电力分配系统和操作电力分配系统的方法
【专利摘要】一种电力分配系统(100)，包括：第一电路保护装置(124)和第二电路保护装置(128)，第二电路保护装置(128)在所述第一电路保护装置的下游联接到第一电路保护装置。第二电路保护装置包括跳闸机构(114)和跳闸单元(110)，跳闸机构配置成中断通过第二电路保护装置流动的电流；跳闸单元操作性地联接到跳闸机构。跳闸机构配置成对于第二电路保护装置，确定保护阈值(216)和低于该保护阈值的闭锁阈值(214)；在判断出电流超过闭锁阈值时，将前向闭锁信号(160)传输到第一电路保护装置；以及在判断出电流超过保护阈值时生成反向闭锁信号(161)。
【专利说明】电力分配系统和操作电力分配系统的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明大体而言涉及电力系统，并且更特定而言涉及电力分配系统和操作电力分配系统的方法。
【背景技术】
[0002]已知的配电系统包括多个开关设备队列(lineup)，其包括各联接到一个或多个负载的断路器。断路器通常包括跳闸单元，跳闸单元基于所感测的通过断路器流动的电流来控制断路器。更具体而言，如果电流在由电流和时间阈值限定的可接受条件之外，则跳闸单元造成通过断路器流动的电流中断。
[0003]例如，至少一些已知的断路器利用一个或多个电流阈值(也被称作“拾取(pickup)”阈值)编程，电流阈值识别用于断路器的不希望的电流水平。如果故障消耗超过一个或多个电流阈值的电流持续预定时间量，例如，那么跳闸单元通常启动相关联的断路器以阻止电流通过断路器流动或者如果超过阈值持续预定时间量，则起始最终启动断路器的时序。但是，在包括多个断路器的电力分配系统中，典型布置使用断路器的分级结构。比多个更低电流馈电线断路器更靠近电源定位的较大断路器(即，具有高电流额定值的断路器)向更低电流馈电线断路器馈电。每个馈电线断路器可向连接负载或其它分配装备的多个其它断路器馈电。
[0004]故障可出现在断路器分级结构中的任何位置。当发生故障时，具有通过它流动的相同故障电流的每个断路器可不同地测量相同的故障电流，这归因于不同的传感器和电路公差。当发生故障时，最靠近故障的断路器应跳闸以阻止电流通过断路器流动。如果在分级结构中更高，即比最靠近故障的断路器更靠近源的断路器跳闸，多个电路或负载将不必要地停止工作。
[0005]为了适应不同的公差和确保多个断路器无需由于测量不一致而基于相同的故障电流不必要地跳闸，至少一些已知的断路器的电流阈值彼此嵌套以避免重叠的故障电流阈值。例如，在分级结构上层的断路器的阈值通常高于分级结构下层的断路器的阈值以避免重叠的阈值。嵌套的故障电流阈值造成在分级结构的更高层级或层的断路器具有越来越高的电流阈值。因此，在更高层级的断路器可不能检测到更低层级断路器可检测到的故障电流。以此方式，最靠近故障的断路器将响应于故障而操作并且将具有比上层断路器更低的故障电流阈值。如果在分级结构中更高的层发生故障，例如在馈电线与支路之间或者在主断路器与馈电线之间，该系统可具有减弱的故障检测敏感性，因为在分级结构的更高层的断路器具有更高的故障电流阈值，更高的故障电流阈值可无法检测在更高层内的破坏性故障电流。
【发明内容】
[0006]在一方面，提供一种电力分配系统，其包括:第一电路保护装置和第二电路保护装置，第二电路保护装置在第一电路保护装置的下游联接到第一电路保护装置。第二电路保护装置包括跳闸机构，其配置成中断通过第二电路保护装置流动的电流；以及，跳闸单元，其操作地联接到跳闸机构。跳闸机构被配置成对于第二电路保护装置，确定保护阈值和低于保护阈值的闭锁阈值；在判断出电流超过闭锁阈值时，将前向闭锁信号传输到第一电路保护装置；以及在判断出电流超过保护阈值时生成反向闭锁信号。
[0007]在另一方面，提供一种电力分配系统，其包括:第一电路保护装置；第二电路保护装置，其在第一电路保护装置的下游联接到第一电路保护装置；以及，控制器，其联接到第一电路保护装置和第二电路保护装置。该控制器被配置成确定用于第一电路保护装置的第一保护阈值；以及确定用于第二电路保护装置的第二保护阈值和闭锁阈值，其中，闭锁阈值小于第二保护阈值。该控制器还被配置成判断通过第一电路保护装置流动的电流是否超过第一保护阈值；判断通过第二电路保护装置流动的电流是否超过闭锁阈值；以及在判断出通过第一电路保护装置流动的电流超过第一保护阈值并且在判断出通过第二电路保护装置流动的电流超过闭锁阈值持续预定时间量时，将跳闸信号传输到第二电路保护装置。
[0008]在又一方面，提供了一种操作电力分配系统的方法包括，该系统包括第一电路保护装置和在第一电路保护装置下游联接到第一电路保护装置的第二电路保护装置。该方法包括:测量通过第二电路保护装置流动的电流，由处理器判断电流是否超过闭锁阈值和保护阈值中的至少一个，其中闭锁阈值小于保护阈值；在判断出电流超过闭锁阈值时，将前向闭锁信号传输到所述第一电路保护装置；以及在判断出电流超过保护阈值时生成反向闭锁信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为示例性电力分配系统的示意框图。
[0010]图2为图1中所示的电路保护装置在不受限制的操作模式下操作的示例性跳闸曲线的曲线图。
[0011]图3为图2中所示的跳闸曲线的曲线图，图示了电路保护装置以受限制的操作模式操作。
[0012]图4为另一示例性电力分配系统的示意框图。
[0013]图5为操作电力分配系统，例如图1中所示的电力分配系统或图4中所示的电力分配系统的示例性方法的流程图。
[0014]部件列表
100 电力分配系统 102 电路保护装置 104 电源 106 负载 108 配电总线 110 跳闸单元 112 传感器 114 跳闸机构 116 处理器 118 存储器120显示装置
122层级
124第一电路保护装置
126第一层级
128第二电路保护装置
130第二层级
132第三电路保护装置
134第三层级
136第一跳闸单元
138第一传感器
140第一跳闸机构
142第二跳闸单元
144第二传感器
146第二跳闸机构
148第三跳闸单元
150第三传感器
152第三跳闸机构
154端口
156闭锁信号输入端口
157反向闭锁信号输入端口
158闭锁信号输出端口
159反向闭锁信号输出端口
160前向闭锁信号
161反向闭锁信号
162跳闸信号164导体166电流信号200跳闸曲线202电流204时间206阈值
208瞬间拾取区域
210短时间拾取区域
212过载区域
214闭锁阈值
216保护阈值
300电力分配系统
302中央控制器
304处理器 306存储器
308网络
310中央通信单元
312本地通信装置
400方法
402测量通过跳闸机构流动的电流
403判断所测量的电流是否超过闭锁阈值
404判断是否从下游跳闸单元接收到前向闭锁信号
405将闭锁信号传输至上游装置
406判断是否从上游跳闸单元接收到反向闭锁信号
408判断通过电路保护装置流动的电流是否超过保护阈值
410将反向闭锁信号传输至下游装置
412判断通过跳闸单元流动的电流是否超过闭锁阈值
414 起始不受限制的跳闸时序
416判断是否从下游跳闸单元接收到前向闭锁信号
418起始受:限制的跳闸时序
420判断是否满足了跳闸条件
422生成跳闸信号。
【具体实施方式】
[0015]在本文中描述了电力分配系统和操作电力分配系统的方法的示例性实施例。在示例性实施例中，电力分配系统包括布置为多个层级的多个电路保护装置。每个电路保护装置包括跳闸单元，跳闸单元利用保护阈值和闭锁阈值编程，保护阈值在不受限制的保护计时(timing)操作(即，使用不受限制的时间阈值)以操作电路保护装置，闭锁阈值造成闭锁信号被生成并且传输到上游层级中的电路保护装置。如果检测到超过闭锁阈值的电流，将闭锁信号传输到检测电流的跳闸单元上游的电路保护装置的跳闸单元。闭锁信号向上游跳闸单元通知下层级中的电路保护装置超过了闭锁阈值，并且上游跳闸单元将从不受限制的操作模式切换为受限制的操作模式。如果电流超过保护阈值并且不从下游跳闸单元接收闭锁信号，则跳闸单元起始不受限制的跳闸时序。如果从下游跳闸单元接收闭锁信号并且如果电流超过保护阈值，则跳闸单元起始受限制的跳闸时序。
[0016]此外，如果电流超过保护阈值，则跳闸单元生成反向闭锁信号并且将反向闭锁信号传输到下游跳闸单元。每个跳闸单元基于跳闸单元是否接收到反向闭锁信号和跳闸单元是否生成闭锁信号(即，无论电流是否超过闭锁阈值)来判断是否进入跳闸时序。例如，如果跳闸单元生成闭锁信号并且还从上游跳闸单元接收到反向闭锁信号，跳闸单元起始跳闸时序。如果从下游跳闸单元接收闭锁信号，跳闸时序为受限制的跳闸时序。但是，如果并未从下游跳闸单元接收到闭锁信号，则跳闸时序为不受限制的跳闸时序。
[0017]因此，如本文中所描述的那样，特定层级的每个电路保护装置向更高层级中其它电路保护装置通知何时超过了在特定层级或较低层级中电路保护装置的闭锁阈值。每个电路保护装置也通知在较低层级中的其它电路保护装置何时超过了保护阈值。因此，对于相同的故障电流，在分级结构的层级内的每个电路保护装置可设置为相同的跳闸阈值而在两个层级内不重复跳闸时序。
[0018]图1为示例性电力分配系统100的一部分的示意框图，图示了多个电路保护装置102。在一个实施例中，电路保护装置102定位于一个或多个开关设备单元(未图示)内。
[0019]每个电路保护装置102被配置成可编程地控制电力从一个或多个电源104到一个或多个负载106的递送。电源104可包括(例如)一个或多个发电机或向负载106提供电流(和因此的电力)的其它装置。电流可通过联接到电路保护装置102的一个或多个配电线或总线108传输到负载106。负载106可包括(但不限于仅包括)机械、马达、灯光和/或其它电气和机械制造装备或发电或配电设施。
[0020]在一个示例性实施例中，电路保护装置102为断路器。替代地，电路保护装置102可为能够允许电力分配系统100如本文所述起作用的任何其它装置。在一个示例性实施例中，每个电路保护装置102包括操作性地联接到传感器112的跳闸单元110和跳闸机构114。在一个示例性实施例中，跳闸单元110为电子跳闸单元(ETU)，其包括联接到存储器118和显示装置120的处理器116。
[0021]在一个示例性实施例中，传感器112为电流传感器，例如电流变换器、罗戈夫斯基(Rogowski)线圈、霍尔效应传感器和/或分流器，其测量通过跳闸机构114和/或电路保护装置102流动的电流。或者，传感器112可包括能够允许电力分配系统100如本文中所描述地起作用的任何其它传感器。在一个示例性实施例中，每个传感器112生成表示所测量或检测的通过相关联的跳闸机构114和/或电路保护装置102流动的电流的信号(在下文中被称作“电流信号”)。此外，每个传感器112将电流信号传输到与跳闸机构114相关联或联接的处理器116。每个处理器116被编程为启动跳闸机构114以在电流信号和/或由电流信号所表示的电流超过可编程的电流阈值的情况下中断提供给负载106的电流，如将在本文中更全面地描述的那样。
[0022]跳闸机构114包括例如一个或多个断路器装置和/或电弧遏制装置。示例性断路器装置包括(例如)电路开关、接触臂和/或电路断流器，其使通过断路器装置到与断路器装置联接的负载106的电流中断。示例性电弧遏制装置包括(例如)遏制组件、多个电极、等离子体枪以及触发电路，触发电路造成等离子体枪将烧蚀(ablative)等离子体发射到在电极之间的间隙内以便将能量从电弧或在电路上检测到的其它电气故障转移到遏制组件内。
[0023]每个处理器116控制电路保护装置102的操作并且收集测量的操作条件数据，例如表示来自与联接到处理器116的跳闸机构114相关联的传感器112的电流测量的数据(在下文中也被称作“电流数据”)。处理器116在联接到处理器116的存储器118中存储电流数据。应了解如本文所用的术语“处理器”大体上指任何可编程的系统，包括系统和微控制器，精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路和能执行本文中所述的功能的任何其它电路。上述示例只是示例性的，且因此预期并不以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或意义。
[0024]存储器118存储可由处理器116执行以控制电路保护装置102的程序代码和指令。存储器118可包括，但不限于仅包括非易失性RAM (NVRAM)、磁性RAM (MRAM)、铁电RAM(FeRAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器和/或电可擦除的可编程的只读存储器(EEPROM)。任何其它合适磁性、光学和/或半导体存储器，本身或与其它形式的存储器组合，可包括于存储器118中。存储器118也可为或包括可分离的或可移除的存储器，包括(但不限于)合适卡匣、盘、⑶ROM、DVD、USB存储器。
[0025]在一个示例性实施例中，显示装置120包括指示电路保护装置102和/或跳闸机构114的状况的一个或多个发光二极管(LED)。例如，处理器116可启动显示装置120的一个或多个部件(例如，LED)以指示电路保护装置102和/或跳闸机构114正常启用和/或操作，出现错误或故障和/或跳闸机构114和/或电路保护装置102的任何其它状况。或者，电路保护装置102并不包括显示装置120。
[0026]在一个示例性实施例中，电路保护装置102布置为分级结构，其包括多个层级122或电路支路，以向电力分配系统100提供不同层的保护和监视。例如，在一个实施例中，第一电路保护装置124布置于第一或上游层级126中以从电源104接收电流。第二电路保护装置128布置于在第一电路保护装置124下游的第二或中间层级130中。第三电路保护装置132布置于在第二电路保护装置128下游的第三或下游层级134中。第三电路保护装置132将从电源104(通过第一电路保护装置124和第二电路保护装置128)接收的电流提供给负载106。
[0027]如本文中所用的术语“下游”参考电流从例如电源104朝向负载106流动的方向。术语“上游”参考电流例如从负载106朝向电源104流动的方向。
[0028]此外，第一电路保护装置124包括第一跳闸单元136、第一传感器138以及第一跳闸机构140，第二电路保护装置128包括第二跳闸单元142、第二传感器144以及第二跳闸机构146，并且第三电路保护装置132包括第三跳闸单元148、第三传感器150以及第三跳闸机构152。
[0029]虽然图1示出了布置于三个层级122中的三个电路保护装置102，应认识到任何合适数量的电路保护装置102可布置于任何合适数量的层级122中，以能允许电力分配系统100如本文中所述地那样起作用。例如，应认识到在一些实施例中，一个或多个额外层级122和/或电路保护装置102可安置于电源104与第一电路保护装置124和/或第一层级126之间。作为补充或替代，在一些实施例中，一个或多个额外层级122和/或电路保护装置102可安置于负载106与第三电路保护装置132之间。
[0030]如图1中所示，每个跳闸单元110包括从其它跳闸单元110接收信号和传输信号到其它跳闸单元110的多个端口 154。在一个示例性实施例中，端口 154包括至少一个闭锁信号输入端口 156,至少一个反向闭锁信号输入端口 157、至少一个闭锁信号输出端口 158和至少一个反向闭锁信号输出端口 159。如在本文中更全面地描述的，闭锁信号输入端口156和闭锁信号输出端口 158在电路保护装置102之间传输一个或多个闭锁信号160 (也被称作“前向闭锁信号160”)，并且反向闭锁信号输入端口 157和反向闭锁信号输出端口 159在电路保护装置102之间传输一个或多个反向闭锁信号161。
[0031]在一个示例性实施例中，当由传感器112所检测的电流量超过对于相关联的跳闸机构114所限定的闭锁阈值(在图1中未示出)时由每个跳闸单元110生成闭锁信号160。此外，如果从下游跳闸单元110接收到闭锁信号160，则将闭锁信号160传输或转发到上游跳闸单元110。例如，如果第二跳闸单元142从第三跳闸单元148接收到闭锁信号160和/或如果第二跳闸单元142检测到电流高于闭锁阈值，则第二跳闸单元142的闭锁信号160被传输到上游跳闸单元110(例如，第一跳闸单元136)。响应于接收到闭锁信号160，第一跳闸单元136 (和接收闭锁信号160的每个其它跳闸单元110)从不受限制的操作模式转变为受限制的操作模式，如在本文中更全面地描述，以防止第一跳闸单元136和第二跳闸单元142以类似跳闸时序操作。
[0032]在不受限制的操作模式中，执行不受限制的跳闸时序，其中如果电流超过了保护阈值(或者闭锁阈值，如果接收到反向闭锁信号161)并且到达了不受限制的时间阈值，电路保护装置102跳闸。在受限制的操作模式中，执行受限制的跳闸时序，其中，如果在接收到前向闭锁信号160后电流超过保护阈值(或者如果接收到前向闭锁信号160和反向闭锁信号161，闭锁阈值)并且到达了受限制的时间阈值，则电路保护装置102跳闸。如果到达受限制的时间阈值或者不受限制的时间阈值同时电流高于适当阈值并且接收到适当闭锁信号，则跳闸单元110生成跳闸信号162。或者，不受限制的跳闸时序和受限制的跳闸时序可包括能允许跳闸单元110如本文所描述那样起作用的任何其它作用或响应。应当认识到对于高于相应电流阈值的电流，在比其中受限制的跳闸时序造成跳闸信号162生成的时段更短的时段，不受限制的跳闸时序造成跳闸信号162生成。
[0033]当由传感器112所检测的电流量超过保护阈值时，由每个跳闸单元110生成反向闭锁信号161。反向闭锁信号161传输到生成反向闭锁信号161的跳闸单兀110下方的层级中的每个下游跳闸单元110。例如，如果由第一传感器138所检测的电流量超过第一跳闸单元136的保护阈值，则第一跳闸单元136将反向闭锁信号161传输到第二跳闸单元142。在接收反向闭锁信号161时，每个下游跳闸单元110执行反向闭锁信号161和是否超过下游跳闸单元110的闭锁阈值的判断的逻辑AND操作。如果逻辑AND操作的结果为逻辑I值(即，如果接收到反向闭锁信号161和如果由下游跳闸单元110所检测的电流超过了下游跳闸单元110的闭锁阈值)，则下游跳闸单元110起始不受限制的跳闸时序。但是，如果逻辑AND操作的结果为0( S卩，如果未接收到反向闭锁信号161或者如果电流并不超过闭锁阈值)，则下游跳闸单元110并不基于超过闭锁阈值而起始不受限制的跳闸时序。应认识到上文所描述的逻辑操作假定闭锁信号160和反向闭锁信号161为高态有效信号。但是，如果闭锁信号160和/或反向闭锁信号161为任何其它信号(例如低态有效信号)，则可对信号
160和/或161执行任何合适操作以能允许电路保护装置102如本文中所描述的那样起作用。
[0034]跳闸单元110的端口 154由一个或多个导体164联接到其它跳闸单元110的端口154。在一个示例性实施例中，每个端口 154包括正端子和负端子，用于联接到分别载运正信号和负信号的导体164。例如，导体164将闭锁信号160和反向闭锁信号161的正分量和负分量传输至端口 154的正端子和负端子。或者，端口 154可接收任何合适信号和/或可包括能允许跳闸单元110如本文中所描述的那样起作用的任何合适数量的端子。应当认识到可使用相同极性的信号，而不是正极性和负极性信号。例如，“正”信号可为振幅高于“负”信号的振幅的信号。
[0035]在一个示例性实施例中，跳闸单元110(例如，第二跳闸单元142)的闭锁信号输出端口 158联接到上游跳闸单元110(例如，第一跳闸单元136)的闭锁信号输入端口 156。在一个具体实施例中，单个电路保护装置102定位于所提到的电路保护装置102(和相关联的跳闸单元110)上游的下一层级中，使得所提到的跳闸单元110的闭锁信号输出端口 158通过至少一个导体164联接到上游跳闸单元110的闭锁信号输入端口 156。此外，所提到的跳闸单元110(例如，第二跳闸单元142)的闭锁信号输入端口 156通过至少一个导体164联接到一个或多个下游跳闸单元110(例如，第三跳闸单元148)的闭锁信号输出端口 158。
[0036]跳闸单元110 (例如，第二跳闸单元142)的反向闭锁信号输入端口 157通过至少一个导体348联接到上游跳闸单元110(例如，第一跳闸单元136)的反向闭锁信号输出端口 159。此外，跳闸单元110(例如，第二跳闸单元142)的反向闭锁信号输出端口 159通过至少一个导体348联接到下游跳闸单元110 (例如，第三跳闸单元148)的反向闭锁信号输入端口 157。
[0037]每个电路保护装置102 (和每个相关联的跳闸单元110)如上文所描述那样配置成使得跳闸单元110从下游跳闸单元110通过闭锁信号输入端口 156接收一个或多个闭锁信号160并且通过闭锁信号输出端口 158将一个或多个闭锁信号160传输到上游跳闸单元110。此外，每个跳闸单元110通过反向闭锁信号输入端口 157从上游跳闸单元110接收反向闭锁信号161并且通过反向闭锁信号输出端口 159将反向闭锁信号161传输到下游跳闸单元110。
[0038]在一个示例性实施例中，从下游的跳闸单元110接收的闭锁信号160自动地转发到上游跳闸单元110。例如，如果第二跳闸单元142从第三跳闸单元148接收闭锁信号160，第二跳闸单元142将闭锁信号160传输到第一跳闸单元136。此外，将从上游跳闸单元110接收的反向闭锁信号161自动地转发到下游跳闸单元110。例如，如果第二跳闸单元142从第一跳闸单兀136接收反向闭锁信号161,则第二跳闸单兀142将反向闭锁信号161传输至第三跳闸单元148。
[0039]此外，传感器112测量通过跳闸机构114 (例如，通过联接到跳闸机构114的配电总线108)流动的电流。传感器112生成表示所测量或所检测的通过跳闸机构114流动的电流的电流信号166，并且将电流信号166传输至跳闸单元110。跳闸单元110被编程为通过将跳闸信号162传输到跳闸机构114而基于电流信号166启动跳闸机构114，因此造成跳闸机构114中断通过它流动的电流，如上文所描述地那样。
[0040]在操作期间，如果在第二电路保护装置128的附近和下游出现故障，例如，第二传感器144检测通过配电总线108流动的总电流量(包括故障电流)。第二传感器144将电流信号166传输到第二跳闸单元142，并且第二跳闸单元142比较由电流信号166所表示的电流量与第二跳闸单元142的一个或多个预定电流阈值，例如闭锁阈值。
[0041]如果所检测的电流量超过了闭锁阈值，则第二跳闸单元142将闭锁信号160传输至第一跳闸单元136。此外，如果所检测的电流量超过了保护阈值，则第二跳闸单元142起始跳闸时序，例如不受限制的跳闸时序或者受限制的跳闸时序。相比而言，如果所检测的电流量超过了闭锁阈值但并未超过保护阈值，第二跳闸单元142制止起始跳闸时序，除非接收到反向闭锁信号161。
[0042]在接收到闭锁信号160时，第一跳闸单元136切换为以受限制的操作模式操作。如果电流超过了第一跳闸单元136的保护阈值，则第一跳闸单元136将反向闭锁信号161传输到第二跳闸单元142。第一跳闸单元136也通过累计其中电流超过保护阈值直到到达受限制的时间阈值的时间值而起始受限制的跳闸时序。如果到达了受限制的时间阈值，则第一跳闸单元136生成跳闸信号162。[0043]如果第二跳闸单元142接收反向闭锁信号161，第二跳闸单元142对反向闭锁信号161和由第二传感器144所检测的电流是否超过第二跳闸单元142的闭锁阈值的判断做出逻辑AND操作。如果AND操作的结果为I的逻辑值(即，如果第二跳闸单元142从第一跳闸单元136接收到反向闭锁信号161并且电流超过闭锁阈值)，则第二跳闸单元142起始不受限制的跳闸时序。第二跳闸单元142累计其中电流超过闭锁阈值直到到达不受限制的时间阈值的时间值。如果到达不受限制的时间阈值，则第二跳闸单元142生成跳闸信号162。
[0044]图2和图3示出了可用于跳闸单元110 (在图1中示出)的示例性跳闸曲线200的曲线图。更具体而言，图2示出了以不受限制模式操作的跳闸单元110的跳闸曲线200的曲线图，并且图3示出了以受限制模式操作的跳闸单元110的跳闸曲线200的曲线图。如在图2和图3中所示,关于随着时间204测量的通过跳闸机构114 (在图1中示出)流动的电流量202限定跳闸曲线200。
[0045]在一个示例性实施例中，跳闸曲线200限定随着时间204在所希望的电流水平与不希望的电流水平(即，测量的电流202)之间的一个或多个边界。边界包括限定于跳闸单元110的不同操作点或区域的一个或多个电流阈值206。应当认识到每个阈值206被图示为具有表示电路保护装置102 (在图1中示出)的传感器112和/或其它部件的公差或误差容限的两个线或边界。因此，每个阈值206可被视作包括上边界和下边界，它们代表对正负公差或误差容限的阈值206的影响。
[0046]在一个示例性实施例中，对于每个跳闸曲线200，限定了多个区域，例如一个或多个瞬间拾取区域208和210以及过载区域212。在其它实施例中，可限定短时间拾取区域和/或阈值，作为对瞬间拾取区域208和/或210的补充或替代。此外，电流阈值206包括对于至少一个区域例如瞬间拾取区域208限定或确定的闭锁阈值214和保护(或者不受限制的)阈值216。闭锁阈值214和保护阈值216由跳闸单元110 (例如，由处理器116)确定并且存储于跳闸单元110内(例如在存储器118内)。
[0047]在一个示例性实施例中，跳闸单元110被编程为以不受限制的模式和受限制的模式操作。在不受限制的操作模式(在图2中示出)，跳闸曲线200允许跳闸单元110在超过了 “正常”或不受限制的时间阈值后跳闸。在受限制的操作模式(在图3中使用实线示出保护阈值216)，跳闸曲线200允许跳闸单元110在超过了延迟或者受限制的时间阈值后跳闸。
[0048]如果所测量或检测的通过跳闸机构114流动的电流超过了保护阈值216，则保护阈值216形成用于生成跳闸信号的边界。如果测量或检测的通过跳闸机构114流动的电流超过了闭锁阈值214，则闭锁阈值214形成用于生成闭锁信号的边界。跳闸信号由跳闸机构114接收并且造成跳闸机构114跳闸，或者中断通过跳闸机构114流动的电流。
[0049]在一个示例性实施例中，闭锁阈值214被设置为比保护阈值216小电路保护装置102的公差的两倍的值。在一个实施例中，电路保护装置102的公差为约10%。因此，在此实施例中，闭锁阈值214被设置或编程为等于比保护阈值216小约20%的电流幅值。例如，如果保护阈值216被设置为约2000安培(A)的阈值，则将闭锁阈值214设置为约1600A的值。或者，闭锁阈值214被设置为小于保护阈值216的任何合适值。在一个示例性实施例中，用于保护阈值216的值由使用者输入和/或设置。闭锁阈值214由处理器116基于输入值自动地确定和设置为例如上文所描述的值。因此，跳闸单元110的处理器116确定保护阈值216(基于由使用者输入的值)以及闭锁阈值214。或者,使用者可设置闭锁阈值214为低于保护阈值216的值。
[0050]图4为另一例性电力分配系统300的意框图。在一个例性实施例中，分配系统300包括多个电路保护装置102，多个电路保护装置102布置为分级结构，其以与上文中关于图1所描述的类似方式包括多个层级122。电力分配系统300包括中央控制器302，中央控制器302联接到每个电路保护装置102用于控制电路保护装置102的操作。在其它方面，除非另外规定，否则电力分配系统300大致类似于电力分配系统100 (在图1中示出)并且类似的部件在图4中用与图1中所用的相同附图标记来标注。
[0051]中央控制器302包括处理器304和联接到处理器304的存储器306。处理器304通过网络308与电路保护装置102通信并且控制电路保护装置102。例如，中央控制器302包括中央通信单元310，中央通信单元310允许通过网络308在处理器304与电路保护装置102之间传输和接收数据和/或命令。在一个示例性实施例中，中央通信单元310联接到每个跳闸单元100内的本地通信装置312并且与本地通信装置312通信。
[0052]在一个示例性实施例中，网络308为基于国际电工委员会(IEC)61850、Modbus、以太网或Profibus总线的网络。可选地，网络308可包括基于点对点拓扑、总线拓扑或能允许电力分配系统300如本文所描述地那样起作用的任何其它拓扑的任何合适网络。
[0053]应了解如本文所用的术语“处理器”大体上指任何可编程的系统，包括系统和微处理器，精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程的逻辑电路和能执行本文中所述的功能的任何其它电路。上述示例只是示例性的，且因此预期并不以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或意义。
[0054]存储器306存储可由处理器304执行以控制和/或监视电路保护装置102的程序代码和指令。在一个示例性实施例中，存储器306大致类似于存储器118(在图1中示出)。
[0055]在一个示例性实施例中，电路保护装置102并未通信地联接在一起并且并未用相关联的跳闸单元Iio的电流阈值206编程。而是，中央控制器302利用电路保护装置102的跳闸单元110的跳闸阈值206编程。因此，中央控制器302确定跳闸曲线200或者利用跳闸曲线200 (包括用于每个电路保护装置102的闭锁阈值214和保护阈值216)编程。中央控制器302通过网络308接收每个电路保护装置102的传感器112的电流测量以用于控制电路保护装置102的操作。此外，如果测量的电流超过适当阈值206(例如，保护阈值216)持续适当时间量(例如，不受限制的时间阈值或者受限制的时间阈值)，则中央控制器302生成跳闸信号162并且通过网络308将跳闸信号162传输到电路保护装置102以启动跳闸机构114，以类似于上文所描述的方式。
[0056]在一个不例性实施例中，并且与图1中所描述的电力分配系统100不同，闭锁信号160和反向闭锁信号161并不在电路保护装置102之间传输。而是，中央控制器302判断通过电路保护装置102流动的电流是否超过了该电路保护装置102的阈值206并且相应地操作上游和/或下游电路保护装置102的跳闸单元110。
[0057]例如，如果中央控制器302判断出通过电路保护装置102流动的电流超过电路保护装置102的闭锁阈值214，则中央控制器302将跳闸单元110的操作自动切换到受限制的操作模式。以类似方式，如果中央控制器302判断出通过下游电路保护装置102流动的电流超过下游电路保护转至214的闭锁阈值214，则中央控制器302将每个上游电路保护装置102的跳闸单元110切换为以受限制的操作模式操作。
[0058]此外，如果中央控制器302判断出通过电路保护装置110流动的电流超过闭锁阈值214，则中央控制器302判断通过上游电路保护装置102流动的电流是否超过上游电路保护装置102的保护阈值216。如果满足了两种条件(即，超过了用于电路保护装置102的闭锁阈值214并且如果超过了上游电路保护装置102的保护阈值216)，则中央控制器302起始不受限制的跳闸时序。如果在不超过下游电路保护装置102的闭锁阈值214的同时超过了电路保护装置102的保护阈值216，则中央控制器302还起始不受限制的跳闸时序。但是，如果超过了下游电路保护装置102的闭锁阈值214，若超过了电路保护装置102的保护阈值216，则中央控制器302起始受限制跳闸时序。
[0059]如果完成了电路保护装置102的跳闸时序(例如，如果超过了限制计时阈值或不受限制的计时阈值)，则中央控制器302将跳闸信号162传输至电路保护装置102以造成跳闸机构114中断通过电路保护装置102流动的电流。在其它方面，中央控制器302控制电力分配系统300的操作，以类似于跳闸单元110控制电力分配系统100的操作的方式。例如，如果超过了电路保护装置102的闭锁阈值214但并未超过电路保护装置102的保护阈值216 (或者并未超过不受限制的时间阈值)，并且如果并未超过上游电路保护装置302的保护阈值216，则中央控制器302制止将跳闸信号162传输至电路保护装置102。
[0060]图5为操作电力分配系统，例如(图1所示的)电力分配系统100或(图4所示的)电力分配系统300的示例性方法400的流程图。在一个示例性实施例中，由每个跳闸单元110的处理器116来执行方法400。或者，由中央处理器执行方法400，中央处理器通信地联接到跳闸单元110，诸如中央控制器302的处理器304。在示例性实施例中，多个计算机可执行的指令实施于计算机可读介质，诸如存储器118 (在图1中示出)或者存储器306 (在图4中示出)内。指令，当由处理器执行时，使得处理器执行方法400的步骤和/或如本文中所描述地那样起作用。
[0061]在一个示例性实施例中，例如，由传感器112测量402通过电路保护装置102 (即，通过跳闸机构114)流动的电流，并且将表示测量的电流的电流信号166( “电流测量”)传输至跳闸单元110。跳闸单元110在预定时期，例如在电力分配系统110的基本频率的半周期期间记录或累计电流测量。或者，跳闸单元110记录或累计在其它合适时期的电流测量。例如，更短的时期可用于瞬间跳闸算法和/或更长的时期可用于热跳闸算法。跳闸单元110判断403测量电流是否超过跳闸单元110的闭锁阈值214 (在图2中示出)，例如，基于在预定时期累计的电流测量。
[0062]如果判断出403测量的电流超过了闭锁阈值214或者如果从下游电路保护装置102的跳闸单元110接收到404前向闭锁阈值160，将闭锁信号160传输405到上游电路保护装置102(若存在)的跳闸单元110。相比而言，如果测量的电流并不超过闭锁阈值214并且如果并未从下游电路保护装置102接收到闭锁信号160，则电路保护装置102返回以测量402通过跳闸机构114流动的电流(S卩，电路保护装置102等待下一电流测量)。
[0063]此外，电路保护装置102判断406是否从上游电路保护装置102的跳闸单元110接收反向闭锁信号161。如果并未接收反向闭锁信号161，电路保护装置102判断408通过电路保护装置102流动的电流是否超过保护阈值216。如果电流并未超过保护阈值216，则电路保护装置102返回以测量402通过跳闸机构114流动的电流。如果测量的电流超过保护阈值216，则电路保护装置102将反向闭锁信号161传输410到下游跳闸单元110以通知跳闸单元110已超过了保护阈值216。
[0064]如果接收到406反向闭锁信号161，则电路保护装置102判断412通过跳闸机构114流动的电流是否超过了闭锁阈值214以判断是否起始跳闸时序。如果电流并未超过保护阈值214，则电路保护装置102返回以测量402通过跳闸机构114流动的电流。但是，如果电流超过了闭锁阈值214，则结合接收到反向闭锁信号161，电路保护装置102起始414不受限制的跳闸时序。
[0065]相比而言，如果并未接收到406反向闭锁信号161，但电流被判断出408超过保护阈值216，则电路保护装置102判断416是否从下游跳闸单元110接收了前向闭锁信号160。如果并未接收到闭锁信号160，则电路保护装置102起始414不受限制的跳闸时序。但是，如果接收了闭锁信号160，则电路保护装置102起始418受限制的跳闸时序。
[0066]在跳闸时序(即，受限制的跳闸时序或不受限制的跳闸时序)期间，跳闸单元110累计在其期间测量电流超过可适用阈值206 (例如，闭锁阈值214或保护阈值216)的时间值(例如秒)。如果累计的时间值超过用于相应阈值的时间阈值(例如，不受限制的时间阈值或者受限制的时间阈值)，则电路保护装置102判断出420满足了跳闸条件。跳闸单元110向跳闸机构114生成422跳闸信号162，跳闸机构114联接到跳闸单元110以中断通过跳闸机构114流动的电流。
[0067]如果累计的时间值并未超过用于相应电流阈值206的时间阈值，则电路保护装置102返回以测量402通过跳闸机构114流动的电流。应认识到，因为所接收的每个电流测量402可高于或低于选定阈值206，并且闭锁信号4160或反向闭锁信号161可在任何时间接收，所以持续执行方法400以确保电路保护装置102如所希望地那样操作。
[0068]本文中所描述的方法和系统的技术效果可包括下列中的一个或多个:(a)测量通过电路保护装置流动的电流山)由处理器判断电流是否超过闭锁阈值和保护阈值中的至少一个，其中闭锁阈值小于保护阈值；(c)在判断出电流超过闭锁阈值时将前向闭锁信号传输到第一电路保护装置；以及(d)在确定了电流超过保护阈值时生成反向闭锁信号。
[0069]在上文中详细描述了电力分配系统和操作电力分配系统的方法的示例性实施例。系统和方法并不限于本文中所描述的具体实施例而是系统部件和/和方法的操作可独立于或单独于本文所述的其它部件和/或操作利用。另外，所描述的部件和/或操作还可限定于其它系统、方法和/或装置中，或者结合其它系统、方法和/或装置使用，并且并不限于仅结合本文中所描述的电力系统来实践。
[0070]在本文所示和所描述的本发明的实施例中的操作的执行或实行次序并非至关重要的，除非规定为其它情况。即，除非规定为其它情况，否则可以以任何次序来执行操作，且本发明的实施例可包括比本文中所公开的那些操作更多或更少的操作。例如，设想到在另一操作之前，与另一操作同时或者在另一操作之后实行或执行特定操作在本发明方面的范围内。
[0071]在一些附图中示出但未在其它附图中示出本发明的各种实施例的具体特征，这只是出于方便的目的。根据本发明的原理，附图的任何特征可组合任何其它附图的任何特征来参考和/或要求权利。
[0072]本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳实施方式，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。专利保护范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它示例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则其它示例预期在权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种电力分配系统(100),包括: 第一电路保护装置(124);以及 第二电路保护装置(128)，其在所述第一电路保护装置下游联接到所述第一电路保护装置，所述第二电路保护装置包括: 跳闸机构(114)，其配置成中断通过所述第二电路保护装置流动的电流；以及， 跳闸单元(110)，其操作地联接到所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成: 对于所述第二电路保护装置，确定保护阈值(216)和低于所述保护阈值的闭锁阈值(214)； 在判断出所述电流超过所述闭锁阈值时，将前向闭锁信号(160)传输到所述第一电路保护装置；以及 在判断出所述电流超过所述 保护阈值时生成反向闭锁信号(161)。
2.根据权利要求1所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述跳闸单元(110)还配置成基于所述电流超过所述保护阈值(216)和完成了跳闸时序来启动所述跳闸机构(114)。
3.根据权利要求1所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述第一电路保护装置(124)配置成基于通过所述第一电路保护装置流动的电流量将反向闭锁信号(161)传输至所述第二电路保护装置(128)。
4.根据权利要求3所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述第二电路保护装置(128)配置成基于确定所述第一电路保护装置(124)将所述反向闭锁信号(161)传输到所述第二电路保护装置并且所述第二电路保护装置判断出通过所述第二电路保护装置流动的电流超过所述闭锁阈值(214)来启动所述跳闸机构(114)。
5.根据权利要求1所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述跳闸单元(110)配置成确定用于所述第二电路保护装置(128)的不受限制的时间阈值，所述第二电路保护装置配置成以不受限制的操作模式操作，其中，在确定了下列中的一项时生成跳闸信号(162): 所述电流超过所述保护阈值(216)持续超过不受限制的时间阈值的时间；以及 所述第一电路保护装置(124)将反向闭锁信号(161)传输到所述第二电路保护装置，并且所述电流超过所述闭锁阈值(214)持续超过所述不受限制的时间阈值的时间。
6.根据权利要求5所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述跳闸单元(110)配置成确定用于所述第二电路保护装置(128)的受限制的时间阈值，所述第二电路保护装置配置成以受限制的操作模式操作，其中，在确定接收了前向闭锁信号(160)时并且所述电流超过所述保护阈值持续超过所述受限制的时间阈值的时间时生成跳闸信号(162)。
7.根据权利要求6所述的电力分配系统(100)，其特征在于，还包括，第三电路保护装置(132)，其在所述第二电路保护装置的下游联接到所述第二电路保护装置(128)，所述第二电路保护装置被配置成在从所述第三电路保护装置接收前向闭锁信号(160)时从不受限制的操作模式切换到受限制的操作模式。
8.根据权利要求7所述的电力分配系统(100)，其特征在于，所述第二电路保护装置(128)配置成将从所述第三电路保护装置(132)接收的所述前向闭锁信号(161)传输到所述第一电路保护装置(124)。
9.一种电力分配系统(300),包括:第一电路保护装置(124)； 第二电路保护装置(128)，其在所述第一电路保护装置的下游联接到所述第一电路保护装置；以及 控制器(302)，其联接到所述第一电路保护装置和所述第二电路保护装置，所述控制器配置成: 确定用于所述第一电路保护装置的第一保护阈值(216)； 确定用于所述第二电路保护装置的第二保护阈值和闭锁阈值(214)，其中，所述闭锁阈值小于所述第二保护阈值； 判断通过所述第一电路保护装置(124)流动的电流是否超过所述第一保护阈值； 判断通过所述第二电路保护装置流动的电流是否超过所述闭锁阈值；以及 在判断出通过所述第一电路保护装置流动的所述电流超过所述第一保护阈值时并且判断出通过所述第二电路保护装置流动的所述电流超过所述闭锁阈值持续预定时间量时，将跳闸信号(162)传输到所述第二电路保护装置。
10.根据权利要求9所述的电力分配系统(300)，其特征在于，所述闭锁阈值(214)为第一闭锁阈值，所述电力分配系统还包括:第三电路保护装置(132)，其在所述第二电路保护装置的下游联接到所述控制器(302)和所述第二电路保护装置(128)，其中，所述控制器还被配置成确定用于所述第三 电路保护装置的第二闭锁阈值。
【文档编号】H02H7/26GK103683221SQ201310416927
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】M.E.瓦尔德斯 申请人:通用电气公司