對有動態設置、多功能和多設置組的設備的協調研究方法

2023-06-12 03:26:41

專利名稱：對有動態設置、多功能和多設置組的設備的協調研究方法
對有動態CT、多功能和多設置組的設備的協調研究方法 技術領域本公開大體上涉及配電系統，尤，及一種^ffl保護性算法來在電路保護 系統的故障條件下顯示保護性響應的圖形g的方法。在配電系統中，電力被分配給各種負載並通常被分成支路，所述支路將電 力供給規定的負載。支路也能夠被連接到其它配電裝置。由於對系統中異常電力^#"即故障的關心，^^f周知的是提供諸如斷路器 之類的電路保護性設備或電力開關設備來保護電路。電路斷路器設法防止或最 小化損壞並且通常是自動起作用的。電路斷路器還設法在故P章情況下最小化供 電服務中斷的程度和持續時間。進一步公知的是根據在配電系統的配置內靜態定義的保護區域來打開和閉 合這些電路斷路器。當今的保護系統根據這些靜態限定的區域的電性質^ii用算法，並且a^OT布置在靜態定義的保護區域內的電路斷路器來清除故障。 然而，當今這樣的保護系統不具有向系統操作員示出所述區域將如何在故障的 情況下在內部做出響應以便以最高效和可靠的方^保護系統的機制。這樣的示出保護性情形的方法是靜態的、單一的保護實例，它們沒有示出自適應iil呈 的總範圍。此外，當今的系統不具有i!3i最小化在故障瞎況下釋放的能量以最 小化對設備或人員的潛在危害的方式。此外，當今的系統不具有在元件出現故 障時提供快速備份以最小化區域內損害的可能性以及釋放的育氌的方式。因此，存在著對使用保護性算法來提供配電系統的保護性設備在適應故障 斜牛時的自適應保護性響應的圖形顯示的方法的需求。發明內容在一方面，提供了一種顯示保護性算法如何對具有電力開關設備的電路進 行保護的方法。該方、^括在使用保護性算法出現故障條件或者一系列故障條 件期間顯示{，性算法的輸出/結果。在本方法的另一方面，用戶會嫩定義總線和負載^(牛的特定電力設備，， 並且肖嫩使用保護性算法使保護功微寺14^生變化。皿改變總線和負載條件， 當皿負荷條件時，通別OT保護性算法，新的跳閘曲線將被自動地改變。另一方面，如果組件發生故障，保護性算法就使該組件跳閘並延遲主開關 以清除該組件。另一方面， 一種保護具有電力開關設備的電路的方法，使用保護性算法來 提供對饋線和總線故障的更有效和及時的M以^t戶設備和人員。另一方面，ilil以比^f頓非選擇性算法時可能的電流電平更低的電流電平 選擇性地使斷路器跳閘這樣的方式也實現了一種用於降低入射能(incident energy)的方法。提供了一種保護具有電力開關設備的電路的方法。該方法具有定義一組表 示電路中的電力開關閾值的特性的步驟，和輸入鵬閾值的故障剝牛的步驟。 該方^^吏用算法來控制電力開，故障^K牛的響應以保護電路。所述方法顯示 電力開關對故障剝牛的響應，其中顯示表示由算法控制的開關設備的保護性響 應。根據下面詳細的描述、附圖和所附的權禾腰求，本領域技術人員將獲得對 本發明上面所描述的和其它特徵以及優點的認識和理解。


圖1示出了配電系統的示意性表示；圖2示出了多源配電系統的示意性表示；圖3示出了配電系統的一部分的示意性表示；圖4示出了g用於描述圖3中保護系統的系統行為的靜態已知算法的方法的靜態時間跳閘曲線；圖5示出了靜態跳閘時間曲線，其試圖根據已知算法示出總線故障的自適應^f戶功能；圖6示出了根據本發明的示出自,保護功能的方法； 圖7示出了根據本發明的示出自適應和多保護功能的方法； 圖8示出了己知算法的靜態保護設備的入射能；以及 圖9示出了根據本發明的方法的動^j呆護設備的入射能。
具體實施方式
現在參考附圖尤其是圖1 ，示出了通常由附圖標記10指代的配電系統的示 例性實施例。系統10通過許多或多個電力開關設備或者電路斷路器14將電力 /AM少一個電源總線12分配到支路16。電源總線12ffi51把三相電力系統作為實例來說明，該三相電力系統具有第 一相18、第二相20以及第三相22。電源總線12還會,包括中性相(未示出)。 為清,見，所示出的系統10通過四個斷路器14將電力從電源總線12分配到 四個電路16。當然，本公開考慮到電源總線12可以具有任意期望數量的相和/ 或系統10具有任意期望數量的電路斷路器14和任意的電路斷路器的拓撲，例 如，串聯、#並聯，g其它組合。每個電路斷路器14都具有一組可分離的觸點24 (示意性地示出)。觸點24 選擇性地方JS電源總線12以與電路16上的至^~個負載(也Ji^意性,出) 進4彌信。該負載會鄉包括設備，例如但不限於電動機、焊接機器、計鄉、 加繊、空調、照明和/或電氣設備。在圖1中示出的配電系統10具有中爐制和完錢成的保護、鵬和控制 系統26 (下文中稱為"系統")的示例性實施例。系統26被S2g成從中，制 M單元28 (下文中稱為"CCPIT)，制和監控配電系統IO。 CCPU28ffiil 數據網絡32與許多或多個 樣本和傳輸模塊30 (下文中稱為"模塊")進行 通信。網絡32基本上同時地將來自所有模塊30的信息傳送到CCPU28。因此，系統26育嫩包括考慮了一個或全部電路斷路器14上的電信號的值 (例如電流幅度和相位)的保護和控制方案。另外，系統26將配電系統10的 制蟲斷路器14的保護、控制和監控功能集鵬單個中鵬制M器(例如CCPU 28)中。系統26向CCPU 28提供所有m31與網絡32上的模塊30和電路斷路 器14的數字通信能獲得的同步信息組，並且向CCPU^f共根據該完整的l^組 總作這些設備的能力。本發明的保護性算法200被用於保護系統26。算法200的目的在於如果 發生諸如網絡32上的饋線或總線之類的電力設備的故障盼瞎況下，對設備進行 保護，所述設備例如但是不限於電動機、焊接機恭計^m、加繊、空調、 照明和/或其他電氣設備。當^g31總線或者斷路^0:的負載時，保護性電路斷 路器14被激活。保護性算法200被SBS成接收用戶為電路斷路器14定義的設 置以允許由算法200實現的保護功能夠發生。CCPU 28使算法200育嫩接收用戶為電路斷路器14的時間和/或電流的閾值的設置定義的輸入。這些值由維護人 員g任何其他網絡操作員輸入以獲得保護性算法200所允許的保護性動作的 圖形標。如圖1所示，每個模塊30都與其中一個電路斷路器14通信。^h模塊30 還與至少一個傳繊34通信，所超少一個傳感器34翻媳線12柳或電路 16的每一相(例如，第一相18、第J20、第三相22和中性)中電力的^# 或者電參數。傳 34育灘包括變流器(CT)、艦器(PT)，以及它們的任 意組合。傳麟34監控電路16中輸入電力的^#或者電參數並且向模塊30提 供表示電力^#的第一驗數信號36。例如，傳繊34可以是產生與電路16 中的電流成比例的次級電流的變流器以^m—信號36是次級電流。模塊30向電路斷路器14發送一個或多個第二信號38和/或從電路斷路器 14接收一個或多個第二信號38。第二信號38可以標斷路器14的一個或多個 斜牛，例如但不限於可分離的觸點24的位置皿態、彈簧充電開關狀態、鎖定 狀態或斜牛以及其它。另外，模塊30被隨^Ma送一個或多個第三信號40 到斷路器以按照需要打開湖合可分離觸點24 (例如打開湖絲令或信號)來操 作或者啟動電路斷路器14。系統26利用數據網絡32來從模塊30獲得數據和將 傳超,述模塊。 因此，網絡32被SSa， CCPU 28和模塊30之間提供期望等級的通信容量和 通信業務管理。標例性實施例中，網絡32肯辦被隨成使模塊30之間不進 鬥fffi信(也就是沒有模塊至帳塊間的通信)。另外，系統26肖辦被配置成提供一致的故障響應時間。如^lth0H頓的， 系統26的故障響應時間被定定為當故障條(牛出現的時間和時間模塊30向其 關聯的斷路器14發出跳閘命令的時間之間的時間。在示例性實施例中，系統26 具有小於60Hz (赫茲)波形的單個周期的故障響應時間。例如，系統26能夠 具有大約3毫秒的最大故障響應時間。網絡32的配置和操作協議被配置成,前述的通信容量和響應時間。例如， 網絡32可以是具有如圖1中所示的跡拓撲的乙太網。在這個實施例中，網絡 32是全虹網絡，其使通常由乙太網i頓的衝突檢測多路訪問(CSMA/CD) 協議被移除和/或被禁用。更確切地，網絡32是用於防止衝突的^^奐乙太網。CCPU 28肯^W亍相互1^的支路f斜戶、區域保護和繼電保護，這是因為所有的系統信息縦一個中她置，也就是在CCPU。另外，CCPU28肯,對 中央定位的系統信息執行一個或多個監控功能。因此，系統26提供一致和集成 保護、控制和監筋法，這在現有的系統中沒有被考慮。例如，系統26在一個 低成本和易於安裝的系統中集成和協調負載管理、反饋管理、系鄉控和其它 系統保護功能。參考圖2，所示出的由附圖標記105指代的多源，多層(multi-tier)配電系 統的示例性實施例，具有與圖1中由相同附圖^iB指代的特徵類似的特徵。系 統105艦配電總線150將電力涯少一個電力饋線112(在這個實施例中為第 一和第二電力饋線)分配到許多或多個電路斷路器14從而分配至,多或多個負 載130。 CCPU 28倉辦包括數據傳輸設備140，例如CD-ROM驅動器或者軟盤 驅動器，用於從介質145-例如從CD-ROM或者im讀,據或指令。電路斷路器14以一種分層的、多級或者多層的配置進行排列，所述配置具 有電路斷路器的第一級110和電路斷路器的第二級120。當然，任意數量的電路 斷路器14的級赫配置都旨辦在系統105中<頓。電路斷路器14的分層隨 在第一級110中提供電路斷路器，第一級110中的電路斷路器是第二級120中 的電路斷路器的上遊。如果在系統105中發生電力異常^#，也就是故障，保 護系統26就iiil使用該柳章上遊的最近的電路斷路器14來試圖清除故障以設 法協調系統。離故P章最近的電路斷路器的上遊電路斷路器14保持閉合，除非下 遊電路斷路器不能清除該娜章。對於系統105中的電力的任何異常條件或者參 數-例如，長時間、短時間棘瞬間過電流或者過量接地電流都肖,實現保護系 統26。為了向離故15tt近的電路斷路器14提供充分的時間以試圖在上遊電路斷路 器打開之前清除故障，上遊電路斷路器在調節的或者動態延遲時間被提供打開 命令。上遊電路斷路器14在更改的動態延遲時間被皿打JH^令，該時間在電 路斷路器打開之lt0尤期滿了。在示例性實施例中，用於打開上遊電路斷路器14 的更改的動態延遲時間基於故障在系統105中的位置。，地，用於打開上遊 電路斷路器14的更改的動態^iK時間基於所述故障相對於電路斷路器和/或其 它設備和系統105的拓撲的位置。保護系統26倉辦根據所^^測出的故障在電力流等級中的位置在更改的動態 延遲時間向齡配電系統105內的上遊電路斷路器14提供打^^令，並且用於打開這些電路斷路器中的每一個的更改的動態延遲時間都會灘ifcj^ik在無限的範圍上。保護系統26具有CCPU，其被配置皿有本發明為電路斷路器14提 供自適應的電路保護的算法200。 fMI戶系統26斷氏了故障的清除時間，這是因 為CCPU28在作為最優的時間周期的、更改的動態EiE時間根據故障的，為 上遊電路斷路器14提做M令。已經發現與當前系統的《頓相比，在i頓保 護系統26的情況下故障的清除時間斷氏了大約50%的時間。CCPU 28通過使離故P章最近的電路斷路器14清除該故障來協調保護系統 26。保護系統26可變ife^用於打開上遊電路斷路器14的動態延遲時間進fi1^ 整以提供對離故障最近的下遊電路斷路器的備謝呆護。如果發生離故障最近的 下遊電路斷路器14不育歸除故障，那麼下一個上遊電路斷路器將根據其更改的 動態鵬時間試圖以最小額外延遲來清除個故障。這降低了系統壓力、損壞和 向操作以則艮務人員暴露的潛在的電弧會遣，且同時保持了選掙性。參考圖4,示出了標保護功能的兩個做設備跳閘時間曲線的靜態標， 並且總體上由附圖斷己100來指代。圖表100標如圖3中示出的電力系艦 饋線故障的響應。圖3中的圖表100示出了與圖1和圖2中的系 本上類似 的系統。圖表100示出了^^主斷路器的保護性響應的曲線105和^^線斷 路器的響應的曲線110。兩個曲線105和110都是靜態的並且都以相同的方式於 對所有的故P章^f牛進行響應。圖表100標主斷路器415和饋線斷路器，其中 ^±斷路器415保持閉合的同時，饋線斷路器打算跳閘。因為這些曲線都是靜 態的，所以如果在設備或者饋線斷路器420櫃中存在總線故障，貝U主斷路器415 將在靜態延遲時間跳閘，而不會更早，因此釋放了比必然釋放的會遣更多的能 量。如果饋線斷路器420沒有激活，那麼主斷路器415會以高得多的肖遣級跳 閘，這是因為系統不能針對動態^#調整。(校驗)參考圖5，示出了標在發生總線故障的情況下自適應微功能的靜態跳閘 時間曲線的圖表，總體上由附圖標記120指代。圖5表/^^樣的瞎況，其中總 線故障與圖3中的饋線故P對目反。主曲線125和饋線曲線130都被示出在其默 認延遲處。所示的主斷路器比饋線更MW胸，從而示出設備是非選擇性的。 該圖表給出了這樣的印象主和饋線都不是選擇性的。參考圖6,表示本發明的保護模式的圖表被稱為區域選擇性聯鎖(Zone Selective Interlock ZSI)，低壓設備中的保護功能被示出，並且總體上由附圖標記150指代。根據本發明，ZSI模式是從根據娜章是饋線還是總線故障而從允許 選擇性功能的用戶界面中選擇的。在示例性實施例中，ZSI例程在CCPU28執 《亍並且與^1^募決30的單獨的保護功能交互，這些功能也是在CCPU確定的。 ZSI例程還可以使用用於電路斷路器14的預置清除時間，g用於電路斷路器 的清除時間可以由CCPU28根據物理硬體來確定，所述物理硬體是CCPU已知 的。CCPU28有效地^ff出配電系統105的拓撲，這允許CCPU在無限的時間 範圍內打開電路斷路器14。在圖6中，圖表150示出了當發生饋線故障時的情況。主MH被自動調整 以允許饋線首先清除如曲線155所示的故障。如果所述故障沒有被饋線清除， 那麼就使主斷路M那之後立即自動跳閘以確保饋線斷路m皮後備保護，如曲 線160所示。ZSI是一種保護功能，它在發生總線故障的情況下陶氏了主斷路器 的延遲時間以最小條放的能量。另外，ZSI衝共了主斷路器的更腿的響應， 從而微了總線及其關聯的設備。如果與存在於總線中的故障相比，故障是在 饋線中，則ZSI功能以選擇性的方式工作，以最小i機放的會譴並且儘可能快 地做出進行響應。本發明的保護功能直接地且以圖形形式示出饋線和總線故障情況的保護動作。參考圖7，本發明的方法也相對於總線差動保護功能進行了描述，並且總體 上在圖表170中示出。圖表170顯示了總線故障的情況，其中由曲線175， 的總線差動正在清除總線故障。如果所述故障沒有被清除，由曲線180表示的 主將清除總線故障。饋線的曲線保持不變185,這是因為所述故障比饋線斷路器 位於更高的級。除了修改電路斷路器的響應之外，本發明的保護功能還顯示了如何在故P章 情況下陶鵬放的入射能。參考圖8，示出了在總線柳章期間，靜鄉護設備的 瞬時能量，並且其在圖表190中總體上由曲線195指代。圖表190示出了圖4 的圖表100中示出的故障事件期間釋放的入射能。入射能就是在故障被清除之 前釋放的能量。在故障事件的開始的大約兩秒的時間內，能量被釋放中並且沒 有娜章保護。因此，對於靜態設備來說故障開始時的肯遣高達大約48C/cm2。當 故障正被清除的大約2秒之後，有效電流大約為20K安培，這是與高級的育遣 相關的相對高的值。當故障被清除(開始被清除)時，大約18000C/cn^被釋放。高級的能量被釋放，這是因為清除時的電流由於缺少靜態保護系統的選擇性而造成是很高的。參考圖9，被釋放的入射能在圖表205中由曲線210示出用於圖5的自適應 性多保護功能。比較圖9中的圖表205和圖8中的圖表190，初始的入射能是相 同的。然而，當故障被清除時的電流在圖6中遠低於圖4中。在圖6中，電流 大約為3000安培。在圖4中，當柳彰皮清除時電流大約為14K安培。在圖9 中，因為電流比在故障被清除時要低得多，所以釋放的入射能量也對氐得多。 總線差動(故障保護性算法)的好處在於它通過以低電鄉折總縫動來提供 相當大的保護以防止受到高能量釋放的影響。儘管已參考一個或多個示例性實施例對本公開進行了描述，但是本領域技 術人員應當理解在不偏離其範圍的情況下可以進行各種改變並且可以對其中的 元件進行等效替代。另外，在不偏離本發明的情況下，可以進行許多改變以使 特定的情況或者材料鵬本發明的教導。因此，本公開旨在不限於所公開的被 認為是執行本發明的最優模式的一個或多個特定實施例，並且本發明將包括落 在附屬權利要求的範圍內的所有實施例。部件列表 配電系統10 電力總線12 斷路器14 支路電路16 第一相18 第1目20 第三相22 觸點24 系統26主斷路器曲線105 饋線斷路器曲線110 主斷路器415 饋線斷路器420 靜態跳閘時間曲線120 主曲線125 饋線曲線130 保護模式圖表150 饋^^兆閘時間曲線155 主跳閘時間曲線160 總線差動圖表170 饋線跳閘時間曲線175 主跳閘時間曲線180 瞬時肖遣圖表190CCPU28模塊30 網絡32 傳麟34第一信號36第二信號38 配電系統105 電力饋線112 配電總線150 負載130數雜輸設備150 介質145 第一級110 第二級120 算法200靜態^圖表100總線故障曲線195入射能圖表205自適應保護功能曲線210
權利要求
1、一種對具有電力開關設備(14，415，420)的電路(10，105)進行保護的方法，所述方法包括定義一組表示電路中的電力開關的閾值的特性；輸入超過所述閾值的故障條件；使用算法(200)來控制所述電力開關對所述故障條件的響應以保護所述電路；顯示所述電力開關對所述故障條件的響應，其中顯示表示由所述算法控制的所述開關設備的保護性響應。
2、 根據權利要求1的方法，其中所述保護性響應是所述電力開關響應於不 同的故障條件而f，所述電路的選擇性響應。
3、 根據權利要求l的方法，其中戶皿電力設備，線電路斷路器(14)、 總線電路斷路器(420)和主斷路器(415)。
4、 根據權利要求1的方法，其中故障割特卩所述閾值都被儲存在CCPU(28) 上，並且被傳送到所述電力開關，並M31網絡(32)傳送到微處理器。
5、 根據權利要求1的方法，其中定J^萬述特性的步驟包括定義所述電路 中的電力開關設備的狀態，所述狀態中的每一個是打開或者閉合。
6、 根據權利要求5的方法，其中定義所述特性的步職一步包括根據所 述電路中的電力開關設備的所述狀態來定義所述電路的電力流配置。
7、 一種對具有電力開關設備(14， 415， 420)的電路(10， 105)進行保 護的方法，所述方,括為所述開關設備定義多組閾值；輸入皿所述多個閾值中的每一個閥值的不同故障割牛值以產生不同的故 障餅；f，算法(200)來改^^述電力開關設備怎樣對所述不同故障^#€做出響應；j頓所述算法根據所述不同柳章剝牛棘示所述開關設備的響應，其中所 述響應是由所述算法控制的所述開關設備的f緣性響應。
8、 根據權利要求7的方法，其中所述多組中的每一組都標所述電力開關設備的不同閥值組。
9、 根據權利要求7的方法，其中戶腐電力設備魏線電路斷路器(14)、 總線電路斷路器(420)和主斷路器(415)。
10、 根據權利要求7的方法，其中故障斜特B所述閾值都被存儲在CCPU(28) 上，並且被傳送至術述電力開關，並M31網絡(32)被傳超微鵬器。
全文摘要
本發明提供了一種對有動態設置、多功能和多設置組的設備的協調研究方法。在電路(10，105)中提供了電路保護系統(28)，用以使用保護算法(200)來保護電力開關(14，415，420)免受故障條件的影響。算法(200)用於控制所述電力開關對故障條件的響應以保護所述電路。電力開關對故障條件的保護性響應通過使用算法而被顯示。所述響應能夠使從故障條件中釋放的能量被最小化。
文檔編號H02H7/00GK101227081SQ20071030617
公開日2008年7月23日 申請日期2007年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者M·E·瓦爾德斯, T·F·小帕帕洛 申請人:通用電氣公司