具有減少的允通能量模式以及區域選擇性的保護系統的製作方法

2023-10-05 02:32:29

專利名稱：具有減少的允通能量模式以及區域選擇性的保護系統的製作方法
技術領域：
本發明的領域一般涉及配電系統以及更具體地，涉及用於為遍及系統的斷路器提供動態延遲時間的電路保護系統的方法以及系統。
背景技術：
在配電系統中，電力被分配給各個負載並且典型地被劃分到支路中，這些支路向指定的負載供電。支路還能與各個其他的配電設備連接。由於對在系統中異常電力狀態(即，故障)的擔心，已知的是，提供電路保護裝置 (如，保護各個負載的斷路器)以及配電設備。斷路器尋求防止損害或使損害最小並且典型地自動地起作用。斷路器也尋求使在故障情況下電氣服務中斷的範圍與持續時間最小。斷路器經常被用以通過測量在受保護的電路或者分支中的電流，並且當測量的電流超過預定的故障水平時跳閘以切斷電流來避免過電流故障。傳統的斷路器經常採用基於微處理器的數字固態跳閘單元以比如通過雙金屬條的加熱與冷卻的數字仿真來生成反轉的時間長延遲和/或短延遲跳間。這樣的傳統斷路器跳間單元在存儲器中存儲數字值，其模擬雙金屬條的溫度。存儲器可以是隨機存取存儲器(RAM)，比如累加器類型的存儲器。當測量的電流超過預定的吸合水平，斷路器跳閘單元被認為是處於「吸合(pick-up) 」模式，並且存儲的值或者累加器遞增預定的量(諸如以電流的平方的因數)。相反，如果測量的電流比預定吸合的水平低，存儲的值或者累加器遞減預定的量。如果存儲的或者累加器的值超過預定最大值的情況發生，斷路器跳間單元將確定故障存在並且發出跳間信號以清除故障。已知的是利用區域選擇性互鎖(MI)、或者區域約束技術以減少在電氣設備上的壓力。ZSI利用具有預編程時間延遲的上遊斷路器，使得下遊斷路器被提供有清除故障且在上遊斷路器斷開或者跳閘之前沒有故意的延遲的機會。在已知的區域選擇性互鎖(ZSI)系統中，下遊斷路器能通過配線與上遊斷路器直接通信，使得下遊斷路器將信號發送至上遊斷路器，從而使上遊斷路器置於約束模式中。在約束模式中，斷路器臨時受約束免於斷開或者跳閘，直至預定時間的延遲已經停工之後。傳統的斷路器每個具有其中包含的預編程的時間延遲設定。因而，ZSI系統基於預置的、恆定的應用於每個上遊斷路器的時間段(諸如100毫秒(ms))提供另外的時間延遲。因而，每個受影響的上遊斷路器不管配電系統中的故障的位置而將延遲預置的時間段跳閘。更特別地，在帶有傳統的選擇性協調的保護系統中，當下遊斷路器探測到電流大於其接地故障(GF)吸合、短時間(ST)吸合或者其瞬時(I)吸合，它將發送回約束信號至上遊斷路器。該上遊斷路器，一旦發覺該約束信號，將使MI的約束時期停工，並且然後基於其跳閘時間延遲跳閘設定開始停工。在第一個方案中，如果下遊斷路器運行適當，它將跳閘，從而清除故障。進一步，上遊斷路器將停止對其GF或者ST時間延遲跳閘設定的定時，因而將不跳閘。在該第一方案中，下遊斷路器清除了故障並且最小數量的饋電線被影響。
在第二個方案中，如果下遊斷路器探測到故障並且發送約束信號至上遊斷路器但是下遊斷路器未適當運行以清除故障，在上遊斷路器上的GF或者ST時間延遲跳閘設定將停工並且上遊斷路器將跳間，從而清除故障。因而，在下遊斷路器未適當運行的情況發生， 上遊斷路器對於下遊斷路器用作備用的斷路器。在該第二個方案中，然而，在跳閘的上遊斷路器下遊的所有的斷路器斷電。在第三個方案中，如果帶有傳統ZSI功能的上遊斷路器探測到GF或者ST故障並且未從下遊斷路器接收到ZSI約束信號，該上遊斷路器將假定該故障處於其保護區(在下一層的下遊斷路器之前)中並且將以最小時間延遲跳閘，從而快速清除故障。還已知的是在中央控制保護系統中利用ZSI技術。例如，使用中央控制處理單元 (CCPU)以在電路中探測到故障時確定用於斷開斷路器的動態延遲時間的保護系統在標題為「Circuit Protection SyStem(電路保護系統)」、受讓給本發明的受讓人並且通過引用將其完整的結合到本文中的美國專利72M001中更詳細地被描述。例如，在這樣的中央控制保護系統中，ZSI例行程序用作為最接近故障的斷路器提供足夠的時間以在斷開上遊斷路器之前試圖清除該故障，並且為下一個上遊斷路器在該斷路器斷開之前在經過調節的或者動態的延遲時間時提供斷開命令。傳統的ZSI例行程序是由CCPU執行的算法，或者類似物。CCPU確定用於斷開任何數量的上遊斷路器的動態延遲時間並且提供斷開或者致動命令以便在該動態延遲時間時斷開斷路器。用於斷開上遊斷路器的修改的動態延遲時間傳統上基於相對於斷路器和/或其他裝置的故障的位置以及系統的拓撲，並且從預定義的延遲時間與下遊斷路器的清除時間的和來確定。例如，在傳統的ZSI系統中，如果饋電線斷路器處於吸合中並且以58ms的正常模式跳閘時間延遲被設定，則在饋電線斷路器直接上遊的次幹線斷路器將以通過IOOms的區域選擇性延遲增加的饋電線斷路器的正常模式跳閘時間延遲的時間延遲(即，158ms總延遲)來設定。同樣地，在次幹線斷路器直接上遊的主斷路器將以通過第一層次幹線選擇性延遲(IOOms)增加的饋電線斷路器的跳閘時間延遲(58ms)，加上第二層主斷路器選擇性延遲的另外100ms，即以258ms的總跳閘時間延遲來設定。傳統的配電系統還典型地包括接入點，例如，開關裝置單元，其具有多個斷路器以用於控制通過系統的電力的流動並且保護該系統(比如通過提供故障保護)。服務人員可需要接近這些不同的點以執行維護、服務、診斷、等等。有時候，該工作由於需要而在通電的設備上執行。典型的開關裝置的勢能是這樣，在故障的情況下，閃光弧將出現，從而導致對設備的損害和/或能出現對服務人員的嚴重傷害或者死亡。為了增加對在(以及圍繞)這些系統工作的人員的安全，同時也維護通過系統的電力，已知的是提供本地化的安全措施。例如，已知的是增加在服務人員或者操作者附近的斷路器中的故障靈敏度，比如通過對減少的允通能量(RELT)模式或者維護模式的備選的跳閘設定。進一步已知，傳統的保護系統能提供正常模式保護設定和減少的允通能量模式保護設定。例如，使用中央控制處理單元以控制在正常模式或者減少的允通能量模式中的多個斷路器的保護系統在標題為"Centrally Controlled Protection Systems Having Reduced Energy Let-Through Mode (具有減少的允通能量模式的中央控制保護系統)」、受讓給本發明的受讓人並且通過引用將其完整的結合到本文中的美國專利7751165中更詳細地被描述。傳統保護系統能包括減少的允通能量(RELT)模式，其減少根據需要而允許通過配電系統的部分的能量的量。例如，在傳統保護系統中的一個或者多個保護裝置能在活動期間(比如維護或者當操作者緊密接近在配電系統中的各個部件時)被設置成處於減少的允通能量模式中。然而，在某些情況中，也是ZSI系統的一部分的斷路器的故障靈敏度可被增加，比如通過用於減少的允通能量(RELT)模式的備選的跳閘設定。在應用ZSI的傳統的中央控制保護系統中，當第一斷路器進入吸合模式，並且該第一斷路器在以RELT模式運行的第二斷路器的下遊，對以RELT模式運行的第二上遊斷路器的跳閘時間延遲可被調節以增加ZSI選擇性延遲。因而，在該例子中，被應用於第二上遊斷路器的選擇性時間延遲因而導致維護的選擇性，但是有RELT靈敏度的損失。同樣地，傳統ZSI功能當在配電系統中提供選擇性方面有效時損害了減少的能量靈敏度，其通常由在配電系統中的斷路器的RELT功能提供。因而，增加ZSI延遲至RELT模式靈敏度設定的傳統的方法以及系統能導致不希望的在系統中的選擇性的損失和/或增加的允通能量。相反，在應用ZSI的傳統中央控制保護系統中，當以RELT模式運行的第一斷路器進入吸合模式，並且第一斷路器在第二斷路器的下遊，在第一下遊斷路器與第二上遊斷路器之間的時間延遲可被設定成零。同樣，傳統的系統以及方法當在配電系統中減少允通能量方面有效時可損害通常由在配電系統中的斷路器的ZSI功能提供的選擇性。因而， 在ZSI系統中應用RELT模式靈敏度設定的傳統的技術能導致不希望的系統中的選擇性的損失。

發明內容
在本文中示出並且描述不同範圍的方法以及系統。除了以上所述的優點，進一步的優點和/或修改或者變更通過參考附圖以及通過閱讀了本說明的其餘部分將變得清楚明了。在運行時，本發明的實施例提供保護電路的方法以及系統，該電路具有至少第一斷路器、以及第二斷路器，其被設置在所述第一斷路器的直接上遊，所述第一斷路器具有在正常模式與備選模式之間可選擇的配置設定，備選的模式設定包括減少的允通能量(RELT) 模式設定，其具有RELT模式跳間時間延遲，通過確定所述第一斷路器是否配置在所述RELT 模式，確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時間，其中所述動態延遲時間至少部分地基於所述第一斷路器的所述RELT模式跳閘時間延遲，並且在所述動態延遲時間逝去之後觸發所述第二斷路器以斷開。另外，本發明的實施例提供保護電路的方法以及系統，該電路具有第一斷路器，其被設置在第二斷路器的直接下遊，所述第一斷路器被配置成提供選擇性跳間時間延遲，所述第二斷路器具有在正常模式與備選模式之間可選擇的配置設定，備選的模式設定包括減少的允通能量(RELT)模式設定，其具有RELT模式跳間時間延遲，該系統包括網絡以及至少一個控制處理單元，其被配置成操作上控制所述第一斷路器以及所述第二斷路器，所述網絡與所述電路、所述第一斷路器、所述第二斷路器以及所述至少一個控制處理單元通信耦合，其中所述至少一個控制處理單元被配置成如果在所述電路中探測到故障則斷開所述第一與所述第二斷路器的至少一個、如果在所述電路中探測到所述故障則確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時間，其中所述動態延遲時間至少部分地基於所述第一斷路器的所述RELT模式跳閘時間延遲，確定所述第一斷路器是否設定在所述RELT模式，並且如果是， 則延遲斷開所述第二斷路器直至所述動態延遲時間逝去之後。


現簡要參考附圖，其中圖1是根據實施例的多源配電系統的示意圖示。圖2是圖1的電力系統的部分的示意圖示。圖3是根據實施例的流程圖。遍及若干視圖的同樣的參考字符指明同樣的或者對應的部件以及單元，這些視圖未規定比例(除非另有指示)。
具體實施例方式接下來的說明參考附圖，其形成本文的一部分，並且其中通過圖示示出可被實踐的具體實施例。應理解，其他實施例可被利用而且能對本文所示以及所述的實施例進行各個變化而未脫離此處附上的權利要求的專利保護範圍。接下來的說明因此未被認為是限制
眉、ο如本文所使用的，以單數形式所記載且前面使用單詞「一」的元件或者步驟應被理解為並不排除複數的所述元件或者步驟，除非這樣的排除被明確地記載。而且，對請求保護的本發明「一個實施例」的提及不應被解釋為排除也包含了所記載特徵的另外的實施例的存在。參考圖1，圖示了一般以標號105提及的多源、多層配電系統的示例性的實施例。 系統105將電力從至少一個饋電112(在該實施例中為第一與第二饋電)，通過配電總線 150分配到數個或者多個斷路器14，並且分配到數個或者多個負載130。CCPU觀能包括數據傳輸裝置140，諸如CD-ROM驅動器或者軟盤驅動器，用以從諸如CD-ROM或者軟盤的媒介 145讀取數據或者指令。斷路器14被設置成具有斷路器的第一級110與斷路器的第二級120的分層、多級或者多層配置。當然，斷路器14的任何數量的級或者配置能與系統105—起使用。斷路器 14的分層配置提供處於第一級110中的斷路器，其在第二級120中的斷路器的上遊。在系統105中的電力有異常狀態(即故障)的情況下，保護系統沈尋求通過用故障上遊的最近斷路器14試圖清除故障來協調系統。離故障最近的斷路器的上遊的斷路器14保持閉合 (除非下遊斷路器不能清除故障)。對於系統105中的電力的任何異常狀態或參數，諸如長時間、短時間或者瞬時過流、或者過大接地電流，能實施保護系統沈。為了為最靠近故障的斷路器14提供足夠的時間以在斷開上遊斷路器之前試圖清除故障，在調整或者動態的延遲時間處對上遊斷路器提供斷開命令。上遊斷路器14在斷開斷路器之前在逝去的修改動態延遲時間處接收指示來自CCPU觀的斷開命令的信號。在示例性的實施例中，用來斷開上遊斷路器14的修改動態延遲時間至少部分地基於下遊斷路器14的RELT模式跳閘時間。保護系統^mccPU觀能在修改的動態延遲時間處為遍及配電系統的上遊斷路器14提供斷開命令，並且用來斷開這些斷路器的每一個的修改動態延遲時間最好能在一個無限範圍上。參考圖2，配電系統105的一部分的示例性的實施例，配電系統105具有兩層電路， 其具有處於並聯的饋電線ICB 420與饋電線2CB425上遊的主_1斷路器(CB)415。電力流從變壓器412經主-1 CB 415、饋電線1 CB 420與饋電線2 CB 425到負載431、432。在故障X出現在饋電線1 CB 420與負載431之間的情況下，故障的存在與故障的位置由CCPU 28以本領域內已知的方式(比如在美國專利72M001中公開的那樣並且如標號450示意地代表)來確定。故障X上遊的最近斷路器(即饋電線1 CB 420)由CCPU 28放置到「吸合模式」，並且在斷開之前等待預定義的延遲時間。用來斷開主-1 CB 415(在故障X上遊下一個最靠近的斷路器)的修改動態延遲時間然後由區域選擇性互鎖(MI)例行程序似6確定。在示例性的實施例中，ZSI例行程序4 是由CCPU 28執行的算法或者類似物。 CCPU觀確定用來斷開任何數量的上遊斷路器14的動態延遲時間，並且提供斷開或者致動命令以便在該動態延遲時間處斷開斷路器。在示例性的實施例中，CCPU觀確定主-1 CB 415 (在故障X上遊下一個最靠近的斷路器)是否以RELT模式運行。如果主-1 CB 415以RELT模式運行，則主-1 CB 415的 RELT模式時間延遲被維護。如果CCPU 28確定主CB 415未以RELT模式運行，則主CB415的動態跳閘時間延遲由CCPU^通過確定對系統的預定義的正常模式ZSI跳閘時間延遲與饋電線1 CB 420的跳閘時間延遲之和來確定。用於斷開主-1 CB 415的延遲時間然後基於由CCPU觀確定的值來修改，如由標號475示意代表的那樣。這在主-1 CB 415斷開之前留有饋電線1 CB 420用以清除故障X 的最佳時間。由ZSI例行程序似6確定的修改動態延遲時間通過維護系統的選擇性同時允許在被維護的饋電線1 CB 420處RELT模式的增加的靈敏度而減少對系統105的潛在損害。 修改動態延遲時間也通過將主-1 CB 415的斷開延遲該最佳時間段以向下遊斷路器(饋電線1 CB 420)提供清除故障X的充分機會使得其他負載(即負載43 仍能接收電力，而提高了系統105的效率。當然，由本公開預期到，採用實施例的配電系統可具有任何數量的層或者級以及任何配置的支路。保護區和動態延遲時間能隨著配電系統的變化而變化。在備選的實施例中，ZSI例行程序似6又能基於其他因素使用不同算法來修改用來斷開上遊斷路器14的動態延遲時間。在運行中，本發明的各個實施例包括如圖3中所示的方法800，其為在配電系統中以區域選擇性互鎖設置的多個斷路器提供改進的RELT模式的運行。出於清楚並且簡化本說明的目的，方法800的實施例被描述成為高達三個斷路器提供改進的RELT模式的運行， 該三個斷路器作為ZSI設置的一部分在中央控制分配系統中串聯布置。然而，本方法不限於任何具體數量的斷路器，並且進一步預期的是，實施例可涉及任何數量的斷路器。在810，方法800開始，並且在815，確定在區域中的第一斷路器是否探測到故障， 例如通過確定在區域中的任何第一斷路器是否處於吸合模式。如果是，在820，處於吸合的第一斷路器的跳閘時間延遲被確定。處於吸合的第一斷路器的跳閘時間延遲可以是例如正常模式保護設定跳閘時間延遲或者RELT模式保護設定跳閘時間延遲、或者其他跳閘時間延遲(其包括例如由於在相同區域中較早出現的不同故障造成的ZSI跳閘時間延遲)的一個。其後，在830，確定在815被確定處於吸合的第一斷路器上遊是否存在第二斷路器。如果第一斷路器的上遊沒有斷路器存在，則第一斷路器在其確定的跳閘時間延遲之後被允許跳閘。如果在830確定存在第一斷路器上遊的第二斷路器，則在835，識別上遊的第二斷路器。其後，在840，確定在835識別的上遊第二斷路器是否處於RELT模式，並且如果是，則在860確定對上遊第二斷路器的RELT模式跳間時間延遲。如果在840，確定了在835識別的上遊第二斷路器未處於RELT模式，則在850，對上遊第二斷路器的時間延遲通過將對上遊第二斷路器的正常模式ZSI跳閘時間延遲與在 825確定的第一斷路器的跳閘時間延遲相加來確定。其後，在855，上遊第二斷路器的跳閘時間延遲被更新以實施在850確定的跳閘時間延遲。其後，本方法則反覆循環回復並且在830，類似地確定是否存在上遊第二斷路器的上遊的第三斷路器。如果在830確定不存在上遊第二斷路器上遊的第三斷路器，則上遊第二斷路器在其RELT模式跳間時間延遲之後被允許跳間，或者，如果上遊第二斷路器未處於RELT模式， 則在850確定的正常模式選擇性跳閘時間延遲處被允許跳閘。如果在830確定存在上遊第二斷路器上遊的第三斷路器，則在835，識別上遊的第三斷路器。其後，在840，確定在835識別的上遊的第三斷路器是否處於RELT模式，並且如果是，則在860應用其RELT模式跳閘時間延遲。如果在840，確定在835識別的上遊第三斷路器未處於RELT模式，則在850，上遊第三斷路器的選擇性延遲通過將對上遊的第三斷路器的正常模式ZSI跳閘時間延遲與在 860確定的上遊的第二斷路器的RELT模式跳閘時間延遲相加來確定。圖1-3的實施例描述了用於實施在CCPU 28處的ZSI例行程序4 的系統。然而， 通過本公開應預期，用於斷開斷路器14的動態延遲時間的使用和/或ZSI例行程序426的使用能以其他方式(諸如以由CCPU觀監督的分配控制系統或者具有對等通信的分配控制系統的方式)來實施。在這樣的分配控制系統中，用於上遊斷路器14的動態延遲時間也能被確定並且傳送至能操作上與該斷路器連接的上遊斷路器和/或斷路器致動器。儘管參照一個或者多個示例性的實施例已經描述了本發明，但本領域內技術人員將理解，可以進行各種變更並且等同物可以代替其元素，而不脫離其範圍。另外，可以進行多種修改，以使具體情形或者材料適應本發明的教導而不脫離其範圍。因此，其目的在於本公開不限於作為預期的用於實施本發明的最佳方式公開的特定實施例，而是本發明將包括落在所附權利要求書的範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種保護電路的方法，該電路具有至少第一斷路器、以及設置在所述第一斷路器上遊的第二斷路器，所述第一斷路器具有能在正常模式與備選模式之間選擇的配置設定，備選模式設定包括減少的允通能量(RELT)模式設定，其具有RELT模式跳間時間延遲，所述方法包括確定所述第一斷路器是否配置在所述RELT模式；確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時間，其中所述動態延遲時間至少部分地基於所述第一斷路器的所述RELT模式跳閘時間延遲；以及在所述動態延遲時間逝去之後觸發所述第二斷路器斷開。
2.一種保護電路的方法，該電路具有至少第一斷路器以及設置在所述第一斷路器上遊的第二斷路器，所述第一斷路器被配置成提供選擇性跳間時間延遲，所述第二斷路器具有能在正常模式與備選模式之間選擇的配置設定，所述備選的模式設定包括減少的允通能量 (RELT)模式設定，其具有RELT模式跳間時間延遲，所述方法包括確定所述第二斷路器是否配置在所述RELT模式；超馳用於斷開所述第二斷路器的所述選擇性跳閘時間延遲；以及在所述RELT模式跳閘時間延遲逝去之後觸發所述第二斷路器斷開。
3.一種保護電路的系統，該電路具有第一斷路器，其設置在第二斷路器的下遊，所述第一斷路器被配置成提供選擇性跳間時間延遲，所述第二斷路器具有能在正常模式與備選模式之間選擇的配置設定，所述備選模式設定包括減少的允通能量(RELT)模式設定，其具有 RELT模式跳閘時間延遲，所述系統包括網絡以及至少一個控制處理單元，其被配置成操作上控制所述第一斷路器以及所述第二斷路器，所述網絡與所述電路、所述第一斷路器、所述第二斷路器以及所述至少一個控制處理單元通信耦合，其中所述至少一個控制處理單元被配置成(a)如果在所述電路中探測到故障，斷開所述第一與所述第二斷路器的至少一個，(b)如果在所述電路中探測到所述故障，確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時間，其中所述動態延遲時間至少部分地基於所述第一斷路器的所述RELT模式跳閘時間延遲，(c)確定所述第一斷路器是否設定在所述RELT模式，並且如果是，則(d)延遲斷開所述第二斷路器，直至所述動態延遲時間逝去之後。
4.一種保護電路的系統，該電路具有設置在第二斷路器下遊的第一斷路器，所述第一斷路器具有能在正常模式與備選模式之間選擇的配置設定，所述備選模式設定包括減少的允通能量(RELT)模式設定，其具有RELT模式跳間時間延遲，所述系統包括網絡以及至少一個控制處理單元，其被配置成操作上控制所述第一斷路器以及所述第二斷路器，所述網絡與所述電路、所述第一斷路器、所述第二斷路器以及所述至少一個控制處理單元通信耦合，其中所述至少一個控制處理單元被配置成(a)如果在所述電路中探測到故障，斷開所述第一與所述第二斷路器的至少一個，(b)如果在所述電路中探測到所述故障，確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時(c)確定所述第二斷路器是否設定在所述RELT模式，並且如果是，則(d)超馳用於斷開所述第二斷路器的所述選擇性跳閘時間延遲；以及(e)在所述RELT模式跳閘時間延遲逝去之後發出信號以促使所述第二斷路器斷開。
全文摘要
本發明涉及具有減少的允通能量模式以及區域選擇性的保護系統。一種保護電路的方法以及系統，該電路具有至少第一斷路器、以及第二斷路器，其被設置在所述第一斷路器的直接上遊，所述第一斷路器具有在正常模式與備選模式之間可選擇的配置設定，備選的模式設定包括減少的允通能量(RELT)模式設定，其具有RELT模式跳閘時間延遲，通過確定所述第一斷路器是否配置在所述RELT模式，確定用於斷開所述第二斷路器的動態延遲時間，其中所述動態延遲時間至少部分地基於所述第一斷路器的所述RELT模式跳閘時間延遲，並且在所述動態延遲時間逝去之後觸發所述第二斷路器斷開。
文檔編號H02H7/26GK102340132SQ20111020754
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月15日 優先權日2010年7月16日
發明者J·勞, R·奈雷爾, T·F·小帕拉羅 申請人:通用電氣公司