CN103683181A - 配电系统和操作配电系统的方法 - Google Patents

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CN103683181A CN201310416606.9A CN201310416606A CN103683181A CN 103683181 A CN103683181 A CN 103683181A CN 201310416606 A CN201310416606 A CN 201310416606A CN 103683181 A CN103683181 A CN 103683181A
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Abstract

一种配电系统包括第一电路保护装置，以及在第一电路保护装置的下游耦合到第一电路保护装置的第二电路保护装置。第二电路保护装置包括配置成中断流过第二电路保护装置的电流的跳闸机构，以及操作性地耦合到跳闸机构的跳闸单元。跳闸机构配置成：对第二电路保护装置来确定保护阈值、小于保护阈值的阻塞阈值，以及高于保护阈值的后备阈值；基于确定流过第二电路保护装置的电流超过保护阈值来激活跳闸机构；以及在确定电流超过阻塞阈值时，将第一阻塞信号传输到第一电路保护装置。

Description

配电系统和操作配电系统的方法
技术领域
本申请一般涉及电力系统，并且更特别地，涉及配电系统和操作配电系统的方法。
背景技术
已知的配电系统包括多个开关设备列队，其包括断路器，断路器各自耦合到一个或多个负载。断路器典型地包括跳闸单元，跳闸单元基于感测的流过断路器的电流来控制断路器。更特别地，如果电流在可接受条件之外，则跳闸单元使流过断路器的电流被中断。
例如，至少一些已知的断路器编程有一个或多个电流阈值(也被称为“拾取”阈值)，其标识断路器的不期望的电流水平。如果故障抽取电流超过一个或多个电流阈值达预定的时间量，例如，跳闸单元典型地激活关联的断路器，以使电流停止流过断路器。但是，在包括多个断路器的配电系统中，典型的布置使用分级的断路器。定位成比多个电流较低的馈线断路器更接近电力源的大的断路器(即，具有高电流额定值的断路器)对电流较低的馈线断路器馈电。每个馈线断路器可对连接到负载或其它配电装备的多个其它断路器馈电。
故障可出现在断路器分级中的任何地方。当出现故障时，由于传感器容差各不相同，所以具有流过它的相同故障电流的每个断路器可检测不同的故障电流量。当出现该故障时，最接近故障的断路器应当操作来使电流停止流过断路器。如果分级中较高的断路器(即，比最接近故障的断路器更接近源)跳闸，则多个电路或负载将不必要地无法工作。
为了适应各不相同的容差，以及为了确保多个断路器不会基于相同故障电流而不必要地跳闸，至少一些已知断路器的电流阈值彼此嵌套，以避免故障电流阈值重叠。例如，在分级的高级别处的断路器的阈值典型地大于在分级的低级别处的断路器的阈值，以避免阈值重叠。嵌套的故障电流阈值使在分级的较高等级或级别处的断路器具有越来越高的电流阈值。因此，在较高等级处的断路器也许无法检测较低等级的断路器可检测的故障电流。照这样，最接近故障的断路器将响应于故障而操作，而且将比上级断路器具有更低的故障电流阈值。如果在分级中的较高级别处发生故障，例如，在馈线和支路之间，或者在主断路器和馈线之间，系统可具有降低的故障检测灵敏度，因为在分级的较高级别处的断路器具有较高的故障电流阈值，这可能不会检测到在较高级别内的有害的故障电流。
发明内容
一方面，提供一种配电系统，其包括第一电路保护装置，以及在第一电路保护装置的下游耦合到第一电路保护装置的第二电路保护装置。第二电路保护装置包括配置成中断流过第二电路保护装置的电流的跳闸机构，以及操作性地耦合到跳闸机构的跳闸单元。跳闸机构配置成：对第二电路保护装置来确定保护阈值、小于保护阈值的阻塞阈值，以及高于保护阈值的后备阈值；基于确定流过第二电路保护装置的电流超过保护阈值来激活跳闸机构，以及在确定电流超过阻塞阈值时，将第一阻塞信号传输到第一电路保护装置。
另一方面，提供一种配电系统，其包括第一电路保护装置、在第一电路保护装置的下游耦合到第一电路保护装置的第二电路保护装置，并且包括跳闸机构，以及耦合到第一电路保护装置和第二电路保护装置的控制器。控制器配置成对第一电路保护装置确定第一阻塞阈值、第一保护阈值和第一后备阈值中的至少两个，其中，第一阻塞阈值小于第一保护阈值，而第一保护阈值小于第一后备阈值。控制器还配置成对第二电路保护装置确定第二阻塞阈值、第二保护阈值和第二后备阈值，其中，第二阻塞阈值小于第二保护阈值，而第二保护阈值小于第二后备阈值。控制器进一步配置成：接收表示流过第二电路保护装置的电流的量的电流测量；基于确定电流测量超过第二保护阈值达预定的时间量来激活跳闸机构；以及在确定电流测量超过第二阻塞阈值时，将第一电路保护装置从无约束操作模式切换到约束操作模式。
又一方面，提供一种操作配电系统的方法，配电系统包括第一电路保护装置，以及在第一电路保护装置的下游耦合到第一电路保护装置的第二电路保护装置。该方法包括：测量流过第二电路保护装置的电流；以及通过处理器来确定电流是否超过阻塞阈值、保护阈值和后备阈值中的至少一个，其中，保护阈值小于后备阈值，而阻塞阈值小于保护阈值。方法还包括在确定电流超过阻塞阈值时，通过处理器来将第一阻塞信号传输到第一电路保护装置；以及基于确定流过第二电路保护装置的电流超过保护阈值，通过处理器来激活跳闸机构。
提供一种配电系统，其包括：
第一电路保护装置；以及
第二电路保护装置，其在所述第一电路保护装置的下游耦合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，其配置成中断流过所述第二电路保护装置的电流；以及
跳闸单元，其操作性地耦合到所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：
对所述第二电路保护装置，确定保护阈值、小于所述保护阈值的阻塞阈值，以及高于所述保护阈值的后备阈值；
基于确定流过所述第二电路保护装置的电流超过所述保护阈值来激活所述跳闸机构；以及
在确定所述电流超过所述阻塞阈值时，将第一阻塞信号传输到所述第一电路保护装置。
优选的，所述跳闸单元进一步配置成在确定第二阻塞信号已经由所述第二电路保护装置接收时，基于所述后备阈值而非所述保护阈值，来激活所述跳闸机构。
优选的，所述配电系统进一步包括耦合在所述第二电路保护装置下游的第三电路保护装置，其中，所述第二电路保护装置配置成接收来自所述第三电路保护装置的所述第二阻塞信号。
优选的，所述跳闸单元配置成对所述第二电路保护装置来确定约束时间阈值，所述第二电路保护装置配置成在约束操作模式中操作，其中在确定所述电流超过所述后备阈值达超过所述约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号。
优选的，所述跳闸单元配置成对所述第二电路保护装置来确定小于所述约束时间阈值的无约束时间阈值，所述第二电路保护装置配置成在无约束操作模式中操作，其中在确定所述电流超过所述保护阈值达超过所述无约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号。
优选的，所述第二电路保护装置响应于接收所述第二阻塞信号而能够从所述无约束操作模式切换到所述约束操作模式。
优选的，在确定所述电流超过所述保护阈值但不超过所述后备阈值时，所述跳闸单元进一步配置成在确定第二阻塞信号已经被所述第二电路保护装置接收时，禁止激活所述跳闸机构。
提供一种配电系统，其包括：
第一电路保护装置；
第二电路保护装置，其在所述第一电路保护装置的下游耦合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；以及
控制器，其耦合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：
对所述第一电路保护装置，确定第一阻塞阈值、第一保护阈值和第一后备阈值中的至少两个，其中，所述第一阻塞阈值小于所述第一保护阈值，而所述第一保护阈值小于所述第一后备阈值；
对所述第二电路保护装置，确定第二阻塞阈值、第二保护阈值和第二后备阈值，其中，所述第二阻塞阈值小于所述第二保护阈值，而所述第二保护阈值小于所述第二后备阈值；
接收表示流过所述第二电路保护装置的电流的量的电流测量；
基于确定所述电流测量超过所述第二保护阈值达预定的时间量，来激活所述跳闸机构；以及
在确定所述电流测量超过所述第二阻塞阈值时，将所述第一电路保护装置从无约束操作模式切换到约束操作模式。
优选的，所述控制器确定所述第二电路保护装置的约束时间阈值，所述控制器进一步配置成在确定所述第二电路保护装置在所述约束操作模式中操作时，以及在确定所述电流测量超过所述第二后备阈值达超过所述约束时间阈值的时间时，将跳闸信号传输到所述第二电路保护装置。
优选的，所述控制器确定所述第二电路保护装置的无约束时间阈值，所述控制器进一步配置成在确定所述第二电路保护装置在所述无约束操作模式中操作时，以及在确定所述电流测量超过所述第二保护阈值达超过所述无约束时间阈值的时间时，将跳闸信号传输到所述第二电路保护装置。
提供一种操作配电系统的方法，所述配电系统包括第一电路保护装置，以及在所述第一电路保护装置的下游耦合到所述第一电路保护装置的第二电路保护装置，所述方法包括：
测量流过所述第二电路保护装置的电流；
通过处理器来确定所述电流是否超过阻塞阈值、保护阈值和后备阈值中的至少一个，其中，所述保护阈值小于所述后备阈值，而所述阻塞阈值小于所述保护阈值；
在确定所述电流超过所述阻塞阈值时，通过所述处理器来将第一阻塞信号传输到所述第一电路保护装置；以及
基于确定流过所述第二电路保护装置的电流超过所述保护阈值，通过所述处理器来激活跳闸机构。
优选的，所述方法进一步包括在确定第二阻塞信号已经被所述第二电路保护装置接收时，使用所述后备阈值而非所述保护阈值来激活所述跳闸机构。
优选的，所述配电系统进一步包括耦合在所述第二电路保护装置下游的第三电路保护装置，所述方法进一步包括接收来自所述第三电路保护装置的所述第二阻塞信号。
优选的，所述方法进一步包括：
确定所述第二电路保护装置的约束时间阈值；以及
在约束操作模式中操作所述第二电路保护装置，其中在确定所述电流超过所述后备阈值达超过所述约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号。
优选的，所述方法进一步包括：
确定所述第二电路保护装置的无约束时间阈值；以及
在无约束操作模式中操作所述第二电路保护装置，其中在确定所述电流超过所述保护阈值达超过所述无约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号，所述无约束时间阈值小于所述约束时间阈值。
优选的，所述方法进一步包括响应于接收所述第二阻塞信号，将所述第二电路保护装置从所述无约束操作模式切换到所述约束操作模式。
优选的，在确定所述电流超过所述保护阈值但不超过所述后备阈值时，所述方法进一步包括在确定第二阻塞信号已经被所述第二电路保护装置接收时，禁止激活所述跳闸机构。
优选的，所述方法进一步包括在确定所述第二阻塞信号尚未被接收时，发起无约束跳闸时序。
优选的，在确定所述电流超过所述后备阈值时，所述方法进一步包括在确定第二阻塞信号已经被所述第二电路保护装置接收时，发起约束跳闸时序。
优选的，所述方法进一步包括在确定所述第二阻塞信号尚未被所述第二电路保护装置接收时，发起无约束跳闸时序。
附图说明
图1是示例性配电系统的示意性框图。
图2是图1中显示的、在无约束操作模式中操作的电路保护装置的示例性跳闸曲线的图表。
图3是图2中显示的跳闸曲线的图表，其示出电路保护装置在约束操作模式中操作。
图4是另一个示例性配电系统的示意性框图。
图5是操作诸如图1中显示的配电系统或图4中显示的配电系统的配电系统的示例性方法的流程图。
部件列表
100配电系统
102电路保护装置
104电力源
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等级
124第一电路保护装置
126第一等级
128第二电路保护装置
130第二等级
132第三电路保护装置
134第三等级
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阻塞信号输入端口
158阻塞信号输出端口
160阻塞信号
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瞬时拾取区
210短时拾取区
212过载区
214阻塞阈值
216保护阈值
218后备阈值
300配电系统
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测量流过跳闸机构的电流
403确定测量的电流是否超过阻塞阈值
404确定阻塞信号是否接收自下游跳闸单元
405将阻塞信号传输到上游装置
406确定测量的电流是否超过保护阈值
407确定是否从下游电路保护装置接收到阻塞信号
408使用保护阈值来操作
409使用后备阈值来操作
410比较测量的电流与选择的阈值
411进入跳闸时序
412确定是否满足跳闸条件
413产生跳闸信号。
具体实施方式
在本文描述配电系统和操作配电系统的方法的示例性实施例。配电系统包括布置在多个等级中的多个电路保护装置。每个电路保护装置包括跳闸单元，其编程有保护(或无约束)阈值、后备(或约束)阈值和阻塞阈值。如果检测到电流超过阻塞阈值，则阻塞信号传输到在检测电流的跳闸单元的上游的电路保护装置的跳闸单元。阻塞信号通知上游跳闸单元：低等级中的电路保护装置已经超过阻塞阈值，并且上游跳闸单元从无约束操作模式切换到约束操作模式。如果电流超过保护阈值，并且未从下游跳闸单元接收到阻塞信号，则跳闸单元发起无约束跳闸时序。如果已经从下游跳闸单元接收到阻塞信号，以及如果电流超过后备阈值，则跳闸单元发起约束跳闸时序。相反，如果已经接收到阻塞信号，并且电流超过保护阈值但不超过后备阈值，则电路保护装置不发起跳闸时序。因此，当特定等级中或较低等级中的电路保护装置的阻塞阈值已被超过时，特定等级的每个电路保护装置通知较高等级中的其它电路保护装置。因而，分级的等级内的每个电路保护装置可设置成相同跳闸阈值，对于相同故障电流，不在两个等级内重复跳闸时序。
图1是示例性配电系统100的一部分的示意性框图，其示出多个电路保护装置102。在一个实施例中，电路保护装置102定位在一个或多个开关设备单元(未显示)内。
每个电路保护装置102配置成可编程地控制电力从一个或多个电力源104输送到一个或多个负载106。电力源104可包括例如一个或多个发电机或对负载106提供电流(以及产生的电力)的其它装置。电流可通过耦合到电路保护装置102的一个或多个配电线或总线108而传输到负载106。负载106可包括(但不限于仅包括)机器、马达、照明设备，和/或制造发电或配电设施的其它电和机械装备。
在示例性实施例中，电路保护装置102是断路器。备选地，电路保护装置102可为使得配电系统100能够如本文描述的那样工作的任何其它装置。在示例性实施例中，每个电路保护装置102包括操作性地耦合到传感器112和跳闸机构114的跳闸单元110。在示例性实施例中，跳闸单元110是电子跳闸单元(ETU)，电子跳闸单元包括耦合到存储器118和显示装置120的处理器116。
在示例性实施例中，传感器112是电流传感器，诸如变流器、Rogowski线圈、霍耳效应传感器，和/或测量流过跳闸机构114和/或电路保护装置102的电流的分流器。备选地，传感器112可包括使得配电系统100能够如本文描述的那样工作的任何其它传感器。在示例性实施例中，每个传感器112产生表示流过关联的跳闸机构114和/或电路保护装置102的测量或检测到的电流(在下文中称为“电流信号”)的信号。另外，每个传感器112将电流信号传输到与跳闸机构114关联或耦合到跳闸机构114的处理器116。每个处理器116编程以激活跳闸机构114，从而如果电流信号和/或电流信号所表示的电流超过可编程电流阈值，中断提供给负载106的电流，如本文更全面地描述的那样。
跳闸机构114包括例如一个或多个断路器装置和/或电弧抑制装置。示例性断路器装置包括例如电路开关、接触臂和/或电路中断器，其中断通过断路器装置而流到耦合到断路器装置的负载106的电流。示例性电弧抑制装置包括例如抑制组装件、多个电极、等离子枪和触发电路，触发电路使等离子枪将烧蚀的等离子发射到电极之间的间隙中，以便将能量从电弧或在电路上检测到的其它电故障转移到抑制组装件中。
每个处理器116控制电路保护装置102的操作，并且收集来自与耦合到处理器116的跳闸机构114关联的传感器112的测量的操作条件数据，诸如表示电流测量的数据(在本文也被称为“电流数据”)。处理器116将电流数据存储在耦合到处理器116的存储器118中。应当理解，术语“处理器”大体表示任何可编程系统，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，以及能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。以上示例仅是示例性的，并且因而决不意于限制术语“处理器”的定义和/或含义。
存储器118存储能够由处理器116执行来控制电路保护装置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RAM(MRAM)、铁电RAM(FeRAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器和/或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。任何其它适当的磁存储器、光学存储器和/或半导体存储器本身或可与其它形式的存储器结合起来包括在存储器118中。存储器118也可为或包括可分离或可移动的存储器，包括(但不限于)适当的盒式磁盘、盘、CD ROM、DVD或USB存储器。
在示例性实施例中，显示装置120包括指示电路保护装置102和/或跳闸机构114的状态的一个或多个发光二极管(LED)。例如，处理器116可激活显示装置120的一个或多个组件(例如LED)，以指示电路保护装置102和/或跳闸机构114是活动的，和/或正常操作，发生了故障或失效，和/或跳闸机构114和/或电路保护装置102的任何其它状态。备选地，电路保护装置102不包括显示装置120。
在示例性实施例中，电路保护装置102布置在包括多个等级122或电路支路的分级中，以对配电系统100提供不同水平的保护和监测。例如，在一个实施例中，第一电路保护装置124布置在第一（或上游）等级126中，以接收来自电力源104的电流。第二电路保护装置128布置在第一电路保护装置124下游的第二（或中间）等级130中。第三电路保护装置132布置在第二电路保护装置128下游的第三（或下游）等级134中。第三电路保护装置132将接收自电力源104的电流(通过第一电路保护装置124和第二电路保护装置128)提供给负载106。
如本文使用的，术语“下游”指的是例如从电力源104朝负载106电流的方向。术语“上游”指的是例如从负载106朝电力源104的电流的方向。
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和第一跳闸机构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和第二跳闸机构146，而第三电路保护装置132包括第三跳闸单元148、第三传感器150和第三跳闸机构152。
图1示出布置在三个等级122中的三个电路保护装置102，但应当认识的是，任何适当数量的电路保护装置102可布置在任何适当数量的等级122中，以使得配电系统100能够如本文描述的那样工作。例如，应当认识，在一些实施例中，一个或多个额外的等级122和/或电路保护装置102可设置在电力源104和第一电路保护装置124和/或第一等级126之间。另外或备选地，在一些实施例中，一个或多个额外的等级122和/或电路保护装置102可设置在负载106和第三电路保护装置132之间。
如图1中示出的那样，每个跳闸单元110包括多个端口154，其接收来自其它跳闸单元110的信号，以及将信号传输到其它跳闸单元110。在示例性实施例中，端口154包括至少一个阻塞信号输入端口156和至少一个阻塞信号输出端口158。如本文更全面地描述的那样，阻塞信号输入端口156和阻塞信号输出端口158在电路保护装置102之间传输一个或多个阻塞信号160。
在示例性实施例中，当传感器112检测到的电流的量超过对关联的跳闸机构114所限定的阻塞阈值(未在图1中显示)时，每个跳闸单元110产生阻塞信号160。另外，如果阻塞信号160接收自下游跳闸单元110，则阻塞信号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接收来自第三跳闸单元148的阻塞信号160，和/或如果第二跳闸单元142检测到高于阻塞阈值的电流，则第二跳闸单元142的阻塞信号160传输到上游跳闸单元110(例如第一跳闸单元136)。响应于接收阻塞信号160，第一跳闸单元136如本文更全面地描述的那样从无约束操作模式转换到约束操作模式，以阻止第一跳闸单元136和第二跳闸单元142以相似的跳闸时序操作。另外，响应于接收阻塞信号160，第一跳闸单元136切换以在较高跳闸阈值处或使用较高跳闸阈值而操作，诸如从保护阈值切换到后备阈值(未在图1中显示)。
在无约束操作模式中，可执行包括累计时间值（其中在达到无约束时间阈值之前电流超过保护阈值）的无约束跳闸时序。在约束操作模式中，可执行包括累计时间值（其中在达到约束时间阈值之前电流超过后备阈值）的约束跳闸时序。如果达到约束时间阈值或无约束时间阈值，则跳闸单元110产生跳闸信号162。备选地，无约束跳闸时序和约束跳闸时序可包括使得跳闸单元110能够如本文描述的那样工作的任何其它动作或响应。应当认识，无约束跳闸时序使得在比约束跳闸时序使得产生跳闸信号162的一段时间更短的一段时间中产生跳闸信号162。
跳闸单元110的端口154通过一个或多个导体164而耦合到其它跳闸单元110的端口154。在示例性实施例中，每个端口154包括用于耦合到分别传送正信号和负信号的导体164的正端子和负端子。例如，导体164将阻塞信号160的正分量和负分量传输到端口154的正端子和负端子。备选地，端口154可接收任何适当的信号，和/或可包括使得跳闸单元110能够如本文描述的那样工作的任何适当数量的端子。应当认识，可使用极性相同的信号，而不是正极性信号和负极性的信号。例如，“正”信号可为具有比“负”信号的幅度更大的幅度的信号。
在示例性实施例中，跳闸单元110(例如第二跳闸单元142)的阻塞信号输出端口158耦合到上游跳闸单元110(例如第一跳闸单元136)的阻塞信号输入端口156。在特定实施例中，单个电路保护装置102定位在上游参考电路保护装置102(和关联的跳闸单元110)的下一等级处，使得参考跳闸单元110的阻塞信号输出端口158通过至少一个导体164而耦合到上游跳闸单元110的阻塞信号输入端口156。另外，参考跳闸单元110(例如第二跳闸单元142)的阻塞信号输入端口156通过至少一个导体164而耦合到一个或多个下游跳闸单元110(例如第三跳闸单元148)的阻塞信号输出端口158。
每个电路保护装置102(和每个关联的跳闸单元110)配置成上面描述的那样，使得跳闸单元110通过阻塞信号输入端口156而接收来自下游跳闸单元110的一个或多个阻塞信号160，并且通过阻塞信号输出端口158来将一个或多个阻塞信号160传输到上游跳闸单元110。在示例性实施例中，接收自下游跳闸单元110的阻塞信号160自动地转发到上游跳闸单元110上。例如，如果第二跳闸单元142接收来自第三跳闸单元148的阻塞信号160，则第二跳闸单元142将阻塞信号160传输到第一跳闸单元136。
另外，传感器112测量流过跳闸机构114(例如，通过耦合到跳闸机构114的配电总线108)的电流。传感器112产生表示测量或检测到的流过跳闸机构114的电流的电流信号166，并且将电流信号166传输到跳闸单元110。跳闸单元110编程以基于电流信号166，通过将跳闸信号162传输到跳闸机构114来激活跳闸机构114，从而使跳闸机构114中断流过其中的电流，如上面描述的那样。
在操作期间，如果故障发生在第二电路保护装置128附近，例如，第二传感器144检测到流过配电总线108的电流(包括故障电流)的总量。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比较电流信号166所表示的电流的量与第二跳闸单元142的一个或多个预定电流阈值，诸如阻塞阈值。
如果检测的电流量超过阻塞阈值，则第二跳闸单元142将阻塞信号160传输到第一跳闸单元136。另外，如果检测的电流量超过保护阈值，则第二跳闸单元142发起跳闸时序，诸如无约束跳闸时序。相反，如果检测的电流量超过阻塞阈值但不超过保护阈值，则第二跳闸单元142禁止发起跳闸时序。在接收到阻塞信号160时，第一跳闸单元136切换以在约束操作模式中操作，并且使用后备阈值，或者以后备阈值操作。因此，第一跳闸单元136累计时间值，其中在达到约束时间阈值之前电流超过后备阈值。如果达到约束时间阈值，则第一跳闸单元136产生跳闸信号162。因此，在电流超过后备阈值之前，第一跳闸单元136不发起跳闸序列(在接收阻塞信号160之后)。
第一跳闸单元136和第三跳闸单元148与第二跳闸单元142类似地操作。因此，第一跳闸单元136和第三跳闸单元148比较检测的电流量与一个或多个预定电流阈值，诸如阻塞阈值、保护阈值和/或后备阈值。以与上面描述的类似的方式，如果超过保护阈值或后备阈值，则第一跳闸单元136和第三跳闸单元148发起跳闸时序，以及如果超过阻塞阈值，则产生阻塞信号160。如果超过阻塞阈值，则第一跳闸单元136和第三跳闸单元148将阻塞信号160传输到上游跳闸单元110(如果存在的话)。
图2和3示出可与跳闸单元110(在图1中显示)一起使用的示例性跳闸曲线200的图表。更特别地，图2示出在无约束模式中操作的跳闸单元110的跳闸曲线200的图表，而图3示出在约束模式中操作的跳闸单元110的跳闸曲线200的图表。如图2和3中显示的那样，关于测量的在时间204内流过跳闸机构114(在图1中显示)的电流202的量来限定跳闸曲线200。
在示例性实施例中，跳闸曲线200限定期望的和不期望的电流水平(即，测量的电流202)之间的一个或多个边界作为时间204的函数。边界包括限定在跳闸单元110的不同的操作点或区处的一个或多个电流阈值206。应当认识，每个阈值206示出为具有两个线或边界，其表示传感器112和/或电路保护装置102(在图1中显示)的其它组件的容差或误差界限。因此，每个阈值206可被看作为包括表示对正和负容差或误差界限的阈值206的影响的上边界和下边界。
在示例性实施例中，对每个跳闸曲线200限定多个区，诸如瞬时拾取区208、短时拾取区210和超载区212。另外，电流阈值206包括阻塞阈值214、保护(或无约束)阈值216，以及对诸如瞬时拾取区208的至少一个区限定或确定的后备(或约束)阈值218。阻塞阈值214、保护阈值216和后备阈值218由跳闸单元110(例如处理器116)确定，并且存储在跳闸单元110内(例如存储器118内)。
在示例性实施例中，跳闸单元110编程以在无约束模式和约束模式中操作。在无约束操作模式(在图2中显示)中，跳闸曲线200使得跳闸单元110能够在“正常”或无约束时间阈值超过之后跳闸。在约束操作模式(在图3中显示)中，跳闸曲线200使得跳闸单元110能够在延迟的或约束时间阈值超过之后跳闸。
保护阈值216和后备阈值218建立用于如果测量或检测的流过跳闸机构114的电流超过保护阈值216和/或后备阈值218则产生跳闸信号的边界。阻塞阈值214建立用于如果测量或检测的流过跳闸机构114的电流超过阻塞阈值214则产生阻塞信号的边界。跳闸信号被跳闸机构114接收，并且使跳闸机构114跳闸，或中断流过跳闸机构114的电流。阻塞信号传输到上游跳闸单元110，并且使上游跳闸单元110从无约束操作模式转换到约束操作模式，如本文更全面地描述的那样。
在示例性实施例中，阻塞阈值214设置成比保护阈值216小大约两倍于电路保护装置102的容差的值的值。在一个实施例中，电路保护装置102的容差为大约10%。因此，在这种实施例中，阻塞阈值214设置或编程成等于比保护阈值216小大约20%的电流幅度。另外，后备阈值218设置成比保护阈值216高大约两倍于电路保护装置102的容差的值的值。因此，在其中电路保护装置102的容差为大约10%的实施例中，后备阈值218设置或编程成等于比保护阈值216高大约20%的电流幅度。例如，如果保护阈值216设置成大约2000安(A)的值，则阻塞阈值214设置成大约1600A的值，而后备阈值218设置成大约2400A的值。备选地，阻塞阈值214设置成小于保护阈值216的任何适当的值，和/或后备阈值218设置成高于保护阈值216的任何适当的值。在示例性实施例中，保护阈值216的值由用户输入和/或设置。处理器116基于输入值，将阻塞阈值214和后备阈值218自动地确定和设置成(例如)上面描述的值。因此，跳闸单元110的处理器116确定保护阈值216(基于用户输入的值)以及阻塞阈值214和后备阈值218。备选地，用户可将阻塞阈值214设置成低于保护阈值216的值，和/或可将后备阈值218设置成高于保护阈值216的值。
图4是另一个示例性配电系统300的示意性框图。在示例性实施例中，配电系统300包括多个电路保护装置102，其以与上面关于图1所描述的类似的方式，布置在包括多个等级122的分级中。配电系统300包括耦合到每个电路保护装置102的中央控制器302，以控制电路保护装置102的操作。在其它方面，除非另有规定，配电系统300基本类似于配电系统100(在图1中显示)，而且类似的组件在图4中标有与图1中使用的相同的参考标号。
中央控制器302包括处理器304和耦合到处理器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。例如，中央控制器302包括中央通信单元310，中央通信单元310使得能够通过网络308来在处理器304和电路保护装置102之间传输和接收数据和/或命令。在示例性实施例中，中央通信单元310耦合到每个跳闸单元110内的本地通信装置312并且与其通信。
在示例性实施例中，网络308是国际电工技术委员会(IEC)61850、网络通信总线、以太网或基于过程现场总线的网络。备选地，网络308可包括基于点对点拓扑、总线拓扑或使得配电系统300能够如本文描述的那样工作的任何其它拓扑的任何适当的网络。
应当理解，术语“处理器”大体表示任何可编程系统，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，以及能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。以上示例仅是示例性的，并且因而决不意于限制术语“处理器”的定义和/或含义。
存储器306存储能够由处理器304执行的程序代码和指令，以控制和/或监测电路保护装置102。在示例性实施例中，存储器306基本类似于存储器118(在图1中显示)。
在示例性实施例中，电路保护装置102未耦合在一起，而且未编程有关联的跳闸单元110的电流阈值206。相反，中央控制器302编程有电路保护装置102的跳闸单元110的跳闸阈值206。因此，中央控制器302确定或编程有跳闸曲线200，包括每个电路保护装置102的阻塞阈值214、保护阈值216和后备阈值218。中央控制器302在网络308上接收来自每个电路保护装置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。另外，中央控制器302产生跳闸信号162，并且在网络308上将跳闸信号162传输到电路保护装置102，以在测量的电流超过合适的阈值206(例如，保护阈值216或后备阈值218)达合适的时间量(例如，无约束时间阈值或约束时间阈值)时，以与上面描述的类似的方式激活跳闸机构114。
在示例性实施例中，以及与图1中描述的配电系统100相反，阻塞信号160未在电路保护装置102之间传输。相反，中央控制器302确定流过电路保护装置102的电流是否超过那个电路保护装置102的阈值206，并且因此切换上游和/或下游电路保护装置102的跳闸单元110。
例如，如果中央控制器302确定流过第二电路保护装置128的电流超过第二电路保护装置128的阻塞阈值214，则中央控制器302切换(第一电路保护装置124的)第一跳闸单元136，使其在具有约束时间阈值的约束操作模式中操作，并且将第一跳闸单元136的阈值206切换成后备阈值218。如果中央控制器302确定流过第一电路保护装置124的电流超过第一跳闸单元136的后备阈值218达超过约束时间阈值的时间，则中央控制器302将跳闸信号162传输到第一电路保护装置124。中央控制器302以类似的方式操作其它电路保护装置102，诸如第二电路保护装置128和第三电路保护装置132。
另外，如果诸如第二电路保护装置128的电路保护装置102尚未被中央控制器302切换到约束操作模式，则在确定电流超过保护阈值216达超过无约束时间阈值的时间时，中央控制器302将跳闸信号传输到第二电路保护装置128。在其它方面，中央控制器302以与跳闸单元110控制配电系统100的操作类似的方式来控制配电系统300的操作。
图5是操作诸如配电系统100(在图1中显示)或配电系统300(在图4中显示)的配电系统的示例性方法400的流程图。在示例性实施例中，方法400由每个跳闸单元110的处理器116执行。备选地，方法400由通信地耦合到跳闸单元110的中央处理器执行，诸如中央控制器302的处理器304。在示例性实施例中，多个计算机可执行指令嵌在计算机可读介质内，诸如存储器118(在图1中显示)或存储器306(在图4中显示)。当由处理器执行时，指令使处理器执行方法400的步骤，和/或如本文描述的那样工作。
在示例性实施例中，流过电路保护装置102(即，通过跳闸机构114)的电流例如由传感器112测量402，并且表示测量的电流(“电流测量”)的电流信号166传输到跳闸单元110。跳闸单元110在预定时期期间，诸如在配电系统100的基频的半个周期期间，记录或累计电流测量。备选地，跳闸单元110在其它适当的时期期间记录或累计电流测量。例如，可对瞬时跳闸算法使用较短的时期，和/或可对热跳闸算法使用较长的时期。跳闸单元110例如基于在预定时期期间累计的电流测量来确定403测量的电流是否超过跳闸单元110的阻塞阈值214(在图2中显示)。
如果确定403测量的电流超过阻塞阈值214，或者如果阻塞信号160接收404自下游电路保护装置102的跳闸单元110，则阻塞信号160传输405到上游电路保护装置102(如果存在的话)的跳闸单元110。相反，如果测量的电流不超过阻塞阈值214，以及如果未从下游电路保护装置102接收阻塞信号160，则电路保护装置102返回到测量402流过跳闸机构114的电流(即，电路保护装置102等待下一个电流测量)。
如果测量的电流超过阻塞阈值214，则电路保护装置102还确定406测量的电流是否超过保护阈值216。如果测量的电流不超过保护阈值216，则电路保护装置102返回到测量402流过跳闸机构114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确定407阻塞信号160是否接收自下游电路保护装置102，以确定是否使用无约束模式或约束模式来操作。例如，如果未接收到阻塞信号160，则电路保护装置102使用保护阈值216和无约束时间阈值来操作408。如果接收到阻塞信号160，则电路保护装置102使用后备阈值218和约束时间阈值来操作409。
电路保护装置102比较410测量的电流与选择的阈值206(即，保护阈值216或后备阈值218)。如果测量的电流超过选择的阈值206，则电路保护装置102进入411跳闸时序(例如，上面关于图1所描述的无约束跳闸时序或约束跳闸时序)。在跳闸时序期间，跳闸单元110累计测量的电流超过可应用的阈值206的时间值(诸如秒)。如果累计时间值超过时间阈值达选择的阈值(例如，无约束时间阈值或约束时间阈值)，则电路保护装置102确定412满足跳闸条件。跳闸单元110对耦合到跳闸单元110的跳闸机构114产生413跳闸信号162，以中断流过跳闸机构114的电流。
如果累计的时间值不超过选择的电流阈值206的时间阈值，则电路保护装置102返回到测量402流过跳闸机构114的电流。应当认识，由于接收402的每个电流测量可高于或低于选择的阈值206，而且可在任何时候从下游跳闸单元110接收阻塞信号160，所以方法400持续地执行，以确定跳闸单元110是否应以保护阈值216(和无约束时间阈值)操作，或以后备阈值218(和约束时间阈值)操作。
本文描述的方法和系统的技术效果可包括下者中的一个或多个：(a)测量流过第二电路保护装置的电流；(b)通过处理器来确定电流是否超过第一电流阈值和第二电流阈值中的一个，其中，第二电流阈值小于第一电流阈值；(c)在确定流过第二电路保护装置的电流超过第一电流阈值时，通过处理器来激活跳闸机构；以及(d)在确定电流超过第三电流阈值时，通过处理器来将阻塞信号传输到第一电路保护装置，其中，第三电流阈值小于第二电流阈值。
在上面详细描述了配电系统和操作配电系统的方法的示例性实施例。系统和方法不限于本文描述的特定实施例，而是相反，系统的组件和/或方法的操作可单独地使用，以及与本文描述的其它组件和/或操作分开来使用。另外，也可与其它系统、方法和/或装置结合起来限定或使用描述的组件和/或操作，而且不限于仅用本文描述的电力系统来实践它们。
本文示出和描述的本发明的实施例的执行顺序或操作性能不是必需的，除非另有规定。也就是说，操作可按任何顺序进行，除非另有规定，而且与本文公开的那些相比，本发明的实施例可包括额外的或更少的操作。例如，构想到在另一个操作之前、同时或之后执行或进行特定操作都在本发明的方面的范围内。
虽然可在一些图中显示本发明的各种实施例的特定特征，而在其它图中不显示，但这仅是为了方便。根据本发明的原理，可结合任何其它图的任何特征来引用和/或声明图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及进行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种配电系统，包括：
第一电路保护装置；以及
第二电路保护装置，其在所述第一电路保护装置的下游耦合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，其配置成中断流过所述第二电路保护装置的电流；以及
跳闸单元，其操作性地耦合到所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：
对所述第二电路保护装置，确定保护阈值、小于所述保护阈值的阻塞阈值，以及高于所述保护阈值的后备阈值；
基于确定流过所述第二电路保护装置的电流超过所述保护阈值来激活所述跳闸机构；以及
在确定所述电流超过所述阻塞阈值时，将第一阻塞信号传输到所述第一电路保护装置。
2.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述跳闸单元进一步配置成在确定第二阻塞信号已经由所述第二电路保护装置接收时，基于所述后备阈值而非所述保护阈值，来激活所述跳闸机构。
3.根据权利要求2所述的配电系统，进一步包括耦合在所述第二电路保护装置下游的第三电路保护装置，其中，所述第二电路保护装置配置成接收来自所述第三电路保护装置的所述第二阻塞信号。
4.根据权利要求3所述的配电系统，其中，所述跳闸单元配置成对所述第二电路保护装置来确定约束时间阈值，所述第二电路保护装置配置成在约束操作模式中操作，其中在确定所述电流超过所述后备阈值达超过所述约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号。
5.根据权利要求4所述的配电系统，其中，所述跳闸单元配置成对所述第二电路保护装置来确定小于所述约束时间阈值的无约束时间阈值，所述第二电路保护装置配置成在无约束操作模式中操作，其中在确定所述电流超过所述保护阈值达超过所述无约束时间阈值的时间时，产生跳闸信号。
6.根据权利要求5所述的配电系统，其中，所述第二电路保护装置响应于接收所述第二阻塞信号而能够从所述无约束操作模式切换到所述约束操作模式。
7.根据权利要求1所述的配电系统，其中，在确定所述电流超过所述保护阈值但不超过所述后备阈值时，所述跳闸单元进一步配置成在确定第二阻塞信号已经被所述第二电路保护装置接收时，禁止激活所述跳闸机构。
8.一种配电系统，包括：
第一电路保护装置；
第二电路保护装置，其在所述第一电路保护装置的下游耦合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；以及
控制器，其耦合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：
对所述第一电路保护装置，确定第一阻塞阈值、第一保护阈值和第一后备阈值中的至少两个，其中，所述第一阻塞阈值小于所述第一保护阈值，而所述第一保护阈值小于所述第一后备阈值；
对所述第二电路保护装置，确定第二阻塞阈值、第二保护阈值和第二后备阈值，其中，所述第二阻塞阈值小于所述第二保护阈值，而所述第二保护阈值小于所述第二后备阈值；
接收表示流过所述第二电路保护装置的电流的量的电流测量；
基于确定所述电流测量超过所述第二保护阈值达预定的时间量，来激活所述跳闸机构；以及
在确定所述电流测量超过所述第二阻塞阈值时，将所述第一电路保护装置从无约束操作模式切换到约束操作模式。
9.根据权利要求8所述的配电系统，其中，所述控制器确定所述第二电路保护装置的约束时间阈值，所述控制器进一步配置成在确定所述第二电路保护装置在所述约束操作模式中操作时，以及在确定所述电流测量超过所述第二后备阈值达超过所述约束时间阈值的时间时，将跳闸信号传输到所述第二电路保护装置。
10.根据权利要求8所述的配电系统，其中，所述控制器确定所述第二电路保护装置的无约束时间阈值，所述控制器进一步配置成在确定所述第二电路保护装置在所述无约束操作模式中操作时，以及在确定所述电流测量超过所述第二保护阈值达超过所述无约束时间阈值的时间时，将跳闸信号传输到所述第二电路保护装置。
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