确定开关单元的状态的制作方法

1.本发明涉及一种用于检测开关单元的状态的方法。
2.本发明还涉及实施这种方法的开关单元。


背景技术：

3.向电力负载供电的线路通常包括至少一个开关单元。开关单元包括用于致动成对的触头的机构，所述触头相对于彼此可移动，以断开或在必要时使电流流动。
4.开关单元的致动机构的故障会产生严重的后果，例如通过在触头之间的不良相互位移期间出现不希望的电弧。
5.另外，为了确保令人满意的维护，目前有必要定期检查这种开关单元的良好机械性能和良好操作。
6.然而，尽管总体上令人满意，但是该维护可能被证明是不足的，因为可以在进行检查之后就出现问题，因此仅能下一次维护操作时才发现为时已晚。
7.此外，这些维护操作需要关闭开关单元的操作，有时需要长时间和繁琐的某些元件的拆卸/重新组装。
8.最后，这些维护操作使得不可能区分一方面开关单元的潜在的关键和严重故障，以及另一方面问题相对较少的故障，问题相对较少的故障通常与固有磨损或逐渐老化有关，这是开关单元元的件固有的，但仍允许开关单元工作。
9.因此，本发明的目的之一是提出一种简单、可靠且具有成本效益的，用于检测开关单元的状态的方法，该方法可以确保更有效地对其操作进行维护和诊断。


技术实现要素：

10.本发明改善该情形。
11.提出了一种用于检测开关单元的状态的方法，该开关单元包括在第一位置和第二位置之间可移动的元件，对于指数k大于或等于2的迭代，该方法包括以下步骤：
12.a)获取至少一个测量值，所述测量值指示在指数k的迭代中所述可移动元件(5)在第一位置和第二位置之间的位移；
13.b)至少将给定迭代k中获取的测量值与先前迭代1至k-1中获取的测量值的第一集合进行比较；
14.c)基于步骤b)中得到的比较，产生第一警报，指示所述开关单元处于不可用状态；
15.d)至少将给定迭代k中获取的测量值与先前迭代1至k-1中获取的测量值的第二集合进行比较；和
16.e)基于步骤d)中获得的比较，产生第二警报，指示所述开关单元处于退化状态。
17.以这种方式，获得了开关单元的诊断，该诊断代表了开关单元的元件的机械状态的真实情况，而不仅仅是模拟情况。
18.此外，本发明可以区分需要紧急维护的不可用状态和仅需要加强监视和维护的退
化状态，以确保开关单元的正确操作。
19.可以可选地实施以下段落中列出的特征。它们可以彼此独立地或彼此组合地实现。
20.根据一个实施例，第一集合包括，有地地包含，在迭代k-l和k-1之间获取的测量值，l是大于或等于1的整数。
21.根据另一实施例，通过应用chauvenet准则来执行在步骤b)中获得的比较。
22.根据另一实施例，根据以下公式进行步骤b)中获得的比较：
23.[公式1]
[0024][0025][0026][0027]
根据另一实施例，第二集合包括，有地地包含，在迭代n和n+m-1之间获取的测量值，n和m是大于或等于1的整数。
[0028]
根据另一实施例，根据以下公式进行步骤d)中获得的比较：
[0029]
[公式2]
[0030][0031][0032][0033]
根据另一实施例，当在步骤b)和/或步骤d)中获得的比较大于阈值时，产生所述第一警报和/或所述第二警报。
[0034]
根据另一实施例，所述测量值对应于所述可移动元件在所述第一位置和所述第二位置之间的位移行程的20％至80％之间的旋转范围。
[0035]
根据另一实施例，所述测量值等于所述可移动元件在位于所述打开位置和所述闭合位置之间的两个中间位置之间的位移的持续时间。
[0036]
根据另一实施例，该方法包括附加步骤：
[0037]
f)存储在步骤a)中获得的指数k的迭代测量值。
[0038]
根据另一实施例，所获取的测量值对应于开关模块在打开位置和闭合位置之间的实际状态转换。
[0039]
还提出了实现根据本发明的方法的开关单元。
[0040]
根据一个实施例，可移动元件是主旋转杆。
附图说明
[0041]
阅读以下详细描述并分析附图后，其他特征、细节和优势将显现，其中：
[0042]
图1是可以实施根据本发明的检测方法的开关单元的模块的特定示例的截面图。
[0043]
图2示意性地表示了图1的开关单元的可移动元件的位移行程，在对应于位移行程的0％的第一位置和对应于位移行程的100％的第二位置之间。
[0044]
图3是根据本发明的检测方法的实施例的示意图。
[0045]
图4a表示在开关模块从闭合位置过渡到打开位置时，可移动元件覆盖其位移行程的25％至75％之间所需时间的测量值的几次获取。
[0046]
图4b表示分数，使得可以比较图4a的每个测量值和包括先前50个测量值的第一集合。
[0047]
图4c表示比率，使得可以比较图4a的每个测量值和包括最先50个测量值的第二集合。
[0048]
图5a表示在开关模块从打开位置过渡到闭合位置时，可移动元件覆盖其位移行程的25％至75％之间所需时间的几次测量值的获取。
[0049]
图5b表示分数，使得可以比较图5a的每个测量值和包括先前50个测量值的第一集合。
[0050]
图5c表示比率，使得可以比较图5a的每个测量值和包括50个测量值获取的第二集合。
具体实施方式
[0051]
附图和描述在下文中对于大部分包含具有一些特征的元件。因此，它们将不仅能够被用来更好地理解本公开，而且在适当时有助于其定义。
[0052]
开关单元
[0053]
图1示出了根据本发明的特定实施例的开关单元的开关模块1，还示出了文献fr2807204。
[0054]
尽管在特定开关单元的上下文中进行了描述，但是本发明不应限于该方面。特别地，可以设想任何其他开关单元架构。可以从开关，断路器，接触器，保险丝开关和自动重合闸中选择开关单元。
[0055]
本发明更特别地适用于中压和/或高压开关单元。在本文件中，术语“中压”和“高压”以其通常接受的含义使用，即术语“中压”表示交流电中大于1000伏，直流电中大于1500伏，但交流电不超过52000伏，直流电不超过75000伏的电压，而术语“高压”是指交流电严格大于52000伏和直流电严格大于75000伏的电压。
[0056]
如以非限制性方式由图1所示的开关单元包括驱动机构(未示出)以及开关模块1。驱动机构可以是任何已知的类型，特别是包括极轴7。例如，它可以是文献ep 0222645，ep 0789380或ep 1347479中描述的类型的机构，其设有包括闭合弹簧的装备和闭合子组件以及包括打开弹簧的打开子组件。
[0057]
参照图1，开关模块1通常还包括真空断路器2，该真空断路器2形成包围固定触头3和可移动触头4的外壳。
[0058]
可移动触头4被配置为相对于固定触头移位，使得开关模块1可以交替地处于打开
位置和闭合位置，在打开位置触头3、4彼此远离，并且在闭合位置触头3、4彼此接触。
[0059]
在真空断路器2的外部，可移动触头4通过绝缘臂6连接到杆5。
[0060]
在运行中，当触头3、4处于打开位置时，闭合弹簧沿逆时针方向驱动极轴7。如图1所示，该运动特别是通过连杆8传递到杆5，杆5沿顺时针方向枢转并压缩弹簧9。然后，闭合力通过弹簧9传递到可移动触头4。
[0061]
当触头3、4处于闭合位置时，打开弹簧沿顺时针方向驱动极轴7。如图1所示，该运动特别是通过连杆8传递到杆5，杆5沿逆时针方向枢转，驱动可移动触头4到打开位置。因此实现了流过固定触头3和可移动触头4的电流的断开。
[0062]
因此，该运动链使得可以限定多个几何旋转轴线，从而允许开关单元的多个可移动元件枢转运动。根据图1的实施例，获得了极轴7的第一几何枢转轴线10，杆5的第二几何枢转轴线11，连杆8相对于极轴7的曲柄的第三几何枢转轴线12，连杆8相对于杆5的第四几何枢转轴线13，和绝缘部件6相对于杆5的第五几何枢转轴线14。
[0063]
其他几何旋转轴线和其他可移动元件也可以存在于开关单元的运动链中，以在打开位置和闭合位置之间进行转换。这些其他几何轴线和其他可移动元件在下文中不详细描述。
[0064]
因此，开关单元包括在其操作中绕几何旋转轴线枢转的多个可移动元件。
[0065]
本发明涉及一种用于基于这些可移动元件中的一个或多个的位移时间来检测开关单元的操作状态的方法。
[0066]
检测方法
[0067]
该方法旨在基于相对于开关单元的可移动元件获取的时间测量值来检测开关单元的状态。因此，有可能知道开关单元的机械性能，并由此得出关于其操作的诊断。
[0068]
可以有利地将可移动元件选择为如上所述的杆5。然而，尤其是如上所述，可以获取关于开关单元的任何其他可移动元件的测量值。
[0069]
图2示出了当开关模块在闭合位置和打开位置之间通过时可移动元件的旋转位移行程，有利地是连续的。在闭合位置，可移动元件处于第一位置，对应于其位移行程的0％。在打开位置，可移动元件处于第二位置，对应于其位移行程的100％。可以以打开位置与关闭位置之间的旋转角度或距离的形式来测量位移行程。
[0070]
在第一位置和第二位置之间，可移动元件穿过中间位置，例如在图2中所示，分别对应于位移行程的25％，50％和75％的位置。
[0071]
根据该方法获得的时间测量值有利地对应于可移动元件在两个中间位置之间的过渡。中间位置可以有利地选自在20％至80％之间的位移行程值的范围，甚至更特别地在25％至75％之间的位移行程值的范围内选择。
[0072]
通过选择这些值的范围，可以消除接近位移行程的0％和100％极限值时观察到的任何不稳定性，这些不稳定性很少代表开关单元的状态，因为它们对各种摩擦、跳闸模式以及在开关模块转换到打开位置和闭合位置时的固有反弹更为敏感。
[0073]
根据所获取的时间测量值，该方法使得可以执行统计分析以检测开关单元的多个状态。
[0074]
有利地，在相对值的基础上进行统计分析，该相对值是通过彼此比较在相同的开关单元上在不同时刻获取的测量值或一组测量值而获得的。因此，这使得可以限制包含难
以预测的外部因素，例如温度或机械振动的发生，否则这些外部因素可能会影响测量值。
[0075]
开关单元的第一状态被限定为不可用状态。在此不可用状态下，开关单元将无法再正常运行。特别是，开关模块从打开位置到闭合位置的转换，或者反之亦然，可能不能以合适的速度被确保，甚至根本不能被确保。
[0076]
不可用状态的特征在于开关单元的可移动元件的机械性能，特别是位移时间的突然变化。
[0077]
不可用状态可能是由于开关单元的元件(尤其是开关模块或驱动机构)的不良操作，例如由于开关流体(油，真空等)的泄漏或元件的破裂造成的。在某些情况下，检测到不可用状态会导致禁止在维修或更换开关单元之前使用开关单元。
[0078]
开关单元的第二状态被限定为退化状态。在这种退化状态下，开关单元仍然可以工作，但是效率不如以前。特别是，开关模块从打开位置到闭合位置的转换，或者反之亦然，可能会以不太合适的速度执行。
[0079]
退化状态的特征在于开关单元的可移动元件的机械性能，特别是位移时间随时间的逐渐变化。
[0080]
退化状态可能是由于开关单元的元件，特别是开关模块或驱动机构的元件的磨损或老化引起的，例如，致动机构的弹簧的柔软性增加，开关单元中各个可移动元件的运动链的机械摩擦增加，或者开关单元的杆上的阻力增加。退化状态的检测使得可以尽早介入开关单元，以免随后发生严重和潜在的关键故障。
[0081]
该方法可能检测开关单元的其他状态，下文中未描述。
[0082]
在下文中，关于图3描述根据本发明的检测方法的步骤。该方法在几次连续的迭代中得到了重复。每次迭代对应于开关模块在闭合位置和打开位置之间的转换。因此，迭代对应于开关单元的实际使用，即其在电源线上的操作中。
[0083]
更具体地，图3描述了指数k的迭代，k是大于或等于2的整数。
[0084]
开关单元首先准备好操作，开关模块通常处于闭合位置或打开位置。
[0085]
在步骤101中，开关模块进入打开或闭合位置中的另一个，特别是断开电源线上的电流或产生电源线上的电流。
[0086]
因此在步骤102中获得指示可移动元件在第一位置和第二位置之间的位移的至少一个测量值。
[0087]
特别地，可以通过在图1中示意性示出的旋转传感器15来获取测量值，例如机械，电容，电感，电阻或其他传感器，配置为获得指示可移动元件位移的测量值。
[0088]
测量值可以是时间或速度量，或测量趋势与时间的比率的任何其他量。
[0089]
在步骤103中，至少将所获取的指数k的迭代测量值与在先前的迭代1至k-1中获取的测量值的第一集合e1进行比较。作为变型，也可以将测量值的集合，特别是包括指数k的迭代测量值的集合，与第一集合e1进行比较。
[0090]
有利地，第一集合e1取决于迭代k。特别地，第一集合e1包括或由根据所涉及的迭代k而变化的测量值组成。
[0091]
比较可以以不同方式执行。根据一个实施例，第一集合e1可以仅有利地包括在迭代k-l和k-1之间获取的测量值，l是大于或等于1的整数。作为示例，l可以等于50，则第一集合e1然后包括在指数k的迭代之前的50次迭代中获取的所有测量值。显然，其他第一集合是
可能的，包括或多或少远离指数k的迭代测量的瞬间获取的测量值。
[0092]
根据一个实施例，使用分数d(也称为“z分数”或“标准分数”)执行与第一集合e1的比较。这样的分数d使得可以将所获取的指数k的迭代测量值与第一集合e1的测量值的平均值之间的距离表示为标准偏差数。
[0093]
更具体地，分数d实施chauvenet测试，这使得可以确定相对于该第一集合e1的其他先前测量值，所获取的指数k的迭代的测量值x[k]是否可以视为异常或非异常测量值。分数d可以根据以下公式计算得出：
[0094]
[公式3]
[0095][0096]
其中：
[0097]
[公式4]
[0098][0099]
[公式5]
[0100][0101]
在步骤104中，将计算出的分数d与第一阈值s1进行比较。
[0102]
如果分数d大于第一阈值s1，则在步骤105中产生警报，以警告开关单元处于如上所述的不可用状态。实际上，这意味着指数k的迭代测量值与第一集合e1中包含的测量值相距特别远，使得开关单元中的最近变化降低了其操作性能。
[0103]
如果分数小于第一阈值s1，则在步骤106中，至少将在指数k的迭代中获取的测量值与在先前迭代1至k-1中获取的测量值的第二集合e2进行比较。也可以将测量值的集合，特别是包括指数k的迭代测量值的集合，与第二集合e2进行比较。
[0104]
根据一个实施例，第二集合e2可以仅有利地包括在迭代n和n+m-1之间获取的测量值，n和m是大于或等于1的整数。例如，n可以等于1，m可以等于50，则第二集合e2包括所获取的所有最先50个测量值。因此，第二集合e2可以包括由开关单元的制造商测试的值(也称为工厂出口值)。显然，对于第一集合e1，其他第二集合是可能的，包括或多或少远离指数k的迭代测量的瞬间获取的测量值。
[0105]
有利地，第二集合e2因此包括不依赖于所涉及的迭代k的测量值。与第一集合e1相比，第二集合e2因此包括在相对于指数k的迭代测量值相对较远的迭代中获取的或固定的测量值。
[0106]
比较可以以不同方式执行。根据一个实施例，使用比率r执行与第二集合e2的比较。比率r表示在指数k的迭代x[k]之前的m次迭代中获得的所有测量值的平均值与第二集合e2的测量值的平均值之间的相对差。
[0107]
更特别地，比率r根据以下公式计算：
[0108]
[公式6]
[0109][0110]
与
[0111]
[公式7]
[0112][0113]
[公式8]
[0114][0115]
在步骤107中，将计算出的比率r与第二阈值s2进行比较。
[0116]
如果比率r大于第二阈值s2，则在步骤108中产生警报，以警告开关单元处于如上所述的退化状态。实际上，这意味着观察到测量值相对于第二集合e2的测量值的逐渐漂移，从而该漂移可能证明不利于开关单元的操作。
[0117]
如果比率r小于第二阈值s2，则不产生警报。
[0118]
最后，在步骤109中，存储指数k的迭代测量值。为此，开关单元可以包括存储器或传输所获取的测量值以存储在远程服务器(未示出)上。
[0119]
然后，当开关单元再次准备好进行操作时，该方法可以重复指数k+1的迭代。
[0120]
实验结果
[0121]
图4a，图4b和图4c示出了根据第一实施例的检测方法的实现。
[0122]
在图4a中，观察到根据该第一实施例获取的测量值。每个测量值对应于在从第一位置到第二位置的过渡(对应于开关模块从闭合位置到打开位置的过渡)中可移动元件覆盖25％至75％中间位置之间的位移行程所需的时间。
[0123]
对于开关模块，测量值表示电流的相位。但是，从这些测量值中获得的结果可以转换为电流其他相位的开关模块。
[0124]
突然断开，如图图4a中的线b1和b2，对应于在开关单元上实际执行的元件的维护或更换的操作，从而导致开关特性的改变，因此导致随后的测量值的改变。因此，在根据本发明的方法中不应考虑这些断开。
[0125]
特别地，在突然断开之后，允许与随后获取的测量值进行比较的第一和第二集合e1，e2的测量值被重置以定义新的参考值。
[0126]
图4b表示根据上述chauvenet测试获得的分数d，使得可以比较图4a的每个测量值和包括紧接所述测量之前的50次迭代的第一集合e1。
[0127]
在所述图4b中，可以看出，一些测量值(尤其是测量值14151、15649、15975和25551)获得的高分数d，大于15，甚至大于20。因此，这些测量值可能超过预定阈值，特别是取决于所涉及的开关单元，并且因此表征了开关单元的不可用状态。
[0128]
图4c表示如上所述获得的比率r，使得可以比较图4a的每个测量值和包括在开关单元上获取的最先50个测量值的第二集合e2。
[0129]
在所述图4c中，可以看出，一些测量值获得的比率r小于1(对应于位移速度比第二集合e2相对更快)或比率r大于1(对应于位移速度相对更慢)。因此，这些测量值可能超过预定阈值，特别是取决于所涉及的开关单元，并且因此表征了开关单元的退化状态，与开关模
块的不合适的闭合/打开速度有关。
[0130]
通常，除了任何突然的断开或改变之外，可以看出，比率r具有随时间增加的趋势，反映出可能导致退化状态的开关单元的逐渐磨损和老化。
[0131]
图5a，图5b和图5c示出了根据第二实施例的检测方法的实现。
[0132]
在图5a中，可以观察到根据该第二实施例获取的测量值。每个测量值对应于在从第二位置到第一位置的过渡(对应于开关模块从打开位置到闭合位置的过渡)中可移动元件覆盖25％至75％中间位置之间的位移行程所需的时间。
[0133]
对于开关模块，测量值表示电流的相位。但是，从这些测量值中获得的结果可以转换为电流其他相位的开关模块。
[0134]
与图4a的方式相同，突然断开，如图图5a中的线b1’和b2’，对应于在开关单元上实际执行的元件的维护或更换的操作，从而导致开关特性的改变，因此导致随后的测量值的改变。因此，在根据本发明的方法中不应考虑这些断开。
[0135]
图5b表示根据上述chauvenet测试获得的分数d，使得可以比较图5a的测量值和包括紧接所述测量之前的50次迭代的第一集合e1。
[0136]
在所述图5b中，可以看出，一些获取(尤其是测量值14151和15975)获得的高分数d，大于10，甚至大于50。因此，这些测量值可能超过预定阈值，并且因此表征了开关单元的不可用状态。
[0137]
图5c表示如上所述获得的比率r，使得可以比较图5a的每个测量值和包括从开关单元获取的最先50个测量值的第二集合e2。
[0138]
在所述图5c中，可以看出，一些获取获得的比率r小于1(对应于更快的位移速度)或比率r大于1(对应于更慢的位移速度)。因此，这些测量值可能超过预定阈值，并且因此表征了开关单元的退化状态，与开关模块的不合适的闭合/打开速度有关。
[0139]
显然，本发明不限于仅作为示例给出的和先前描述的实施例。它涵盖了本领域技术人员可以在本发明的框架内设想的各种修改，替代形式和其他变体，并且尤其是可以分开或结合使用的前述不同实施例的所有组合。
[0140]
特别地，尽管上面已经通过使用特定的分数d和比率r来确定开关单元的状态来有利地说明了比较，但是可以设想其他比较方法，也实现了指示可移动元件的位移的测量值之间的比率或基于顺序的关系。
[0141]
最后，以上仅描述了用于检测不可用或退化的两个状态的方法。但是，该方法可以有利地推广到表征开关单元的操作和/或机械状态的其他状态。