用于电压调整器的预防性维护抽头换接和工作循环监视器的制作方法

专利名称：用于电压调整器的预防性维护抽头换接和工作循环监视器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监视和维护电压调整器中的负荷抽头转换开关的系背景电压调整器或负荷抽头转换开关利用一种抽头转换开关，该抽头 转换开关利用次级电路检测器来驱动机械连杆，后者响应调整器的输 入端上的电压变化而选择地接合绕组的抽头部分的各抽头，以便保持 调整器的输出端上的电压实质上恒定.在抽头位置改变期间会发生电 弧，这导致所涉及的触点的某些烧蚀.这种触点烧蚀会继续下去，直 至对抽头转换开关进行维护并替换触点为止，或直至触点烧蚀到其中 触点不再互相形成电接触从而导致停电为止。结果，剩余的触点寿命 影响电压调整器的维护日程表和服务可靠性，如果在很长时间间隔内抽头转换开关触点处在一个特定的位置 上，则可能发生另外的被称为焦化的现象。焦化指的是形成在抽头转 换开关触点上的积碳。这些积碳缩短触点寿命，并且导致过早的运行 中断。防止结焦发生，需要周期地移动或"擦拭"抽头转换开关的触 点.为了防止结焦，可对抽头转换开关换接抽头以便从触点上擦除积碳0概要在一段持续的时间间隔内 一直工作在一个位置上的负荷抽头转换 开关的触点上会积累积碳.取决于系统条件，可以在这段持续的时间 间隔后执行抽头改变程序，以便从触点上擦除积碳，这减小了触点维 护的需要。这样的改变抽头转换开关的位置以便从触点上擦除积碳的处理过程可被称为预防性维护抽头换接(PMT)。工作循环(duty cycle)监视(DCM )被用来保持对负荷抽头转换 开关触点的剩余寿命的估计。检测与抽头位置改变相关联的燃弧事 件，以及识别在燃弧事件中所涉及的触点。计算由于所检测的燃弧事 件造成的每个所识别的触点每单位的寿命损失(a per-unit loss of life)。每单位的寿命损失被用来更新对所识别的触点的燃孤表面的寿 命损失的估值。把寿命损失的更新估值与用户规定的阈值进行比较， 并且当更新的估值超过阈值时生成信号.在一个总体方面，自动地改变负荷抽头转换开关的抽头位置包括 记录下抽头位置和该抽头位置被保持的持续时间.把该抽头位置被保 持的持续时间与阚值相比较，以及如果抽头位置在长于阈值的时间内 保持不变，則改变抽头位置.实施方案可包括一个或多个以下的特性.例如，记录下抽头位置 被保持的持续时间可包括记录下倒计时定时器的数值.倒计时定时器 一开始可被设置为该阈值.在抽头位置每次改变后，倒计时定时器可 被复位到阈值.把抽头位置被保持的持续时间与阈值相比较，可包括 检验倒计时定时器的数值是否为零.阈值可以是用户可配置的参数.阈值可以是在1与99之间的整天数.改变抽头位置可包括把抽头移动到初始抽头位置以上的位置；把 抽头移动到初始抽头位置以下的位置；以及把抽头返回到初始抽头位 置。初始抽头位置以上的该位置可以是初始位置以上的一个位置。初 始抽头位置以下的该位置可以是初始位置以下的一个位置。改变抽头位置可包括从初始抽头位置移动抽头和把抽头返回到初 始抽头位置，例如，从初始抽头位置移动抽头可包括把抽头从初始抽 头位置移动一个位置，改变抽头位置可包括把抽头从初始抽头位置移动到在中间位置以 上或以下的位置和把抽头返回到初始抽头位置.例如，把抽头移动到 中间位置以上或以下的位置，可包括把抽头移动到中间位置以上或以 下的一个位置.改变抽头位置还可包括把抽头移动到中间位置以上的位置；把抽 头移动到中间位置以下的位置；和把抽头返回到中间位置。对已发信号通知的抽头位置改变的识别信息可被加以记录.该识 别信息可包括抽头改变的时间和日期，以及被用来规定抽头位置改变 的模式。当抽头位置在长于阈值的时间内保持不变时，也可以生成表示抽 头位置要被改变的信号。生成表示抽头位置要被改变的信号，可包括 输出一个表示抽头位置将来的改变的电压，或发送一个表示抽头位置 将来的改变的数字信息. 改变抽头位置还可包括记录下现在的时间和检验现在的时间是否 处在一个其间可以发生抽头位置的改变的规定的时间范围内。当现在 的时间不处在该规定的范围内时，改变抽头位置还包括监视现在的时 间，直至现在的时间处在该规定的范围内为止，以及仅当现在的时间 处在该规定的范围内后才改变抽头位置.所述其间可以发生抽头位置 的改变的时间范围可以是用户可配置的参数，并可以由该范围的开始 时间和结束时间所规定.改变抽头位置还可包括检验现在的抽头位置是否处在一个其间可 以发生抽头改变的特定的位置范围内。当现在的抽头位置不处在该规 定的范围内时，改变抽头位置还包括监视现在的抽头位置，直至现在 的抽头位置处在该规定的范围内为止，以及只在现在的抽头位置处在 该规定的范围内后才改变抽头位置.所述其间可以发生抽头改变的位 置的范围可以是用户可配置的参数，并可以由一个限定该被规定的范 围的结束位置的绝对值的单个号数来规定.改变抽头位置还可包括测量流过抽头转换开关的负荷电流的幅度 和检验该幅度是否小于阈值.当该幅度不小于阈值时，改变抽头位置 还可包括监视该幅度直至幅度小于阈值为止，以及只在幅度小于阈值 后才改变抽头位置。阈值可以是用户可配置的参数，并且可以由为一 个包括该负荷抽头转换开关在内的调压器规定的最大额定负荷电流的 百分数来规定.改变抽头位置可包括验证负荷抽头转换开关的工作条件是否满足 允许改变抽头位置的准則，并且当该准则满足时才改变抽头位置，还可以接收表示应当发生的抽头位置改变的信号。可以响应于接 收到该信号而改变抽头位置.在另一个总体方面，监视负荷抽头转换开关触点的寿命包括检测 燃孤事件和识别在燃孤事件中所涉及的燃孤表面。计算由于燃孤事件 造成的对于所识别的燃孤表面的每单位寿命损失，以及更新燃弧表面 的积累的烧蚀估值。把积累的烧蚀的更新估值与第一阈值相比较，以 及当至少一个积累的烧蚀的更新估值超过第一阈值时发信号通知采取 行动。实施方案可包括一个或多个以下的特性。例如，燃孤表面的积累 的烧蚀的估值可以是触点的剩余寿命的估值。第一阈值可以是在需要
对燃弧表面维修之前燃弧表面的最小可允许的剩余寿命.当至少一个 积累的烧蚀的更新估值超过第一阈值时发信号通知采取行动，可包括 当至少一个剩余寿命的更新估值小于触点的最小可允许的剩余寿命时 发信号通知采取行动。燃孤表面积累的烧蚀估值可以是触点的寿命损失的估值.第一阈 值可以是在需要对燃孤表面维修之前燃孤表面最大可允许的寿命损 失。当至少一个积累的烧蚀的更新估值超过笫一阈值时发信号通知采 取行动，可包括当寿命损失的更新估值之一大于最大可允许的寿命损 失时发信号通知采取行动。负荷抽头转换开关可包括可移动的和静止的触点，它们每一个都 包括燃孤表面，对燃孤事件中所涉及的触点的识别可包括对所涉及的 可移动的和静止的触点的识别以及还可包括对这些触点的燃弧表面的 识别，计算对所识别的燃孤表面因燃弧亊件造成的寿命损失，包括计算 负荷抽头转换开关的中断电流和恢复电压。对所识別的燃弧表面因燃 孤亊件造成的寿命损失可以根据中断电流和恢复电压通过使用一个触 点寿命公式来计算，该公式根据的是在特定的中断电流和恢复电压电 平下大量统计的抽头改变的触点寿命测试。更新触点剩余寿命的估值可包括检索所保存的触点烧蚀的估 值；更新所保存的估值以便包括燃弧表面的寿命损失；以及保存所更 新的估值，其中把燃弧亊件的影响作为被更新的估值而包括在内。把 所识别的燃弧表面的寿命损失包括在所保存的估值中，可包括把所识估值中，或从对所识别的燃弧表面的积累的烧蚀的估值中减去所识别 的燃孤表面的寿命损失.积累的烧蚀的更新估值可以与第二阈值进行比较，该第二阈值表 示当它被超过时运行中断。当至少一个积累的烧蚀更新估值超过第二 阈值时，就可发信号通知发生故陣.可以对燃孤表面必须维护的时间进行估计，这可包括，例如，检 索对燃孤表面积累的烧蚀的估值。可以根据燃弧表面的每个燃孤事件 计算出的寿命的平均损失来估计对造成燃弧表面积累的烧蚀的估值超 过第一阈值所必须的燃弧事件的数目.可以估计燃弧事件发生的速
率，以及可以根据燃弧事件的估计的速率和估计的数目来估计必须对 燃孤表面进行维护的时间.在另一个总体方面，用于自动改变负荷抽头转换开关的可移动的 触点的位置的系统包括一个处理器，该处理器用来确定电压调整器的 负荷抽头转换开关的可移动触点的位置和一个其间位置一直未改变的 时间量。该系统还包括用来改变可移动的触点的位置的执行机构，该 执行机构响应来自处理器的信号来改变可移动触点的位置，该信号表 示由于可移动的触点在长于阈值的时间内一直未移动，因而该位置要 被加以改变.实施方案可包括一个或多个以下的特性。例如，处理器和执行机 构可被电连接到负荷抽头转换开关.处理器可以访问时钟，以确定其 间可移动的触点的位置一直未移动的时间量和确定可移动的触点在长 于阈值的时间内是否一直未移动。可以包括用来存储规定可移动的触点的位置和可移动的触点的位 置改变的数据的存储器.规定可移动的触点的位置改变的数据可包括 时间、日期和可移动的触点的位置的每次改变的操作模式.处理器可以用来确定现在的时间。当现在的时间处在规定的每日 的一个时间段内时，处理器可以发信号通知可移动的触点改变位置。处理器可以用来得到流过电压调整器的负荷电流的幅度的测量 值。如果该电流测量值低于阈值，则处理器可以发信号通知可移动的 触点改变位置。处理器可以用来发送信号到下级处理器和接收来自上级处理器的 信号。处理器由于可移动的触点的位置在大于阈值的时间内没有改 变，从而可以在可移动的触点的位置改变之前发送信号到给下级处理 器.信号可以指令下级处理器促使得与每个下级处理器相关联的可移 动触点的位置发生改变.处理器可以接收来自上级处理器的信号，以 及响应于该信号促使可移动的触点的位置发生改变。在另一个总体方面，用于监视负荷抽头转换开关触点寿命的系统 包括一个处理器，该处理器用来计算由于燃孤亊件造成的负荷抽头转 换开关的燃孤表面的寿命损失.该系统还包括一个存储器，用来存储 在燃孤表面上积累的烧蚀的估值。该处理器包括被存储在该存储器中 的积累的烧蚀估值中燃弧表面的寿命损失，以及该存储器存储在触点 上积累的烧蚀的更新的估值作为包括的结果。实施方案可包括一个或多个以下的特性.例如，处理器可以使用 在燃孤事件时来自调整器的电流测量值和电压测量值以及调整器的设 计参数来计算燃弧表面的寿命损失.处理器可根据对燃弧表面上积累 的烧蚀的估值与阈值的比较结果来发信号通知进行负荷抽头转换开关 维护。从以下说明，并包括附困和权利要求，将明白其它特性.


图l是包括负荷抽头转换开关的电系统的框图.图2是负荷抽头转换开关的框图.图3是在负荷抽头转换开关中用于预防性维护抽头换接的处理流 程困。图4是包括多个负荷抽头转换开关的多相电系统的框图。图5是用于负荷抽头转换开关触点的工作循环监视的处理流程图.在各个图上相同的标号表示相同的单元。 详细说明参考图1，电力系统100包括电压调整器102。电压调整器102监 视在输出导体106上的电压，并把输出导体106上的电压调整到设置 的电平。在输出导体106上由电压调整器102产生的输出是在输入导 体104上的电压的经调整的形式。电压调整器102通过接合电压调整 器102的负荷抽头转换开关108的抽头而调整输出的电压.在一个实施方案中，负荷抽头转换开关10S可以是M步的抽头转 换开关，它用于邻或60Hz额定电压为2400伏(60 kV BIL)到34500 伏(200 kV BIL)的系统的配电电路上以5/8%步长从"10%上升"到 "10%下降"精确地调整电压.在另一个实施方案中，负荷抽头转换开 关108可以具有不同的数目的抽头位置或不同的步距，以及可应用于 具有不同额定值的配电电路。电压调整器102使用负荷抽头转换开关108来控制由于负荷改变 或由于输入导体104上的电压的改变而造成的电压变化。更具体地， 电压调整器102的控制器使用负荷抽头转换开关108来控制电压变 化。换句话说，电压调整器102可被用来即使在输入导体104上检测 到的电压改变时仍保持输出导体106上恒定的电压。如图2所示，负响应电压变化而选择地接合绕组206的抽头部分的不同的抽头204，以 便控制电压调整器102的输出电压。机械连杆202包括静止触点208， 它可与负荷抽头转换开关108的可移动触点实现电连接而与相应的抽 头204接合。虽然图1和2显示的是单相电压调整器，但抽头转换开 关也可用来控制多相系统，诸如三相系统，以及下面描述的技术同样 可应用于这样的系统，在三相系统的情形下，可以使用多负荷抽头转 换开关108。在一个实施方案中，负荷抽头转换开关108可以在标称值的±10% 的范围内改变电控制装置的输入和输出电压之间的关系.例如，负荷 抽头转换开关108可以包括16个抽头204，每个抽头调节5/8 %的相互 关系，这样，总的可能的调节可以高达10%(也就是16x5/8%)。极性 或反向开关210允许这种调节是正的或负的.电压调整器102包括控制器212，它确定负荷抽头转换开关108何 时应当用来接合绕组206不同的抽头204，以便控制电压调整器102的 输出电压。当作出这样的决定时，控制器通知负荷抽头转换开关108 改变抽头位置，以及负荷抽头转换开关108通过改变抽头位置来应答. 控制器212接收来自电压调整器102的电压和电流测量值，以帮助确 定何时要改变抽头位置.电流互感器或传感器向控制器212提供电流 测量值，而电压互感器或传感器向控制器212提供电压测量值。电流 互感器和电压互感器可被包括在电压调整器102内，或可以是在电压 调整器102的外面。在某些实施方案中，电压调整器102使用两个电 压互感器或传感器.控制器212包括处理器214，它处理机器可执行的指令；和存储 器216，它存储处理器214所需要的信息。处理器214根据电流与电压 测量值和其它信号(诸如抽头转换开关的方向)进行计算，并把这些 计算结果存储在存储器216.控制器212运行一个或多个时钟处理过 程，这些过程可以被在控制器212中运行的其它处理过程所访问.处理器214执行多个进程，以监视和维护在电压调整器102内的 负荷抽头转换开关108.例如，处理器214执行预防性维护抽头换接 (PMT)处理过程和工作循环监视(DCM)进程，来增加抽头转换开
关108的寿命和减少计划的或非计划的运行中断的次数.预防性維护 抽头换接进程通过阻止发生焦化而延长触点寿命。通过计算触点的至 今的烧蚀和剩余的寿命，工作循环监视进程能更好地安排维护，以使 得维护不过分经常地执行，但仍足够经常地执行以阻止无计划停电。当抽头位置改变被明显地阻止时，或因为其它原因，当输入导体 104上的电压保持为不变时，抽头转换开关108的可移动的触点可以在持续的时间段内处在特定的位置。如上所述，当可移动的触点在这样 的持续的时间间隔内保持在一个位置时，可能发生焦化.在试图延长 触点寿命时，可以进行人工的抽头改变，但这些改变是在不知道抽头 转换开关不工作的持续时间的情况下进行的.参照图3，为了防止在可移动的触点上碳沉积，预防性维护抽头换 接过程300在包括抽头转换开关不工作时间在内的一组准则被满足后 引起抽头位置的改变。进程300例如由控制器212的处理器214执行。 当抽头转换开关在长于阈值的时间量内一直处在一个抽头位置时，进 程300发信号通知抽头去改变位置.对于在触点处在一个抽头位置太 长的时间后改变抽头位置可以有多个模式.最初，记录下负荷抽头转换开关触点的现在的位置(302)，和监 视触点一直处在该位置的持续时间(304)。例如，在一个实施方案中， 倒计时定时器用来监视触点一直处在一个位置的时间段.在一个实施 方案中，定时器指示在抽头位置应当被改变之前剩余的以天计的时间 量，倒计时定时器一开始可被设置为在抽头改变之间的最大允许时 间，在所述的实施方案中，它是可配置的参数，可以取在1与99之间 的任何的整天数(虽然其它的实施方案可以使用其它数值和范围). 倒计时定时器通过人-机接口 ( HMI)和控制器的通信接口是可访问的。如果由于电压调整器的输入电压或输出电压的变化，或由于其它 原因，抽头位置随后被改变(306)，则记录下新的触点位置(302)。倒计时定时器被复位到在抽头改变之间的最大允许时间，并用来监视 其间抽头转换开关一直未改变的持续时间(304)。如果检测到抽头转换开关的位置没有改变，但抽头转换开关处在 它现在的位置的时间小于时间极限量(308)，则进300继续监视抽头 转换开关处在它的现在的位置的时间.通常，倒计时定时器具有非零 数值表示抽头转换开关处在它现在的位置的时间小于时间极限量。
如果抽头转换开关的可移动的触点在大于时间极限量的时间内保持在一个位置(308)(即倒计时定时器具有零值)，则处理器214使 控制器212发信号通知进行一次预防性维护抽头换接程序以使抽头位 置改变(310).用户可监管通过选择特定的模式而改变抽头位置的方 式。每个模式可以独立地接通和关断，这样，可以使用任何数目的模 式.在预防性维护抽头换接程序开始之前，由控制器212记录要使用 的时间、日期和模式，在一个实施方案中， 一种简单的模式，被称为 模式A，限制维护抽头换接为不超过比起初始的抽头位置高一个抽头 或低一个抽头的范围.令N是当预防性维护抽头换接序列按照简单的 模式A开始时的抽头转换开关的位置.在简单模式的一个实施方案 中，抽头被提升到位置N+1，然后在返回到初始位置N之前先降低到 位置N-l.在简单模式的另一个实施方案中，抽头被提升到位置N+1， 然后返回到初始位置N.在简单模式的再一个实施方案中，抽头在返 回到初始位置N之前先降低到位置N-l.通常，简单的模式可被用来 在返回到初始位置之前把抽头转换开关移动到非受限的抽头位置.一种被称为模式B的更复杂的模式是只要满足一系列准则就要操 作抽头转换开关的内部的反向开关.当选择模式B和预防性维护抽头 换接程序开始时，抽头转换开关位置移动到中间位置以便操作反向开 关。抽头转换开关移过的位置数取决于初始抽头位置.例如，如果抽 头位置一开始表示要从中间位置提升，则抽头位置在提升回到原先的 位置之前将被降低到中间位置的下面一步，另一方面，如果抽头位置 一开始处在低于中间位置的位置，则抽头位置在降低回到原先位置之 前将被提升到中间位置的上面一步。如果抽头位置一开始处在中间位 置，则抽头位置移动到在中间位置的上面一个位置，然后在抽头位置 返回到中间位置之前将移到中间位置的下面一个位置.更一般地，模 式B不限制抽头可被移动到的负荷抽头转换开关的位置，这样，当使 用B模式时，抽头可被移动到任何位置。这些移动的序列都被设计成 操作负荷抽头转换开关中的反向开关，从而擦除在反向开关触点上 的、由于焦化造成的积碳，预防性维护抽头换接处理过程300采用可配置的一天内时间范围 参数，它规定其间可以发起预防性维护抽头换接序列的可接受的时间 框架。如果不处在一天内时间的范围参数内的时间段倒计时定时器超 过时，则该被通知的预防性维护抽头换接序列保持桂起状态，直至在 一天内时间范围参数内的该一天内的时间达到为止. 一天内时间范围 参数包括开始时间和结束时间。在一个实施方案中，该时间可以取OO:OO到23:59之间的范围内表示有效时间的数值。开始时间规定一个 其间可以发起预防性维护抽头换接序列的时间范围的开始，而结束时 间规定范围的结束.由预防性维护抽头换接处理过程300使用的第二参数是与中间位 置参数的最大偏差，它规定了外側抽头位置极限的绝对值，在此极限 以外，控制器将不发起模式B预防性维护抽头换接程序.例如，如果 与中间位置参数的最大偏差被设置为5而抽头转换开关处在-7的抽头 位置，则被通知的预防性维护抽头换接程序将保持暂不执行，直至抽 头转换开关取对中间位置参数的最大偏差在允许的范围内(在本例中 是-5到+5)的位置为止。对于具有16个抽头的负荷抽头转换开关，对 中间位置参数的最大偏差可以取l与16之间的整数值.当执行预防性维护抽头换接序列时，也可以考虑电流极限参数。 当负荷电流超过指明的阈值时，电流极限参数阻止发起预防性维护抽 头换接程序。这种用户可配置的参数取电压调整器的最大额定负荷电 流的百分数的形式.电压调整器的控制器可以具有输入端和输出端，通过这些输入端 和输出端可以与其它电压调整器的控制器进行通信.例如，在困4所 示的多相电力系统400中，电压调整器102a-102c的每一个包括负荷抽 头转换开关108a-108c之一.电压调整器102a-102c每个还包括控制器 212a-212c之一。电压调整器之一，诸如电压调整器102a,可被指定为 上级电压调整器，而其它电压调整器，诸如电压调整器102b和102c， 可被指定为下级电压调整器.在这样的配置中，控制器212a可被指定 为上级控制器，以及控制器212b和212c可被指定为下级控制器。同样 地，负荷抽头转换开关108a可被指定为上级负荷抽头转换开关，以及 负荷抽头转换开关108b和108c可被指定为下级负荷抽头转换开关，上 级电压调整器102a的控制器212a可以通过相应的输出端发送一个信 号，它通知下级电压调整器102b和102c的控制器212b和212c:上级控 制器212a已发起预防性维护抽头换接程序，在各个输入端接收到这个 信号后，控制器212b和212c通知在下级负荷抽头转换开关108b和108c 中进行预防性维护抽头换接程序.在一个实施方案中，可以在上级控制器212a的输出端上产生单个 电压，表示为上级负荷抽头转换开关108a已发起了 PMT程序，更具 体地，在输出端上电压的存在表示已发起PMT程序并将改变负荷抽 头转换开关108的抽头位置。在另一个实施方案中，可以通过控制器 212a的输出端发送数字信息。数字信息可以表明已发起PMT程序并 可以包括要作出的抽头位置的改变的细节。下级电压调整器102b和 102c的控制器212b和212c可以使用所包括的细节来规定下级负荷抽 头转换开关108b和108c的抽头位置应当如何改变。在上级负荷抽头转 换开关108a的抽头位置被改变之前发送表明已发起PMT程序的信 号，使得负荷抽头转换开关108a-108c能够基本上同时改变抽头位置。在这个特性内，上级控制器212a根据上级负荷抽头转换开关108a 的内部配置执行预防性维护抽头换接进程300.另一方面，下级控制器 212b和212c不根据下级负荷抽头转换开关108b和108c的内部配置执 行预防性维护抽头换接处理过程300.相反，下级控制器212b和212c 只在下级控制器212b212c的输入端上从上级控制器212a接收适当的信号时才发起预防性维护抽头换接程序。在其它实施方案中，单个控 制器可以直接控制多负荷抽头转换开关。预防性维护抽头换接序列可以由硬件和固件控制的设置所限制. 例如，如果控制器的控制功能开关处在"关断"或"人工"位置，则实际 上禁止预防性维护抽头换接程序的发起，并且在控制功能开关返回到 "Auto/Remote"(自动/遥控)位置和启动PMT程序的其它准則得到满 足之前将不开始发起，预防性维护抽头换接范围可以由诸如在负荷抽 头转换开关上或在位置指示器中的限位开关的物理约束条件和诸如 SOFT-ADD-AMP极限和抽头到中间位置特性的固件参数所限制。如果 是这样，则预防性维护抽头换接程序不会试图超越这些限制.如果抽 头到中间位置特性是工作的，则不改变抽头位置。用户可以发出人工命令，使得抽头转换开关在倒计时定时器时间 到达之前通过使用任何可用的模式执行预防性維护抽头换接操作。这 允许用户在必要时绕过预防性维护抽头换接进程300从而使抽头位置 改变。在一个实施方案中，可以通过HMI发出人工命令。在另一个实
施方案中，可以通过诸如移动计算设备那样的通信设备发出命令，这 些设备能够连接到电压调整器的控制器和发信号通知进行预防性维护抽头换接操作.在另一个实施方案中，监管控制和数据采集(SCADA) 系统可用来向控制器发出命令。预防性维护抽头换接进程可以通过防止在触点表面上形成积碳而 延长触点寿命。在抽头改变程序期间发生的机械触点擦拭动作将减小 发生的焦化量.这将导致较低的使用期维护成本和延长电压调整器的 寿命.通常，负荷抽头转换开关触点寿命通过目视检查进行监视.为了 这样做，包括负荷抽头转换开关和相关触点的调整器要从运行中拆 卸，以便进行触点的目视检查.当从运行被拆卸时，调整器可被旁路 而无需替代，在这种情形下电路电压不再被电压调整器调整，因而电 路的设备处在未调整的电压下.被拆卸的调整器也可以被旁路和被替 代，但这是耗费资源的，如果没有必要的话这是不希望的。如果调整 器没有被旁路，由调整器提供服务的线路会停电，这导致电路上设备 失去电源。另外，调整器可能需要被运送到维护机构以便进行维护工 作，这会增加停电的持续时间.在试图确定触点何时应当维修时，监视抽头改变操作的次数可提 供有关燃弧亊件发生的频繁程度的某些知识，但不包括有关在每次燃 弧边缘上触点烧蚀量和触点暴露条件的细节.触点暴露的条件是确定 燃孤事件对触点寿命预期值的影响的重要的因素.参照图5，工作循环监视进程500估计在电压调整器的负荷抽头转 换开关触点的所有燃孤表面的寿命损失。当任何燃孤表面估计的寿命 损失超过用户规定的阈值时，藉助于调整器的控制器提供报警或警 告，使得用户可以计划在适当的时间进行设备的维护，以便替换老化 的抽头转换开关触点.在工作循环监视进程500期间提供的报警或警 告允许用户最佳地安排维护和避免被连接到调整器的电路上的运行中 断。用于计算触点寿命的积累的损失的进程500使用来自抽头转换开 关触点寿命测试的数据，根据在特定的抽头转换开关模型上的测试数 据，触点寿命可涉及到中断电流和恢复电压。这些数值的大小是电路 参数、抽头位置、抽头转换开关行进方向和调整器特定的设计信息等
的函数。燃孤亊件导致大量材料从燃弧亊件所涉及的触点被烧蚀。如果在 恒定的切断电流和恢复电压下发生按统计方式进行的大量的抽头改 变，从新的触点开始并继续进行到完全烧蚀，则可以对该特定的中断 电流和恢复电压计算出每个燃弧事件的平均单位寿命损失.在不同的 中断电流和恢复电压电平下触点寿命数据点能建立对特定的抽头转换 开关模型的一组触点寿命曲线和写出触点寿命方程.进程500从检测燃弧事件开始(502)。燃孤事件在每次抽头改变 时发生，这样，控制器通过检测抽头改变来识别燃弧事件.在抽头改 变期间，在第一燃弧表面处的电流中断，而在第二燃弧表面处建立电 流，但与调整器相连接的电路运行这时没有中断.当在第一燃孤表面 处的电流中断时，发生电弧，它烧蚀一部分触点材料体积.在检测的燃孤事件中所牵涉的燃孤表面被识别，以便由燃孤事件 造成的每单位寿命损失可以归因于这些燃弧表面(504)。考虑两种类 型的抽头转换开关触点的燃弧表面，即可移动触点和静止触点。可移 动的触点与相应的静止触点形成电接触以调节调整器的團数比，从而 保持相对恒定的调整电压。负荷抽头转换开关包括两组可移动的触 点，每组可移动的触点包括两个燃弧表面.另外，每个静止触点具有 两个燃弧表面.可移动触点和静止触点的所有的燃弧表面都在进程500 期间被监视。在每个燃孤事件中牵涉一个可移动的和一个静止的燃弧 表面。当进行抽头改变时，控制器根据在抽头改变以前的抽头转换开 关位置和抽头转换开关的行进方向来识别在燃孤亊件中牵涉的可移动 的和一个静止的燃孤表面。在所涉及的燃弧表面被识别后，由控制器计算中断电流和恢复电 压。如前所述，中断电流和恢复电压的大小是电路参数、抽头位置、 抽头转换开关行进方向和调整器特定的设计信息的函数。电路参数通 过诸如电压或电流互感器的辅助设备被提供到控制器。抽头位置和行 进方向由控制器通过由抽头转换开关提供的信号而被检测.特定的调 整器设计信息作为输入被提供到控制器.使用触点寿命公式来计算在燃孤事件中所牵涉的燃孤表面的每单 位的触点寿命损失(506).触点寿命公式是使用如上所述的用于特定 抽头转换开关模型的触点寿命测试数据而导出的.触点寿命公式是中
断电流和恢复电压的函数，并且它使用从触点寿命测试数据确定的常 数。对于可移动的和静止的触点，特定的燃孤表面的每单位的寿命损 失被计算和被积累在由控制器保持的存储器中.以后的事件是累积的，由燃孤事件造成的寿命损失被附加到在燃弧亊件中所牵涉的每个 燃弧表面的寿命损失的运行估值中。对于在燃孤亊件中所涉及的每个 触点燃孤表面，每个触点的寿命损失的新的积累估值被存储在控制器的存储器中(508).寿命损失的更新的估值针对用户规定的阈值而进行检验(510). 如果任何燃孤表面的积累的估值超过用户规定的阈值，则调整器藉助 于控制器发信号通知需要用户采取行动(512)。例如，控制器可以 通过HMI、 SCADA、或通过操作一组报警触点来表示阈值已被超过。 在一个实施方案中，使用两个用户阈值。 一个阈值打算向用户表示 需要安排设备维护.第二个阈值被设置为较高的水平，它打算向用户 表明由调整器造成的运行中断可能即将来临。在给出报警或警告后， 进程500继续进行以及继续积累寿命损失。如果寿命损失的积累的估 值没有超过任何阈值电平，則不给出报警或警告，进程500继续进行。工作循环监视进程500对于在抽头转换开关内发生的每个燃弧事 件都要执行.监视触点的燃弧表面的寿命损失和当阈值被超过时发信 号通知，导致了改进的維护调度和较少的由抽头转换开关触点完全烧 蚀引起的运行中断.用户可以在触点被替换和调整器返回到运行后把 所有燃孤表面的寿命损失的估值复位.另外，在已经运行了一段时间 而使抽头转换开关已经受过燃弧的调整器中放置控制器时，用户可以 输入燃孤表面寿命损失的初始积累的估值.在这种情形下，用户规定 触点燃孤表面的寿命损失积累的估值，并把该估值输入控制器。在其它实施方案中，可以估计剩余的燃弧表面寿命，而代替积累 的寿命损失。在这样的实施方案中，从所牵涉的燃弧表面的剩余燃弧 表面寿命估值中减去在检测到的燃孤亊件中所牵涉的触点的计算的每 单位寿命损失.另外，控制器可以估计一个需要进行维护的日期，或 触点寿命结束的日期。更具体地，可以监视包括调整器负荷、电压电 平、抽头转换开关活动性的历史参数，以便用来计算所涉及的燃孤表 面每个燃弧亊件的平均寿命损失。可以用触点寿命公式来计算触点燃
孤表面的预期剩余寿命.然后，使用典型的电路和抽头转换开关的活 动性值来计算维护日期或寿命结束日期，假设历史上的数值被使用以 来抽头转换开关的活动性和电路参数基本上保持恒定。电压调整器一直是被用来一般地指一种用于检测输入端上的电压 和在输出端上产生相应的调整过的电压的电力装置。电压调整器可以 是分步型电压调整器或感应型电压调整器.而且，术语"电压调整器，， 可以是指一种变压器，它用来把在输入端上检测到的电压变换成输出端上的电压。变压器可以是负荷抽头改变(LTC)变压器或带负荷的 抽头改变(TCUL)变压器.电压调整器例如可以是单相调整器、多相 调整器、自耦变压器调整器、或双绕组调整器.电压调整器的抽头可 包括任何步数，其中包括零在内，例如感应型调整器就是这样的情形.将会看到，可以作出各种各样的修正。例如，如果所公开的技术 的步骤以不同的次序被执行和/或如果所公开的系统中的部件以不同的 方式被组合和/或由其它部件替代或补充，仍旧可以得到有利的结果. 因此，其它实施方案属于以下的权利要求的范围内.
权利要求
1.一种用于自动改变在负荷抽头转换开关中抽头位置的方法，方法包括记录下抽头位置；记录下该抽头位置被保持的持续时间；把抽头位置被保持的持续时间与阈值进行比较，以及如果抽头位置在大于阈值的时间内保持不变，则改变抽头位置。
2. 权利要求l的方法，其中记录下抽头位置被保持的持续时间包 括记录下倒计时定时器的数值.
3. 权利要求2的方法，其中倒计时定时器一开始可被设置成该阈值。
4. 权利要求2的方法，其中在抽头位置每次改变后，倒计时定时器可被复位到阈值。
5. 权利要求2的方法，其中把抽头位置被保持的持续时间与阈值 进行比较包括检验倒计时定时器的数值是否为零.
6. 权利要求l的方法，其中阈值可以是用户可配置的参数。
7. 权利要求l的方法，其中阈值可以是在l与99之间的整天数。
8. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 把抽头移动到初始抽头位置上的位置； 把抽头移动到初始抽头位置以下的位置；以及 把抽头返回到初始抽头位置。
9. 权利要求8的方法，其中把抽头移动到初始抽头位置以上的位 置包括把抽头移动到初始位置以上的一个位置。
10. 权利要求8的方法，其中把抽头移动到初始抽头位置以下的 位置包括把抽头移动到初始位置以下的一个位置。
11. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 从初始抽头位置移动抽头；以及 把抽头返回到初始抽头位置。
12. 权利要求ll的方法，其中从初始抽头位置移动抽头包括把抽 头从初始抽头位置移动一个位置.
13. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 把抽头从初始抽头位置移动到在中间位置以上的位置；以及 把抽头返回到初始抽头位置。
14. 权利要求13的方法，其中把抽头移动到中间位置以上的位置 包括把抽头移动到中间位置以上的一个位置。
15. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 把抽头从初始抽头位置移动到在中间位置以下的位置；以及 把抽头返回到初始抽头位置。
16. 权利要求15的方法，其中把抽头移动到中间位置以下的位置 包括把抽头移动到中间位置以下的一个位置.
17. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 把抽头移动到中间位置以上的位置； 把抽头移动到中间位置以下的位置；以及 把抽头返回到中间位置，
18. 权利要求1的方法，还包括记录用以识別已发信号通知的抽 头位置改变的信息.
19. 权利要求18的方法，其中该识别的信息包括抽头改变的时间 和日期，以及被用来规定抽头位置的改变的模式。
20. 权利要求1的方法，还包括生成一个表示当抽头位置在长于 阈值的时间内保持不变时要改变抽头位置的信号.
21. 权利要求20的方法，其中生成表示要改变抽头位置的信号包 括输出表示抽头位置将来的改变的电压.
22. 权利要求20的方法，其中生成表示要改变抽头位置的信号包 括发送表示抽头位置将来的改变的数字信息.
23. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置还包括 记录下现在的时间；检验现在的时间是否处在一个可以发生抽头位置改变的规定的时 间范围内；当现在的时间不处在该规定的范闺内时，监视现在的时间，直至 现在的时间处在该规定的范围内为止；以及只在现在的时间处在该规定的范围内后才改变抽头位置。
24. 权利要求23的方法，其中该可以发生抽头位置改变的时间范围是用户可配置的参数。
25. 权利要求23的方法，其中该可以发生抽头位置的改变的时间 范围由范围的开始时间和结束时间来规定。
26. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置还包括 检验现在的抽头位置是否处在一个可以发生抽头改变的规定的位置范围内；当现在的抽头位置不处在该规定的范围内时，监视现在的抽头位 置，直至现在的抽头位置处在该规定的范围内为止；以及只在现在的抽头位置处在该规定的范围内后才改变抽头位置。
27. 权利要求26的方法，其中该可以发生抽头改变的位置的范围 是用户可配置的参数。
28. 权利要求26的方法，其中该可以发生抽头改变的位置的范围 由规定该规定范围的结束位置的绝对值的单个号数来规定.
29. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置还包括 测量流过抽头转换开关的负荷电流的幅度； 检验该幅度是否小于阚值；当该幅度不小于阈值时，监视该幅度直至幅度小于阈值为止；以及只在幅度小于阈值后才改变抽头位置.
30. 权利要求29的方法，其中该阈值是用户可配置的参数.
31. 权利要求29的方法，其中该阈值由一个包括负荷抽头转换开关的调整器所规定的最大额定负荷电流的百分数来规定。
32. 权利要求l的方法，其中改变抽头位置包括 验证负荷抽头转换开关的工作条件满足允许改变抽头位置的准则；以及当准则被满足时改变抽头位置。
33. 权利要求l的方法，还包括 接收一个表示抽头位置应当发生改变的信号；以及 改变抽头位置.
34. —种监视负荷抽头转换开关触点寿命的方法，该方法包括 检测燃孤亊件；识别在燃弧亊件中所涉及的燃弧表面；计算所识别的燃孤表面由于燃孤事件造成的每单位寿命损失；更新该燃孤表面的积累烧蚀估值；把积累烧蚀的更新估值与笫一阈值进行比较；以及 当至少 一个积累烧蚀的更新估值超过第 一 阈值时发信号通知采取 行动。
35. 权利要求34的方法，其中燃孤表面的积累烧蚀的该估值是触点的剩余寿命的估值；许的剩余寿命；以及 '' "当至少 一个积累烧蚀的更新估值超过第 一 阈值时发信号通知采取 行动，包括当至少一个剩余寿命的更新估值小于一个触点的最小可允 许的剩余寿命时发信号通知采取行动.
36. 权利要求34的方法，其中燃孤表面的积累烧蚀的该估值是触点的寿命损失的估值； 第一阈值是在需要对燃弧表面进行维修之前一个燃孤表面的最大可允许的寿命损失；当至少 一个积累烧蚀的更新估值超过第 一 阈值时发信号通知采取行动，包括当寿命损失的更新估值之一大于最大可允许的寿命损失时发信号通知采取行动。
37. 权利要求34的方法，其中负荷抽头转换开关包括可移动的和静止的触点，每个这些触点包 括燃孤表面；以及识别在燃孤事件中所涉及的触点包括 识别所涉及的可移动的触点； 识别所涉及的静止的触点；以及识别在燃孤亊件中所涉及的该被识别的可移动的触点的燃孤表面 和该被识别的静止触点的燃孤表面.
38. 权利要求34的方法，其中计算所识別的燃孤表面由于燃弧亊 件造成的寿命损失包括计算负荷抽头转换开关的中断电流； 计算负荷抽头转换开关的恢复电压；以及根据中断电流和恢复电压使用基于在特定的中断电流和恢复电压 电平下对统计的大量抽头改变的触点寿命测试的触点寿命公式，计算 由于燃弧事件造成的对于所识别的燃弧表面的寿命损失.
39. 权利要求34的方法，其中更新触点的剩余寿命的估值包括 检索所保存的触点烧蚀的估值；更新保存的估值以便包括燃孤表面的寿命损失；以及 保存更新的估值，并且把燃弧事件的影响包括在内以作为更新的估值。
40. 权利要求39的方法，其中把所识别的燃孤表面的寿命损失包 括在保存的估值中，包括把所识别的燃弧表面的寿命损失附加到所识 别的燃孤表面的积累烧蚀的估值中，
41. 权利要求39的方法，其中把所识别的燃孤表面的寿命损失包 括在保存的估值中，包括从所识别的燃弧表面的积累的烧蚀估值中减 去所识别的燃弧表面的寿命损失.
42. 权利要求34的方法，还包括把积累的烧蚀的更新估值与一个表示当其被超过时则运行中断的 第二阈值进行比较；以及当至少一个积累的烧蚀更新估值超过第二阈值时，发信号通知运 行中断.
43. 权利要求34的方法，还包括对必须进行燃弧表面維护的时间 进行估计.
44. 权利要求43的方法，其中对必须进行燃弧表面维护的时间进 行估计包括检索燃孤表面的积累烧蚀的估值；根据燃弧表面的每个燃弧亊件的计算的平均寿命损失，来估计造 成燃孤表面的积累的烧蚀估值超过笫一阈值所必须的燃孤事件的数 目S估计燃孤事件发生的速率；以及根据燃弧事件的估计发生和估计的数目，来估计必须对燃孤表面 进行维护的时间。
45. —种用于自动改变负荷抽头转换开关的可移动触点位置的系 统，该系统包括处理器，用来确定电压调整器的负荷抽头转换开关的可移动触点 的位置和其位置一直未改变的时间量；以及 执行机构，用来改变可移动触点的位置；其中执行机构响应来自处理器的信号而改变可移动触点的位置， 该信号表示由于可移动触点在长于阈值的时间内一直未移动因而位置 要被改变。
46. 权利要求45的系统，其中该处理器和执行机构在电气上连接到负荷抽头转换开关.
47. 权利要求45的系统，其中处理器访问一个时钟以确定可移动 触点位置一直未移动的时间量和确定可移动触点在大于阈值的时间内 是否一直未移动。
48. 权利要求45的系统，还包括一个存储器，用来存储规定可移 动触点的位置和可移动触点的位置改变的数据。
49. 权利要求48的系统，其中规定的可移动触点的位置改变的数据包括时间、日期和用于可移动触点位置的每次改变的操作模式。
50. 权利要求45的系统，其中该处理器用来确定现在的时间；以及如果现在的时间处在规定的每日的时间段内，则处理器发信号通 知去改变可移动触点的位置.
51. 权利要求45的系统，其中该处理器用来获得流过电压调整器的负荷电流的幅度的测量值；以及如果电流测量值低于阈值，则该处理器发信号通知去改变可移动 触点的位置。
52. 权利要求45的系统，其中该处理器用来发送信号到下级处理器和接收来自上级处理器的信号；该处理器由于可移动触点的位置在大于阈值的时间内没有改变， 从而在每次可移动的触点的位置改变之前发送信号给下级处理器，其 中该信号指令下级处理器促使与每个下级处理器相关联的可移动触点的位置发生改变；以及该处理器接收来自上级处理器的信号，并响应该信号，使可移动 触点的位置改变.
53. —种用于监视负荷抽头转换开关触点的寿命的系统，该系统 包括 处理器，用来计算由于燃孤事件造成的负荷抽头转换开关的燃弧表面的寿命损失；以及存储器，用来存储在燃孤表面上积累的烧蚀的估值；其中处理器包括被存储在存储器的积累烧蚀的估值中燃弧表面的寿命损失，以及存储器存储所包括的结果作为在触点上积累的烧蚀的更新估值。
54. 权利要求53的系统，其中处理器使用在燃孤事件时来自调整 器的电流测量值和电压测量值以及调整器的设计参数，以便计算燃弧 表面的寿命损失。
55. 权利要求53的系统，其中处理器用来根据燃弧表面上积累的 烧蚀估值与阈值的比较结果发信号通知维护负荷抽头转换开关，
全文摘要
预防性维护抽头换接技术包括记录下负荷抽头转换开关的抽头位置和记录下该抽头位置被保持的持续时间。抽头位置被保持的持续时间与一个阈值进行比较，以及如果抽头位置在长于阈值的时间内保持不变，则改变抽头位置。类似地，用于监视负荷抽头转换开关触点寿命的工作循环监视技术包括检测燃弧事件。对燃弧事件中涉及的燃弧表面进行识别并计算燃弧事件对燃弧表面的影响。在燃弧表面上烧蚀的估值被更新，并且把估值与阈值进行比较。当估值超过阈值时，生成用于维护的信号。
文档编号H01H1/50GK101156225SQ200480032012
公开日2008年4月2日 申请日期2004年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者A·D·赫男德茨, D·A·唐, F·J·拉潘特, R·J·卡卢尼 申请人:库帕技术公司