[发明专利]在电力系统设备的控制单元中生成数据信号的信号生成单元和方法

说明书

技术领域

本发明涉及在电力系统设备的控制单元中生成数据信号的信号 生成单元和方法。尤其是，所述控制单元是用于抽头换接器 (tap-changer)驱动单元。

背景技术

一般而言，继电器在现有技术中广泛公知，它们通常用于将负 载连接到电源，例如在US 4,466,038以及US 6,621,668B1中，分别 描述了对负载应用AC功率的机械继电器。为了抑制在打开和关闭 继电器触点期间出现的电弧放电，将固态开关与继电器并联。分别 在打开或者闭合继电器触点之前，闭合该固态开关；并且在打开或 者闭合继电器触点之后，打开该固态开关。相对于作为电力开关工 作的继电器，本发明涉及信号继电器。

在当前的高压和中压电力系统以及电力网络中，生成、传送、 并且处理承载数据信息的不同类型的信号，以便执行测量、控制、 调整、和保护网络的各种电力系统设备的功能，所述设备诸如，发 电机、变压器、母线以及高压切换设备。这些设备是所谓高压和中 压开关装置的一部分。在Hennig Gremmel所著的“ABB Switchgear Manual”，第10版，ISBN 3464482367，第711-771页中，将执行 不同控制功能的系统称作次级系统。所述次级系统与主系统的区别 在于如下事实：次级系统管理信息而不是管理电力。

通过接触式机电和电磁设备、或者通过无接触电子装置来生成 在次级系统的控制单元中使用的数据信号。本发明涉及具有接触式 设备的控制单元，并且更具体地，涉及具有信号或者轻型(light-duty) 继电器的控制单元。

通过在两种不同输出电压之间执行切换操作，使用信号继电器 来生成数据信号，其中两种输出电压表示二进制信号的高电平和低 电平。通常，信号继电器通过闭合以及打开其触点之一来简单地仅 将一个输出电压切换为开或者关。这一操作模式还可以描述为在额 定电压以及零伏之间切换。取决于触点的数量，继电器根据其切换 行为可以具有不同数量的输出端子。例如，可以将其分类为具有一 个通常闭合或者通常打开触点的继电器以及具有两个转换触点的继 电器。由于这些基础配置可以翻倍，因而在市场中存在有两个以上 触点以及相应输出端子的继电器。

在电力系统设备的控制单元中使用的信号继电器的输出电压可 以是AC信号形式或者DC信号形式，并且可以在其电压电平中显著 变化，即，从24V至250V，这取决于在电力网络内控制单元的实 际实现、并且取决于区域性或者本地规范和标准。

此外，控制单元的输出端口(数据信号输出于此)的电气规范 是依赖于用户的。连接到输出端口的电气电路可以是电容性或者电 感性特性。如果是电感性负载(在此上下文中其通常由时间常数L/R 来描述)连接至控制单元的输出端口，则当通过打开信号继电器的 触点之一而将电流中断时生成具有高峰值的相反emf(电磁力)。作 为结果，可能在触点的两个触点元件之间产生火花，这可能导致触 点元件之间的物质迁移以及由高温引起的蒸发。在继电器触点上的 电感性负载的负面影响是，在DC电路中比在AC电路中更具破坏性。

在DC的情况下，为了保护继电器触点元件，现有技术中公知的 是将RC电路(也称作缓冲器(snubber))与继电器端子并联连接。 电容器在触点元件打开的时刻抑制放电，这是由于emf导致的电流 被分流至其中，同时串联电阻器限制该电流以防止形成火花。在AC 的情况下，现有技术建议跨过电感性负载使用依赖电压的电阻器(也 称作变阻器)，其在高电压时具有低电阻而在低电压时具有高电阻。

具有控制单元的应用目的的电压电平以及负载特征的变化，导 致在市场中存在用于电力系统设备的多种不同类型的控制单元。在 用于功率变压器的抽头换接器及其驱动单元的特殊领域中，存在高 达数千种不同配置。例如在WO 01/92978A1中描述了用于抽头换接 器的驱动单元的现代实现。

发明内容

为了降低不同类型控制单元的数量，本发明的一个目的在于提 供一种用于电力系统设备控制单元的信号生成单元和方法，其可用 于生成不同DC电压的数据信号，并且其允许将控制单元的相应输 出端口连接至不同的电感性负载，而无需任何调整或者改变。由于 用于抽头换接器的控制单元尤其是驱动单元的种类尤其繁多，所以 本发明的又一目的在于提供一种具有上述特征的抽头换接器的驱动 单元的信号生成器单元。