提供了一种用于直流(DC)电路断路器(200)的断路器故障检测装置。所述断路器包括并联连接的断路元件(204)和非线性电阻，例如，电涌放电器(205)。所述断路器故障检测装置包括用于测量从断路元件(204)换向的电流的电流传感器(212，213，214，215)，以及断路器故障检测单元(211)。断路器故障检测单元(211)被配置用于比较所测量电流与期望值，以及当所测量电流偏离期望值时判定断路器(200)的内部换向过程没有按照期望进行。本发明专利技术运用如下认识：改进的断路器故障检测可通过监测断路器的内部换向过程实现。此外，提供了一种断路器故障检测的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于HVDC断路器的快速断路器故障检测
一般而言，本专利技术涉及高压直流(HVDC)电力传输，更具体的说，涉及用于直流(DC)断路器的断路器故障检测。
技术介绍
由于对大功率传递和互联电力传输与分配系统的需求不断上升，高压直流电力传输变得越来越重要。高压直流电网通常包括多个交流(AC)/DC转换器端子，其通过传输线路(即，地下线缆和/或架空线路)互联。在电网内，端子可以连接到多个端子，从而产生不同类型的拓扑。这样的多端子电网能够实现有效的拥塞管理而且针对干扰具有改进的稳定性。直流断路器通常用于在高压直流电网中隔离故障组件，诸如传输线路。由于相比于交流系统直流传输线路的电感低，所以高压直流系统遭受故障引发电流的高速上升。因此，直流断路器必须在断路器的中断能力被超过之前迅速中断电流。特别是，在断路器故障的情况下，即当断路器无法中断电流时，备用断路器必须在上升的电流超过备用断路器的中断能力之前切断。因此，除非有非常大的电感用于限制故障引发电流的增大速率，否则直流断路器故障的快速检测是所期望的。已知的断路器故障检测技术基于测量通过直流断路器的总电流以及检查在接收到切断信号后开始的给定时间间隔内该总电流是否减小到零。然而，电流的衰变是由非线性电阻(例如电涌放电器)支配的，其通常用于消减电流，导致相当长的时间间隔。此外，由于电流衰变取决于各种外部参数，诸如故障前的负荷、故障的位置以及所涉及的电路的总电感，所以必须考虑安全裕度，这导致甚至更长的时间间隔。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种对上述技术和现有技术更有效的替代。更具体地说，本专利技术的一个目的是提供用于直流断路器、特别是用于高压直流断路器的改进断路器故障检测。本专利技术的这些目的和其他目的借助具有独立权利要求1中限定的特征的断路器故障检测装置以及借助独立权利要求9中限定的断路器故障检测方法实现。本专利技术的实施例由从属权利要求表征。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种用于直流断路器的断路器故障检测装置。该直流断路器包括断路元件和非线性电阻。该断路元件设置用于在接收到切断信号时中断直流电路。断路元件可以例如基于机械断路器或固态断路器。断路元件还可以是包括不同类型的断路器的混合断路元件。非线性电阻与断路元件并联连接。断路器故障检测装置包括至少一个电流传感器和断路器故障检测单元。电流传感器设置用于测量从断路元件换向的电流。可选地，断路器故障检测装置可以包括多个电流传感器，以及断路器故障检测单元可以设置用于在直流断路器内的不同位置测量从断路元件换向的电流。断路器故障检测单元设置用于比较所测量电流与期望值。断路器故障检测单元进一步设置用于当所测量电流偏离期望值时判定断路器的内部换向过程未按期望进行。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于直流断路器的断路器故障检测的方法。直流断路器包括断路元件和非线性电阻。断路元件设置用于在接收到切断信号时中断直流电路。非线性电阻与断路元件并联连接。该方法包括:测量从断路元件换向的电流以及比较该所测量电流和期望值。可选地，可以在直流断路器内的不同位置测量从断路元件换向的电流。该方法进一步包括:当所测量电流偏离期望值时判定断路器的内部换向过程未按期望进行。本专利技术运用了如下认识:直流断路器中一种改进的断路器故障检测可以通过监测断路器的内部换向过程来实现。当断路元件开始中断通过断路器的直流电路的电流时，内部换向过程开始。通常情况下，中断过程响应于从开关场的外部控制单元或其中设置有断路器的配电系统接收到切断信号而开始。切断信号也可以来源于监测与断路器连接的传输线路的故障保护装置。当电流断路元件开始中断电流时，电流被换向到与断路元件并联的非线性电阻。非线性电阻(其可以例如是电涌放电器)提供逐步升高的用于消减电流和消除电路中存储的磁能的反电压。可选地，如果谐振电路与断路元件并联连接，则电流最初被换向至谐振电路，特别是谐振电路中包括的电容器，从而在电流消减时导致断路元件上合理的瞬态恢复电压。更具体地说，电容器首先通过直流电流充电。随后，当电容器上的电压达到非线性电阻的保护电平时，电流换向至非线性电阻。为此，电流从电流断路元件到非线性电阻的内部换向以及，可选地，通过作为中间步的谐振电路的内部换向被监测，以便评估断路器是否成功中断电流。换句话说，换向电流被测量以便验证内部换向过程按期望进行，即，根据断路器的设计进行。这是通过比较所测量电流或在采用多个电流传感器情况下的多个所测量电流与期望值来实现的，期望值代表在正常运行时断路器中的成功换向过程，即断路器故障没有发生。这样的期望值可以例如从换向过程的仿真中推断或通过实验推断。由于通过断路元件的电流消减得比通过断路器的总电流快得多，其中后者的衰变是由非线性电阻的逐渐升高的反电压支配的，所以断路器故障可以在比本领域已知的时间更短的时间内检测到。此外，由于通过断路元件的电流的衰变时间(即，通过断路元件的电流减小到零所花的时间)不取决于外部电感，因此不需要安全裕度。本专利技术的一个实施例在如下方面是有利的:一旦检测到内部换向过程未按预期进行就可以马上采取保护措施。因此，本专利技术的一个实施例促进比已知故障检测技术更快的断路器故障检测，已知故障检测技术基于测量通过断路器的总直流电流以及在预定的时间间隔已经经过后检测到非零电流的情况下判定断路器已故障，该时间间隔从接收到切断信号开始并且足够长以容许断路器完成其断路动作，其中包括由非线性电阻消减电路中存储的磁能。断路器故障的检测可以通过如下方式得以改进:在直流断路器的电路内的多个位置处测量从断路元件换向的电流，以及当评估断路器故障是否已发生时考虑不同的测量结果。通过这种方式，可以实现一种更可靠的断路器故障检测。为了这个目的，断路器故障检测单元可以包含多个电流传感器。根据本专利技术的一个实施例，该断路器故障检测单元进一步设置用于在所测量电流偏离期望值的条件下，判定断路元件中断直流电路失败。基于对断路器的内部换向过程的监测来确定断路元件中断直流电路失败在如下方面是有利的:可以比本领域已知的更早地采取保护措施。根据本专利技术的一个实施例，断路器故障检测单元进一步设置用于响应于判定内部换向过程未按照期望进行而使一个或多个备用断路器切断。当内部转换过程未按期望进行时作为保护措施使备用断路器及早切断是有利的，这是因为备用断路器可以尝试在迅速升高的故障引发电流超过备用断路器的中断能力之前使电流断路。备用断路器可以是相邻的在电路方面的断路器，或当直流断路器包括被设置以便提供冗余的多个断路器部分情况下可以是冗余断路器部分。根据本专利技术的一个实施例，断路器故障检测单元进一步设置用于响应于判定内部换向过程未按期望进行而重新闭合断路元件。这在如下方面是有利的:损坏断路器的部件、诸如断路元件的风险降低。特别是，可避免跨机械断路器的开路触点的电弧过长时间占上风。根据本专利技术的一个实施例，断路器故障检测单元进一步设置用于估计由非线性电阻耗散的能量的数量、将所估计能量与预定值比较以及如果所估计能量超过预定值则判定非线性电阻过负载。能量的数量的估计基于所测量电流和非线性电阻的反电压。为此，要由非线性电阻耗散的能量通过热模型来估计并与门限值做比较，其中该能量折合从断路元件换向至非线性电阻的电流。用来比较的门限值可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于直流(DC)断路器(200)的断路器故障检测装置，所述直流断路器包括：设置用于在接收到切断信号(209)时中断直流电路(201)的断路元件(204)，以及与断路元件(204)并联连接的非线性电阻(205)，其中所述断路器故障检测装置包括：至少一个被设置用于测量从断路元件(204)换向的电流的电流传感器(212，213，214，215)，以及断路器故障检测单元(211)设置用于：比较所测量电流与期望值，以及在所测量电流偏离期望值的条件下，判定断路器(200)的内部换向过程未按期望进行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于直流(DC)断路器(200)的断路器故障检测装置，所述直流断路器包括: 设置用于在接收到切断信号(209)时中断直流电路(201)的断路元件(204)，以及 与断路元件(204)并联连接的非线性电阻(205)， 其中所述断路器故障检测装置包括: 至少一个被设置用于测量从断路元件(204)换向的电流的电流传感器(212，213，214，215)，以及 断路器故障检测单元(211)设置用于: 比较所测量电流与期望值，以及 在所测量电流偏离期望值的条件下，判定断路器(200)的内部换向过程未按期望进行。2.根据权利要求1的断路器故障检测装置，其中断路器故障检测单元(211)进一步设置用于在所测量电流偏离期望值的条件下判定断路器单元(204)中断直流电路失败。3.根据权利要求1的断路器故障检测装置，其中断路器故障检测单元(211)进一步设置用于响应于判定内部换向过程未按期望进行而使备用断路器切断。4.根据权利要求1的断路器故障检测装置，其中断路器故障检测单元(211)进一步设置用于响应于判定内部换向过程未按期望进行而重新闭合断路元件(204)。5.根据权利要求1的断路 器故障检测装置，其中断路器故障检测单元(211)进一步设置用于: 基于所测量电流和非线性电阻(205)的反电压，估计要由非线性电阻(205)耗散的能量的数量， 比较所估计能量与预定值，和 在所估计能量超过预定值的条件下判定非线性电阻(205)过负载。6.根据权利要求5的断路器故障检测装置，其中断路器故障检测单元(211)进一步设置用于响应于判定该非线性电阻过负载而重新闭合断路元件(20...
【专利技术属性】
技术研发人员：LE·朱赫林，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：
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