉冲的存在的第三装置4)，由此能够检测跳闸电路 中任何单个故障点并发出故障信号，如下面将更好地说明的。

参考图3，在根据本发明的跳闸电路监视继电器1的优选实施例 中，该继电器1还包括第一自诊断装置8，用于检测所述跳闸电路监 视继电器1的状态。所述自诊断装置8可以优选地总是激活的，也可 以根据需要通过用于使能所述第一自诊断装置8的第二使能装置9而 被选择性激活。

因此，当自诊断装置8被使能时，能够检查跳闸电路监视继电器 1的状态并在故障情况下产生警报信号15。

值得注意的是，当自诊断装置8和检测所述跳闸电路100中流动 的电流中脉冲的存在的第三装置4都被使能时，能够检测跳闸电路100 中的任何单个故障点，包括跳闸电路监视继电器1自身。利用传统的 TCS继电器从未获得过这样的结果。

根据本发明的跳闸电路监视继电器1的的一个可能的实施例，所 述控制装置7包括控制逻辑。

替代地，如图3所示，所述控制装置7可以包括一对振荡触点71， 72。这样的情况下，所述第一自诊断装置8可以方便地包括调制所述 一对振荡触点71，72的状态的脉冲发生器。这产生类似于能被另一智 能电子装置(未示出)检测到的监控信号(watchdog)的信号。图3 中触点71，72的位置对应于这样一种情况，即跳闸电路监视继电器1 未被供能，这也匹配一种故障状态。这样的情况下，触点71直接提供 警报信号15。相反，当跳闸电路中流动的电流和脉冲这二者都被跳闸 电路监视继电器1检测到时，触点71，72处于激活位置(对应于OK 状态信号)。

有利地，当脉冲发生器存在于跳闸电路监视继电器1的第一自诊 断装置8中时，所述脉冲发生器可以由所述第二使能装置9使能。

当跳闸电路监视继电器1的自诊断功能未被使能时，不产生脉冲， 并且触点71，72的状态不被调制。在这样的情况下，能够利用串联到 跳闸电路100的冗余的跳闸电路监视继电器来增加系统的可靠性。

参考图4，现在将说明低压或中压设备中根据本发明的跳闸电路 监视继电器1的典型应用。

通常，低压或中压设备，例如断路器，包括跳闸电路100，跳闸 电路监视继电器1连接到跳闸电路100。

跳闸电路100操作上还连接到功率和控制单元20，后者驱动所述 低压或中压设备的致动器30。

所述功率和控制单元20通常包括驱动所述致动器30的功率驱动 器21和二进制输入22，二进制输入22检测所述功率和控制单元20 的输入端子处施加的电压并控制所述功率驱动器21。因此，取决于所 述电压，适当的开路/闭合命令被发送到致动器30以便执行期望的开 路/闭合操作。这可以通过闭合触点13来实现，由此闭合跳闸电路100 并命令功率和控制单元来操作致动器，以便执行期望的开路/闭合操 作。

有利地，所述功率和控制单元20还包括第二自诊断装置23，用 于检查所述功率和控制单元20的功能。此外，所述功率和控制单元 20包括电流发生器24，用于在所述跳闸电路100中驱动脉冲电流。

功率和控制单元20可以具有可选的电源输入40或者可以直接从 跳闸电路获得电能。

如图4所示，所述第二自诊断装置23控制电流发生器24，当未 检测到故障时，电流发生器24在所述跳闸电路100中驱动脉冲电流； 所述脉冲电流然后在所述跳闸电路监视继电器1中被用于检测所述跳 闸电路100中流动的电流中脉冲的存在所述第三装置4检测到。

当功率和控制单元20发生内部故障(软件或硬件)或者致动器 30中发生故障时，第二自诊断装置23停止电流发生器24，并且不再 在跳闸电路100中驱动脉冲电流。其结果是，所述第三装置4在跳闸 电路监视继电器1中检测不到脉冲电流，并且产生警报信号15。

当跳闸电路开路时(触点13打开时)诊断功能工作。在此情况下， 电流流经功率跳闸电路监视继电器1和和控制单元20的电流发生器 24。

从以上可以看出，很显然本发明的跳闸电路监视继电器1完全实 现了预期的目的。特别地，由于使用了根据本发明的跳闸电路监视继 电器1，能够在跳闸电路的任何点进行完全的故障检测。

实践中：

-由跳闸电路监视继电器1检测功率和控制单元20的输入处的短 路情况，因为这种故障的结果是不再以脉冲方式产生跳闸电路100中 的电流；

-功率和控制单元20的软件或硬件故障引起第二自诊断装置23停 止电流发生器24并且不再在跳闸电路100中驱动脉冲电流；

-当在致动器中检测到故障时，功率和控制单元20停止电流发生 器24，由此中断跳闸电路100中的脉冲电流。

在所有情况下，所述第三装置4在跳闸电路监视继电器1中检测 不到脉冲电流，并且产生警报信号15。

此外，当第一自诊断装置和脉冲发生器8被使能时，跳闸电路监 视继电器1的所述一对振荡触点71，72的可能的故障情况，例如短路， 可以被检测到，由此获得整个跳闸电路100(包括跳闸电路监视继电 器1)的完全故障控制。

这样构想的用于低压和中压应用的跳闸电路监视继电器以及包括 所述跳闸电路监视继电器的低压或中压设备可以进行各种修改，这些 都包括在本发明构思的范围内。此外，这里描述的所有部件都可以由 技术上等同的其它的部分替代。实践中，根据需要和本领域技术状态， 设备的部件材料和尺寸可以具有任何性质。