专利名称：具有减少的允通能量模式以及区域选择性的保护系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域一般涉及配电系统以及更具体地，涉及用于为遍及系统的断路器提供动态延迟时间的电路保护系统的方法以及系统。
背景技术：
在配电系统中，电力被分配给各个负载并且典型地被划分到支路中，这些支路向指定的负载供电。支路还能与各个其他的配电设备连接。由于对在系统中异常电力状态(即，故障)的担心，已知的是，提供电路保护装置 (如，保护各个负载的断路器)以及配电设备。断路器寻求防止损害或使损害最小并且典型地自动地起作用。断路器也寻求使在故障情况下电气服务中断的范围与持续时间最小。断路器经常被用以通过测量在受保护的电路或者分支中的电流，并且当测量的电流超过预定的故障水平时跳闸以切断电流来避免过电流故障。传统的断路器经常采用基于微处理器的数字固态跳闸单元以比如通过双金属条的加热与冷却的数字仿真来生成反转的时间长延迟和/或短延迟跳间。这样的传统断路器跳间单元在存储器中存储数字值，其模拟双金属条的温度。存储器可以是随机存取存储器(RAM)，比如累加器类型的存储器。当测量的电流超过预定的吸合水平，断路器跳闸单元被认为是处于“吸合(pick-up) ”模式，并且存储的值或者累加器递增预定的量(诸如以电流的平方的因数)。相反，如果测量的电流比预定吸合的水平低，存储的值或者累加器递减预定的量。如果存储的或者累加器的值超过预定最大值的情况发生，断路器跳间单元将确定故障存在并且发出跳间信号以清除故障。已知的是利用区域选择性互锁(MI)、或者区域约束技术以减少在电气设备上的压力。ZSI利用具有预编程时间延迟的上游断路器，使得下游断路器被提供有清除故障且在上游断路器断开或者跳闸之前没有故意的延迟的机会。在已知的区域选择性互锁(ZSI)系统中，下游断路器能通过配线与上游断路器直接通信，使得下游断路器将信号发送至上游断路器，从而使上游断路器置于约束模式中。在约束模式中，断路器临时受约束免于断开或者跳闸，直至预定时间的延迟已经停工之后。传统的断路器每个具有其中包含的预编程的时间延迟设定。因而，ZSI系统基于预置的、恒定的应用于每个上游断路器的时间段(诸如100毫秒(ms))提供另外的时间延迟。因而，每个受影响的上游断路器不管配电系统中的故障的位置而将延迟预置的时间段跳闸。更特别地，在带有传统的选择性协调的保护系统中，当下游断路器探测到电流大于其接地故障(GF)吸合、短时间(ST)吸合或者其瞬时(I)吸合，它将发送回约束信号至上游断路器。该上游断路器，一旦发觉该约束信号，将使MI的约束时期停工，并且然后基于其跳闸时间延迟跳闸设定开始停工。在第一个方案中，如果下游断路器运行适当，它将跳闸，从而清除故障。进一步，上游断路器将停止对其GF或者ST时间延迟跳闸设定的定时，因而将不跳闸。在该第一方案中，下游断路器清除了故障并且最小数量的馈电线被影响。
在第二个方案中，如果下游断路器探测到故障并且发送约束信号至上游断路器但是下游断路器未适当运行以清除故障，在上游断路器上的GF或者ST时间延迟跳闸设定将停工并且上游断路器将跳间，从而清除故障。因而，在下游断路器未适当运行的情况发生， 上游断路器对于下游断路器用作备用的断路器。在该第二个方案中，然而，在跳闸的上游断路器下游的所有的断路器断电。在第三个方案中，如果带有传统ZSI功能的上游断路器探测到GF或者ST故障并且未从下游断路器接收到ZSI约束信号，该上游断路器将假定该故障处于其保护区(在下一层的下游断路器之前)中并且将以最小时间延迟跳闸，从而快速清除故障。还已知的是在中央控制保护系统中利用ZSI技术。例如，使用中央控制处理单元 (CCPU)以在电路中探测到故障时确定用于断开断路器的动态延迟时间的保护系统在标题为“Circuit Protection SyStem(电路保护系统)”、受让给本发明的受让人并且通过引用将其完整的结合到本文中的美国专利72M001中更详细地被描述。例如，在这样的中央控制保护系统中，ZSI例行程序用作为最接近故障的断路器提供足够的时间以在断开上游断路器之前试图清除该故障，并且为下一个上游断路器在该断路器断开之前在经过调节的或者动态的延迟时间时提供断开命令。传统的ZSI例行程序是由CCPU执行的算法，或者类似物。CCPU确定用于断开任何数量的上游断路器的动态延迟时间并且提供断开或者致动命令以便在该动态延迟时间时断开断路器。用于断开上游断路器的修改的动态延迟时间传统上基于相对于断路器和/或其他装置的故障的位置以及系统的拓扑，并且从预定义的延迟时间与下游断路器的清除时间的和来确定。例如，在传统的ZSI系统中，如果馈电线断路器处于吸合中并且以58ms的正常模式跳闸时间延迟被设定，则在馈电线断路器直接上游的次干线断路器将以通过IOOms的区域选择性延迟增加的馈电线断路器的正常模式跳闸时间延迟的时间延迟(即，158ms总延迟)来设定。同样地，在次干线断路器直接上游的主断路器将以通过第一层次干线选择性延迟(IOOms)增加的馈电线断路器的跳闸时间延迟(58ms)，加上第二层主断路器选择性延迟的另外100ms，即以258ms的总跳闸时间延迟来设定。传统的配电系统还典型地包括接入点，例如，开关装置单元，其具有多个断路器以用于控制通过系统的电力的流动并且保护该系统(比如通过提供故障保护)。服务人员可需要接近这些不同的点以执行维护、服务、诊断、等等。有时候，该工作由于需要而在通电的设备上执行。典型的开关装置的势能是这样，在故障的情况下，闪光弧将出现，从而导致对设备的损害和/或能出现对服务人员的严重伤害或者死亡。为了增加对在(以及围绕)这些系统工作的人员的安全，同时也维护通过系统的电力，已知的是提供本地化的安全措施。例如，已知的是增加在服务人员或者操作者附近的断路器中的故障灵敏度，比如通过对减少的允通能量(RELT)模式或者维护模式的备选的跳闸设定。进一步已知，传统的保护系统能提供正常模式保护设定和减少的允通能量模式保护设定。例如，使用中央控制处理单元以控制在正常模式或者减少的允通能量模式中的多个断路器的保护系统在标题为"Centrally Controlled Protection Systems Having Reduced Energy Let-Through Mode (具有减少的允通能量模式的中央控制保护系统)”、受让给本发明的受让人并且通过引用将其完整的结合到本文中的美国专利7751165中更详细地被描述。传统保护系统能包括减少的允通能量(RELT)模式，其减少根据需要而允许通过配电系统的部分的能量的量。例如，在传统保护系统中的一个或者多个保护装置能在活动期间(比如维护或者当操作者紧密接近在配电系统中的各个部件时)被设置成处于减少的允通能量模式中。然而，在某些情况中，也是ZSI系统的一部分的断路器的故障灵敏度可被增加，比如通过用于减少的允通能量(RELT)模式的备选的跳闸设定。在应用ZSI的传统的中央控制保护系统中，当第一断路器进入吸合模式，并且该第一断路器在以RELT模式运行的第二断路器的下游，对以RELT模式运行的第二上游断路器的跳闸时间延迟可被调节以增加ZSI选择性延迟。因而，在该例子中，被应用于第二上游断路器的选择性时间延迟因而导致维护的选择性，但是有RELT灵敏度的损失。同样地，传统ZSI功能当在配电系统中提供选择性方面有效时损害了减少的能量灵敏度，其通常由在配电系统中的断路器的RELT功能提供。因而，增加ZSI延迟至RELT模式灵敏度设定的传统的方法以及系统能导致不希望的在系统中的选择性的损失和/或增加的允通能量。相反，在应用ZSI的传统中央控制保护系统中，当以RELT模式运行的第一断路器进入吸合模式，并且第一断路器在第二断路器的下游，在第一下游断路器与第二上游断路器之间的时间延迟可被设定成零。同样，传统的系统以及方法当在配电系统中减少允通能量方面有效时可损害通常由在配电系统中的断路器的ZSI功能提供的选择性。因而， 在ZSI系统中应用RELT模式灵敏度设定的传统的技术能导致不希望的系统中的选择性的损失。
发明内容
在本文中示出并且描述不同范围的方法以及系统。除了以上所述的优点，进一步的优点和/或修改或者变更通过参考附图以及通过阅读了本说明的其余部分将变得清楚明了。在运行时，本发明的实施例提供保护电路的方法以及系统，该电路具有至少第一断路器、以及第二断路器，其被设置在所述第一断路器的直接上游，所述第一断路器具有在正常模式与备选模式之间可选择的配置设定，备选的模式设定包括减少的允通能量(RELT) 模式设定，其具有RELT模式跳间时间延迟，通过确定所述第一断路器是否配置在所述RELT 模式，确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时间，其中所述动态延迟时间至少部分地基于所述第一断路器的所述RELT模式跳闸时间延迟，并且在所述动态延迟时间逝去之后触发所述第二断路器以断开。另外，本发明的实施例提供保护电路的方法以及系统，该电路具有第一断路器，其被设置在第二断路器的直接下游，所述第一断路器被配置成提供选择性跳间时间延迟，所述第二断路器具有在正常模式与备选模式之间可选择的配置设定，备选的模式设定包括减少的允通能量(RELT)模式设定，其具有RELT模式跳间时间延迟，该系统包括网络以及至少一个控制处理单元，其被配置成操作上控制所述第一断路器以及所述第二断路器，所述网络与所述电路、所述第一断路器、所述第二断路器以及所述至少一个控制处理单元通信耦合，其中所述至少一个控制处理单元被配置成如果在所述电路中探测到故障则断开所述第一与所述第二断路器的至少一个、如果在所述电路中探测到所述故障则确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时间，其中所述动态延迟时间至少部分地基于所述第一断路器的所述RELT模式跳闸时间延迟，确定所述第一断路器是否设定在所述RELT模式，并且如果是， 则延迟断开所述第二断路器直至所述动态延迟时间逝去之后。
现简要参考附图，其中图1是根据实施例的多源配电系统的示意图示。图2是图1的电力系统的部分的示意图示。图3是根据实施例的流程图。遍及若干视图的同样的参考字符指明同样的或者对应的部件以及单元，这些视图未规定比例(除非另有指示)。
具体实施例方式接下来的说明参考附图，其形成本文的一部分，并且其中通过图示示出可被实践的具体实施例。应理解，其他实施例可被利用而且能对本文所示以及所述的实施例进行各个变化而未脱离此处附上的权利要求的专利保护范围。接下来的说明因此未被认为是限制
眉、ο如本文所使用的，以单数形式所记载且前面使用单词“一”的元件或者步骤应被理解为并不排除复数的所述元件或者步骤，除非这样的排除被明确地记载。而且，对请求保护的本发明“一个实施例”的提及不应被解释为排除也包含了所记载特征的另外的实施例的存在。参考图1，图示了一般以标号105提及的多源、多层配电系统的示例性的实施例。 系统105将电力从至少一个馈电112(在该实施例中为第一与第二馈电)，通过配电总线 150分配到数个或者多个断路器14，并且分配到数个或者多个负载130。CCPU观能包括数据传输装置140，诸如CD-ROM驱动器或者软盘驱动器，用以从诸如CD-ROM或者软盘的媒介 145读取数据或者指令。断路器14被设置成具有断路器的第一级110与断路器的第二级120的分层、多级或者多层配置。当然，断路器14的任何数量的级或者配置能与系统105—起使用。断路器 14的分层配置提供处于第一级110中的断路器，其在第二级120中的断路器的上游。在系统105中的电力有异常状态(即故障)的情况下，保护系统沈寻求通过用故障上游的最近断路器14试图清除故障来协调系统。离故障最近的断路器的上游的断路器14保持闭合 (除非下游断路器不能清除故障)。对于系统105中的电力的任何异常状态或参数，诸如长时间、短时间或者瞬时过流、或者过大接地电流，能实施保护系统沈。为了为最靠近故障的断路器14提供足够的时间以在断开上游断路器之前试图清除故障，在调整或者动态的延迟时间处对上游断路器提供断开命令。上游断路器14在断开断路器之前在逝去的修改动态延迟时间处接收指示来自CCPU观的断开命令的信号。在示例性的实施例中，用来断开上游断路器14的修改动态延迟时间至少部分地基于下游断路器14的RELT模式跳闸时间。保护系统^mccPU观能在修改的动态延迟时间处为遍及配电系统的上游断路器14提供断开命令，并且用来断开这些断路器的每一个的修改动态延迟时间最好能在一个无限范围上。参考图2，配电系统105的一部分的示例性的实施例，配电系统105具有两层电路， 其具有处于并联的馈电线ICB 420与馈电线2CB425上游的主_1断路器(CB)415。电力流从变压器412经主-1 CB 415、馈电线1 CB 420与馈电线2 CB 425到负载431、432。在故障X出现在馈电线1 CB 420与负载431之间的情况下，故障的存在与故障的位置由CCPU 28以本领域内已知的方式(比如在美国专利72M001中公开的那样并且如标号450示意地代表)来确定。故障X上游的最近断路器(即馈电线1 CB 420)由CCPU 28放置到“吸合模式”，并且在断开之前等待预定义的延迟时间。用来断开主-1 CB 415(在故障X上游下一个最靠近的断路器)的修改动态延迟时间然后由区域选择性互锁(MI)例行程序似6确定。在示例性的实施例中，ZSI例行程序4 是由CCPU 28执行的算法或者类似物。 CCPU观确定用来断开任何数量的上游断路器14的动态延迟时间，并且提供断开或者致动命令以便在该动态延迟时间处断开断路器。在示例性的实施例中，CCPU观确定主-1 CB 415 (在故障X上游下一个最靠近的断路器)是否以RELT模式运行。如果主-1 CB 415以RELT模式运行，则主-1 CB 415的 RELT模式时间延迟被维护。如果CCPU 28确定主CB 415未以RELT模式运行，则主CB415的动态跳闸时间延迟由CCPU^通过确定对系统的预定义的正常模式ZSI跳闸时间延迟与馈电线1 CB 420的跳闸时间延迟之和来确定。用于断开主-1 CB 415的延迟时间然后基于由CCPU观确定的值来修改，如由标号475示意代表的那样。这在主-1 CB 415断开之前留有馈电线1 CB 420用以清除故障X 的最佳时间。由ZSI例行程序似6确定的修改动态延迟时间通过维护系统的选择性同时允许在被维护的馈电线1 CB 420处RELT模式的增加的灵敏度而减少对系统105的潜在损害。 修改动态延迟时间也通过将主-1 CB 415的断开延迟该最佳时间段以向下游断路器(馈电线1 CB 420)提供清除故障X的充分机会使得其他负载(即负载43 仍能接收电力，而提高了系统105的效率。当然，由本公开预期到，采用实施例的配电系统可具有任何数量的层或者级以及任何配置的支路。保护区和动态延迟时间能随着配电系统的变化而变化。在备选的实施例中，ZSI例行程序似6又能基于其他因素使用不同算法来修改用来断开上游断路器14的动态延迟时间。在运行中，本发明的各个实施例包括如图3中所示的方法800，其为在配电系统中以区域选择性互锁设置的多个断路器提供改进的RELT模式的运行。出于清楚并且简化本说明的目的，方法800的实施例被描述成为高达三个断路器提供改进的RELT模式的运行， 该三个断路器作为ZSI设置的一部分在中央控制分配系统中串联布置。然而，本方法不限于任何具体数量的断路器，并且进一步预期的是，实施例可涉及任何数量的断路器。在810，方法800开始，并且在815，确定在区域中的第一断路器是否探测到故障， 例如通过确定在区域中的任何第一断路器是否处于吸合模式。如果是，在820，处于吸合的第一断路器的跳闸时间延迟被确定。处于吸合的第一断路器的跳闸时间延迟可以是例如正常模式保护设定跳闸时间延迟或者RELT模式保护设定跳闸时间延迟、或者其他跳闸时间延迟(其包括例如由于在相同区域中较早出现的不同故障造成的ZSI跳闸时间延迟)的一个。其后，在830，确定在815被确定处于吸合的第一断路器上游是否存在第二断路器。如果第一断路器的上游没有断路器存在，则第一断路器在其确定的跳闸时间延迟之后被允许跳闸。如果在830确定存在第一断路器上游的第二断路器，则在835，识别上游的第二断路器。其后，在840，确定在835识别的上游第二断路器是否处于RELT模式，并且如果是，则在860确定对上游第二断路器的RELT模式跳间时间延迟。如果在840，确定了在835识别的上游第二断路器未处于RELT模式，则在850，对上游第二断路器的时间延迟通过将对上游第二断路器的正常模式ZSI跳闸时间延迟与在 825确定的第一断路器的跳闸时间延迟相加来确定。其后，在855，上游第二断路器的跳闸时间延迟被更新以实施在850确定的跳闸时间延迟。其后，本方法则反复循环回复并且在830，类似地确定是否存在上游第二断路器的上游的第三断路器。如果在830确定不存在上游第二断路器上游的第三断路器，则上游第二断路器在其RELT模式跳间时间延迟之后被允许跳间，或者，如果上游第二断路器未处于RELT模式， 则在850确定的正常模式选择性跳闸时间延迟处被允许跳闸。如果在830确定存在上游第二断路器上游的第三断路器，则在835，识别上游的第三断路器。其后，在840，确定在835识别的上游的第三断路器是否处于RELT模式，并且如果是，则在860应用其RELT模式跳闸时间延迟。如果在840，确定在835识别的上游第三断路器未处于RELT模式，则在850，上游第三断路器的选择性延迟通过将对上游的第三断路器的正常模式ZSI跳闸时间延迟与在 860确定的上游的第二断路器的RELT模式跳闸时间延迟相加来确定。图1-3的实施例描述了用于实施在CCPU 28处的ZSI例行程序4 的系统。然而， 通过本公开应预期，用于断开断路器14的动态延迟时间的使用和/或ZSI例行程序426的使用能以其他方式(诸如以由CCPU观监督的分配控制系统或者具有对等通信的分配控制系统的方式)来实施。在这样的分配控制系统中，用于上游断路器14的动态延迟时间也能被确定并且传送至能操作上与该断路器连接的上游断路器和/或断路器致动器。尽管参照一个或者多个示例性的实施例已经描述了本发明，但本领域内技术人员将理解，可以进行各种变更并且等同物可以代替其元素，而不脱离其范围。另外，可以进行多种修改，以使具体情形或者材料适应本发明的教导而不脱离其范围。因此，其目的在于本公开不限于作为预期的用于实施本发明的最佳方式公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种保护电路的方法，该电路具有至少第一断路器、以及设置在所述第一断路器上游的第二断路器，所述第一断路器具有能在正常模式与备选模式之间选择的配置设定，备选模式设定包括减少的允通能量(RELT)模式设定，其具有RELT模式跳间时间延迟，所述方法包括确定所述第一断路器是否配置在所述RELT模式；确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时间，其中所述动态延迟时间至少部分地基于所述第一断路器的所述RELT模式跳闸时间延迟；以及在所述动态延迟时间逝去之后触发所述第二断路器断开。
2.一种保护电路的方法，该电路具有至少第一断路器以及设置在所述第一断路器上游的第二断路器，所述第一断路器被配置成提供选择性跳间时间延迟，所述第二断路器具有能在正常模式与备选模式之间选择的配置设定，所述备选的模式设定包括减少的允通能量 (RELT)模式设定，其具有RELT模式跳间时间延迟，所述方法包括确定所述第二断路器是否配置在所述RELT模式；超驰用于断开所述第二断路器的所述选择性跳闸时间延迟；以及在所述RELT模式跳闸时间延迟逝去之后触发所述第二断路器断开。
3.一种保护电路的系统，该电路具有第一断路器，其设置在第二断路器的下游，所述第一断路器被配置成提供选择性跳间时间延迟，所述第二断路器具有能在正常模式与备选模式之间选择的配置设定，所述备选模式设定包括减少的允通能量(RELT)模式设定，其具有 RELT模式跳闸时间延迟，所述系统包括网络以及至少一个控制处理单元，其被配置成操作上控制所述第一断路器以及所述第二断路器，所述网络与所述电路、所述第一断路器、所述第二断路器以及所述至少一个控制处理单元通信耦合，其中所述至少一个控制处理单元被配置成(a)如果在所述电路中探测到故障，断开所述第一与所述第二断路器的至少一个，(b)如果在所述电路中探测到所述故障，确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时间，其中所述动态延迟时间至少部分地基于所述第一断路器的所述RELT模式跳闸时间延迟，(c)确定所述第一断路器是否设定在所述RELT模式，并且如果是，则(d)延迟断开所述第二断路器，直至所述动态延迟时间逝去之后。
4.一种保护电路的系统，该电路具有设置在第二断路器下游的第一断路器，所述第一断路器具有能在正常模式与备选模式之间选择的配置设定，所述备选模式设定包括减少的允通能量(RELT)模式设定，其具有RELT模式跳间时间延迟，所述系统包括网络以及至少一个控制处理单元，其被配置成操作上控制所述第一断路器以及所述第二断路器，所述网络与所述电路、所述第一断路器、所述第二断路器以及所述至少一个控制处理单元通信耦合，其中所述至少一个控制处理单元被配置成(a)如果在所述电路中探测到故障，断开所述第一与所述第二断路器的至少一个，(b)如果在所述电路中探测到所述故障，确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时(c)确定所述第二断路器是否设定在所述RELT模式，并且如果是，则(d)超驰用于断开所述第二断路器的所述选择性跳闸时间延迟；以及(e)在所述RELT模式跳闸时间延迟逝去之后发出信号以促使所述第二断路器断开。
全文摘要
本发明涉及具有减少的允通能量模式以及区域选择性的保护系统。一种保护电路的方法以及系统，该电路具有至少第一断路器、以及第二断路器，其被设置在所述第一断路器的直接上游，所述第一断路器具有在正常模式与备选模式之间可选择的配置设定，备选的模式设定包括减少的允通能量(RELT)模式设定，其具有RELT模式跳闸时间延迟，通过确定所述第一断路器是否配置在所述RELT模式，确定用于断开所述第二断路器的动态延迟时间，其中所述动态延迟时间至少部分地基于所述第一断路器的所述RELT模式跳闸时间延迟，并且在所述动态延迟时间逝去之后触发所述第二断路器断开。
文档编号H02H7/26GK102340132SQ20111020754
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月15日 优先权日2010年7月16日
发明者J·劳, R·奈雷尔, T·F·小帕拉罗 申请人:通用电气公司