电路保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开通常涉及配电系统，尤其是，涉及为整个系统的区域保护提供多个区域保护功能的电路保护系统的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在配电系统，电力被分配到不同的负载，典型的被划分到分支电路，所述分支电路提供电力到指定的负载。分支电路也可以连接到别的配电装置。
[0003]由于对系统中如故障或过载的异常电力情况的关注，提供电路保护设备或电力开关设备如电路断路器以保护电路是公知的。电路断路器谋求防止或最小化损坏，并且典型的为功能自动化。电路断路器还谋求在故障情况下电力供应中断的范围和持续时间的最小化。
[0004]配电系统包括不同的配电排触点(distribut1n level)，流过每个排触点的电力通过电路断路器控制。在故障或过载的情况下，最靠近故障的电路断路器需要尽可能快地跳闸以中断电力潮流(power flow)，并避免配电系统的损坏。为了保证仅有系统所要求的部分被断开，上游电路断路器必须限制在有限的时间延迟(或时间-电流成倒数关系的延迟)内不会跳闸，以使得下游电路断路器清除故障。在下游故障情况下的上游电路断路器跳闸时间中的时间延迟将导致不期望的高允通电能。该允通电能发生在当上游断路器应当跳闸，但上游断路器却配置成等待一段时间以允许下游断路器跳闸，在这段时间内持续流过的电能就是允通电能。
[0005]配电系统的设计必须单独地确立不同断路器的跳闸设置，以使得断路器被协调成具有跳闸时间曲线，所述跳闸时间曲线在配电系统的配电排触点的上游方向或级联配置中延迟跳闸时间。图1示出了示例性的现有技术配电系统10的结构图。现有技术配电系统10包括多个电路断路器12。现有技术配电系统10的一个支路17包括多个排触点14。多个配电排触点包括包含在配电板上的具有电路断路器的第一排触点16，包含在子配电开关板上的具有电路断路器的第二排触点18，包含在配电开关板上的具有电路断路器的第三排触点20，以及包含在主开关板上的具有电路断路器的第四排触点22。相对于电力潮流，第一排触点16的电路断路器连接到第二排触点18的下游，第二排触点18的电路断路器连接到第三排触点20的下游，以及第三排触点20的电路断路器连接到第四排触点22的下游。例如，第一排触点16包括20安培的电路电路器，第二排触点18包括100安培的电路断路器，第三排触点包括1200安培电路断路器下游的400安培的电路断路器，以及第四排触点包括4000安培的电路断路器。
[0006]作为现有技术配电系统10的这种现有系统无法清除故障，以至于故障持续流过系统直到它通过足够敏感以检测到此故障的断路器。因此，如图2中所示，一个更大的上游过电流设备或电路断路器30必须比小一些的下游设备或电路断路器32的敏感度更低和更慢。每个上游电路断路器30和下游电路断路器32连接到提供逻辑和信息处理以确立跳闸决定的电子跳闸设备31，33，以提供过电流保护功能。图2示出了在记录图表中上游电路断路器30和下游电路断路器32中从发出跳闸到清楚故障电流的时间段内所存在的故障电流。如曲线BI中所示，在如箭头Fl所示的故障电流流动期间，上游电路断路器30没有跳闸直到一段允许下游电路断路器32跳闸的时间之后才跳闸，此在轴Al中所示。在级联配电系统中，敏感度和速度一定会由于协调需要而被不良检测而不是出于保护或安全要求目的，如，协调需要上游断路器30和下游断路器32之间的时间延迟。这增加了诸如不能及时清除故障的系统损坏危险，增加了允通电能。当配置越来越大和断路器变慢，当断路器等待下游断路器跳闸时，检测流通量和决定流通量是否过大的时间延迟增加了。由于故障的允通电能很危险并导致配电系统的贵重元件的故障/熔化，因此非常需要最小化允通电能
[0007]现有技术区域选择闭锁(ZSI)系统仅仅提供(是/否)在两个串联连接的过电流装置之间的通信。低端(负载侧)设备或下游电路断路器232与上端(线路侧)设备或上游电路断路器230通信，以告知其是否对故障作出或没作出反应。当上游电路断路器230没有收到下游电路断路器232检测到故障的信号，则上游电路断路器230加速以更快速的操作。由此，如图4所示，在故障情况下，通过箭头Z所示的在主或上游电路断路器230和次级或下游电路断路器232之间的通信，改进了在曲线Al所示上游电路断路器230和曲线BI所示下游电路断路器232之间的时间轴所示的时间周期，中断流过现有技术配电系统10中大的上游过电流设备或电路断路器30和小的下游设备或电路断路器32的电力，如图2所示。每个上游电路断路器230和下游电路断路器232具有提供逻辑和信息处理以确定跳闸决定的电子跳闸装置231，233，以提供过电流保护功能。ZSI系统不期望地只改进了故障足够高于预先确定的拾取阀值时的上游电路断路器和下游电路断路器之间的延迟，而没有增加如上游电路断路器230的上游电路断路器的敏感度，这是由于现有技术系统10的冗余和负载支持需要。
[0008]如果断路器增加了敏感度，则该断路器会在应由另一个断路器负责的故障时跳闸。由此，在保护和协调之间产生问题。系统10的每个断路器独立决定。这还降低了系统的效率，诸如不及时断开电路断路器和有害跳闸，并且能增加在故障情况下的电力供应中断的范围和持续时间。
[0009]由此，需要一种与配电系统协作的电路保护系统，来降低配电系统的损坏危险和增加效率。还进一步需要电路保护系统以改进上游电路断路器和下游电路断路器之间的延迟以及相对于现有技术增加上游电路断路器的敏感度。
【发明内容】
[0010]用于具有一个或多个区域的配电系统的保护系统，包括至少一个连接到功率或电流检测设备和通信设备的电力开关设备。电力开关设备以通信方式耦合到至少一个处理设备。至少一个处理设备适合于基于区域内功率状态信息和区域的预定保护需要执行用于所述区域的多个保护功能。
[0011]保护系统包括以通信方式耦合到一个或多个限制保护区域的邻接的电力开关设备的主电力开关设备。主电力开关设备与处理器联系，该处理器适合于存取来自邻接的电力开关设备的信息，并基于与邻接电力开关设备通信的信息以实行基于区域的保护和控制功能。
[0012]该处理器可包括总线差动功能。一个或多个区域可为由电源和负载自动过电流保护设备所界定的多个区域。一个或多个区域可为多个区域，该多个区域通过一个或多个连接电力开关设备和输出供给器或电源区重叠在一起构成主负载区域。通信设备能与以通信方式耦合到至少一个次级电力开关设备的通信接口通信。通信设备能够以通信方式耦合到次级通信设备，以传达由至少一个次级电力开关设备检测到的故障情况是否存在。在故障存在的情况下，至少一个电力开关设备可比至少一个次级电力开关设备的设置慢，以及在故障不存在的情况下，与至少一个次级电力开关设备的设置相同。至少一个电力开关设备可至少为一个主电力开关设备和次级电力开关设备，其中所述主电力开关设备通过基于自身电流信息和由在主电力开关设备区域中的所述次级电力开关设备传达的信息来计算从而执行差动保护，以及其中所述主电力开关设备基于所述计算的结果确定所述主电力开关设备区域中故障存在。电力或电流检测设备可为检测流过的电流并且以通信方式耦合到通信设备的传感器。所述至少一个电力开关设备可以是多个电力开关设备，其中所述多个电力开关设备中的每个电力开关