CN105207189A - 用于提供电弧闪光缓解的方法、系统和设备 - Google Patents

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CN105207189A CN201510347229.7A CN201510347229A CN105207189A CN 105207189 A CN105207189 A CN 105207189A CN 201510347229 A CN201510347229 A CN 201510347229A CN 105207189 A CN105207189 A CN 105207189A
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Abstract

本申请题为用于提供电弧闪光缓解的方法、系统和设备。提供了一种电力设备保护系统。电力设备保护系统包括被配置成监视第一电路的第一跳闸单元、被配置成监视在所述第一电路下游的第二电路的第二跳闸单元、被配置成检测电弧闪光的电弧闪光(AF)传感器、AF缓解装置、至少一个电流传感器和控制器。电力设备保护系统能够操作于第一模式和第二模式，其中在第一模式，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置，并且其中，在所述第二模式，所述控制器被配置成基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。

Description

用于提供电弧闪光缓解的方法、系统和设备
技术领域
本文中描述的实施例一般涉及电弧闪光检测和缓解的系统和方法，并且更具体地涉及提供连续保护并且促进降低错误检测的电弧闪光检测和缓解系统。
背景技术
至少一些已知的电力分配电路(诸如开关柜单元)具有由诸如空气或气体或固态介电质的绝缘隔离的导体。然而，如果导体位置过于靠近，或者如果导体之间的电压超过导体之间的绝缘的绝缘性质，可能出现电弧闪光。例如，导体之间的绝缘可能电离化，这使绝缘导电，能够形成电弧闪光。
电弧闪光包括由于两相导体之间、一相导体和中性导体之间和/或一相导体和接地点之间的故障造成的能量的快速释放。电弧闪光可能以热、强光、压力波和/或声波的形式释放大量的足以损坏导体和相邻设备的能量。更具体地，电弧闪光温度可能达到或超过20,000℃，使导体和相邻的设备汽化。为了缓解在电弧闪光中造成的损坏，已知的电弧闪光缓解装置产生使电弧闪光能量消失的可控短路。然而，已知的电弧闪光缓解装置会在跳闸(也称作接合)之后明显中断电力分配电路的服务。例如，电力分配电路可能被中断，直到技术员手动检查、修理和/或复位系统。相应地，“意外跳闸(nuisancetrips)”(即由错误地检测电弧闪光引起的跳闸)对电力分配电路的操作员强加大量的代价。
特别是，一些已知的电弧闪光缓解装置被设计成基于指示出现电弧闪光的测量电流而接合。然而，产生电弧闪光的故障的电流水平可能小于短路的电流水平，使得在一些标准的短路期间检测到电弧闪光。此外，标准的断路器可能不能够在电弧闪光缓解系统接合之前清除短路，中断了电力分配电路的服务。相应地，已知的基于电流的电弧闪光缓解装置可能在错误地检测电弧闪光之后中断服务，而电弧闪光可能是使用标准断路器可恢复的。
其它一些已知的电弧闪光缓解系统使用光传感器来检测电弧闪光过程中发射的光的存在。然而，这种传感器通常对低的光水平敏感，以致也检测非电弧闪光的光并触发电弧闪光缓解装置的“意外跳闸”。例如，典型的电弧闪光事件可能在距离电弧闪光事件三到四英尺的距离处产生量级在100,000勒克司的光通量的光，而已知的光传感器通常在700或更低勒克司饱和。在跳闸期间由断路器发出的光通过空间照明或通过直射阳光可能引起光传感器错误地检测到电弧闪光事件。
由于与“意外跳闸”关联的成本，许多已知的电弧闪光缓解装置只是在特定的时段操作，例如在技术员操作电力分配电路时。因此，需要能够连续操作、可靠地检测电弧闪光事件来缓解意外跳闸并且快速操作以促进预防对技术员和设备造成伤害的电弧闪光检测系统。
发明内容
在一方面，提供了一种电力设备保护系统。所述电力设备保护系统包括：第一跳闸单元，所述第一跳闸单元被配置成监视第一电路；第二跳闸单元，所述第二跳闸单元被配置成监视在所述第一电路下游的第二电路；电弧闪光(AF)传感器，所述电弧闪光传感器被配置成检测电弧闪光；AF缓解装置；至少一个电流传感器，以及控制器，所述控制器耦连到所述AF传感器和所述至少一个电流传感器。所述电力设备保护系统可操作于第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置，并且，在所述第二模式，所述控制器被配置成基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
在另一方面，提供了一种用于电力设备保护系统的控制器，所述电力设备保护系统包括被配置成监视第一电路的第一跳闸单元、被配置成监视在所述第一电路下游的第二电路的第二跳闸单元、至少一个电流传感器和被配置成检测电弧闪光的电弧闪光(AF)传感器。所述控制器被配置成耦连到AF缓解装置；以及操作于第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式中，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置，并且其中，在所述第二模式，所述控制器被配置成基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
优选地，在所述第一模式，所述控制器被配置成：从耦连于所述AF传感器和所述控制器之间的AF继电器接收激活信号；以及朝所述AF缓解装置发送所述激活信号。并且，所述控制器被配置成当所述AF传感器检测到电弧闪光并且所述第一电路中出现故障时，从所述AF继电器接收激活信号。
优选地，在所述第二模式，所述控制器被配置成：从所述至少一个电流传感器接收电流测量值；以及当所述电流测量值超过预定电流阈值时，激活所述AF缓解装置。
优选地，所述控制器被配置成基于在输入装置处接收的输入在所述第一模式和所述第二模式之间切换。在又一方面，提供了一种用于保护电力设备的方法。所述方法包括：使用第一跳闸单元监视第一电路；使用第二跳闸单元监视在所述第一电路下游的第二电路；使用至少一个电流传感器测量电流；使用电弧闪光(AF)传感器检测电弧闪光；以及使用耦连到所述AF传感器的控制器激活AF缓解装置。激活所述AF缓解装置包括：当所述控制器操作于第一模式时，基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置；以及当所述控制器操作于第二模式时，基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
优选地，该方法还包括：当所述控制器操作于第一模式时，激活所述AF缓解装置包括：当故障的位置在所述第二电路时，由在所述第二跳闸单元和附加硬件装置之一上实现的ZSI功能输出阻止信号；以及当所述故障在预定的时间段之后仍存在或所述故障的位置在所述第一电路时，从所述ZSI功能输出使能信号。当所述ZSI功能输出阻止信号时，打开耦连于所述控制器和所述AF缓解装置之间的开关；以及当所述ZSI功能输出使能信号时，闭合所述开关。
优选地，该方法还包括：当所述ZSI功能输出阻止信号时，抑制AF继电器向所述控制器发送激活信号，其中，所述AF继电器耦连于所述AF传感器和所述控制器之间；以及当所述ZSI功能输出使能信号时，允许所述AF继电器向所述控制器发送激活信号。
优选地，该方法还包括：当所述控制器操作于第二模式时，激活所述AF缓解装置包括：从所述至少一个电流传感器接收电流测量值；以及当所述电流测量值超过预定的电流阈值时，激活所述AF缓解装置。
优选地，该方法还包括：当所述控制器操作于第一模式时，激活所述AF缓解装置包括基于由所述AF传感器、所述至少一个电流传感器和至少一个电压传感器生成的信号激活所述AF缓解装置。
以及，该方法还包括在耦连到所述控制器的输入装置上接收控制所述控制器是否操作于所述第一模式或所述第二模式的输入。
附图说明
图1是示例性电力系统的示意框图。
图2是可以用于图1中所示的电力系统的示例性配电系统的示意框图。
图3是可以用于图1中所示的电力系统的示例性设备保护系统的示意图。
图4是可以用于图1中所示的电力系统的替代设备保护系统的示意图。
图5是使用如图3和4中所示的区域选择互锁(ZSI)模块保护电力设备的示例性方法的流程图。
图6是图解说明使用图3中所示的设备保护系统保护电力设备的示例性方法的流程图。
图7是图解说明使用图4中所示的设备保护系统保护电力设备的替代性方法的流程图。
具体实施方式
本文中描述了用于保护配电设备或其它电力设备不受电弧闪光影响的系统、方法和设备的示例性实施例。这些实施例通过使用在跳闸单元或另一硬件装置中实现的区域选择互锁功能阻止电弧闪光缓解装置的激活，促进降低意外闪光。更具体地，这些实施例能够使出现在馈电线路中的非电弧故障或远程电弧故障(诸如短路)使用断路器正常处理，而受保护设备内的也称作电弧闪光事件的电弧故障由电弧闪光缓解装置处理。如本文中使用的非电弧故障是分配系统中出现的不需要转移电弧闪光能量的故障(即不是受保护设备内的电弧故障)。确切地说，非电弧故障一般可以通过使断路器跳闸来被消除。这些实施例还促进在第一模式设备保护系统的连续操作，第一模式使用区域选择互锁(ZSI)功能促进降低意外跳闸。选择性激活第二模式，第二模式促进例如在维护期间高速的电弧闪光缓解。为了提高电弧闪光检测，在受保护区中提供基于光、声音和/或压力的检测系统以确定故障何时与电弧闪光关联。这些实施例能够可靠检测电弧闪光，同时降低可能由已知的基于电流和基于光的检测系统引起的意外跳闸。
图1是示例性电力系统100的示意框图，电力系统100包括设备保护系统102和分配系统104。在示例性实施例中，分配系统104包括至少一个开关柜单元106。开关柜单元106被配置成向至少一个电力负载(图1中未显示)提供电力。保护系统102包括中央控制器108，中央控制器108包括处理器110和耦连到处理器110的存储区112。处理器110控制和/或监视开关柜单元106的操作。在一个实施例中，处理器110控制和/或监视多个开关柜单元106。
应当理解，词语“处理器”通常指任何可编程系统，包括系统和微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路和能够执行本文中描述的功能的任何其它电路或处理器。上述示例只是示例性的，因此不旨在以任何方式限制词语“处理器”的定义和/或意义。
而且，存储区112存储可由处理器110执行的程序代码和指令以控制和/或监视开关柜单元106。存储区112可以包括一种或超过一种形式的存储器。例如，存储区112可以包括随机存取存储器(RAM)，随机存取存储器可包括非易失性RAM(NVRAM)、磁RAM(MRAM)、铁电RAM(FeRAM)和其它形式的存储器。存储区112还可以包括只读存储器(ROM)、闪存和/或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。任何其它适当的磁、光和/或半导体存储器自身或与其它形式的存储器结合，可以包括于存储区112中。存储区112还可以是或者包括可拆除或移动存储器，包括但不限于适当的磁带盒、磁盘、CDROM、DVD或USB存储器。
而且，在图1的示例性实施例中，保护系统102包括显示装置114和输入装置116，它们提供用于监视和控制分配系统104和保护系统102的用户界面。显示装置114可以包括但不限于监视器、电视显示器、等离子体显示器、液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、基于多个有机发光二极管(OLED)的显示器、基于聚合物发光二极管(PLED)的显示器、基于多个表面导电电子发射器(SED)的显示器、包括投射和/或反射图像的显示器或任何其它适当的电子装置或显示机构。在一个实施例中，显示装置114包括具有关联的触摸屏控制器的触摸屏。显示装置114可以是任何适当的配置，诸如正方形、矩形或细长矩形。在示例性实施例中，用户输入装置116使用户能够选择性控制与设备保护系统102关联的操作模式。例如，输入装置116可以是控制设备保护系统102是操作于第一模式还是第二模式的开关。具体地，输入装置116控制控制器108是在第一或连续模式或者是在第二或维护模式。
同样，在示例性实施例中，保护系统102包括通信耦连到控制器108的电弧闪光(AF)继电器118。AF继电器118包括ZSI输入端120、AF检测端122和激活端124。ZSI输入端120通信耦连到ZSI功能126。ZSI功能126如本文中描述的在跳闸单元或另一硬件装置上实现。更具体地，ZSI输入端120被配置成接收代表断路器和/或跳闸单元的状态的信号。AF检测端122与开关柜106内的AF传感器(图1中未显示)通信耦连。AF检测端122被配置成接收指示AF传感器检测到电弧闪光的信号。激活端124通信耦连到控制器108，并被配置成当检测到电弧闪光时将激活信号从AF继电器118发送到控制器108。
而且，保护系统102包括通信耦连到控制器108的AF缓解装置128。在一个实施例中，AF缓解装置128可以是电弧抑制装置，其在自抑制设备内发起二次电弧，以转移出现在分配系统104内的故障点的第一电弧(诸如电弧闪光)的能量。替代性地，AF缓解装置128可以是撬棍(crowbar)装置，其将分配系统104内的故障点的能量转移到螺栓式故障(boltedfault)。在示例性实施例中，AF缓解装置128和/或控制器108耦连到电压和电流传感器(图1中未显示)，以促进保护系统102的操作，这将在下文详细描述。
图2是配电系统104的示意框图。在示例性实施例中，配电系统104包括第一区130和第二区132。第一区130包括耦连到主断路器136的主电力馈电134，主断路器136由主跳闸单元138驱动。第二区132包括耦连到多个馈线断路器142的多个馈电线路140，多个馈线断路器142由相应的馈线跳闸单元144驱动。在一个实施例中，第二区132由开关柜单元106限定，每个馈线断路器142可拆卸地耦连于开关柜单元106内，例如在多个小室中。每个馈线断路器142被配置成通过相应的馈电线路140控制电力分配给一个或多个负载146。负载146可以包括但不限于只包括机器、电动机、照明和/或与制造、发电或配电设施有关的电机设备。运行中，电力通过主电力馈电134提供到第一区130。电力然后被划分并分配到第二区132中的多个馈电线路140以驱动负载146。
在示例性实施例中，主跳闸单元138和馈线跳闸单元144通信耦连到AF继电器118。例如，主跳闸单元138和馈线跳闸单元144可以通过ZSI功能126直接耦连以与AF继电器118通信。为了清楚，在图2中，只示出了一个馈线跳闸单元144和ZSI功能126之间的连接。替代性地，主跳闸单元138和馈线跳闸单元144可以耦连以直接与AF继电器118通信。在这些实施例中，ZSI功能126实现于馈线跳闸单元144内。而且，主跳闸单元138和馈线跳闸单元144以及AF继电器118之间的通信可以通过硬接线链路或通过无线通信链路提供。如本文中描述的，ZSI功能126基于故障的位置向AF继电器118发送信号。在示例性实施例中，ZSI功能126实现于跳闸单元144内。替代性地，ZSI功能126可以实现于其它硬件装置中，包括单独的ZSI模块。
运行中，主跳闸单元138采集与主电力馈电134和主断路器136有关的运行数据，包括但不限于通过主电力馈电134中的导体的电流水平、主断路器136的故障检测状态和/或主断路器136的打开/闭合状态。类似地，馈线跳闸单元144可以收集与馈电线路140和馈线断路器142有关的运行数据，包括但不限于通过馈电线路140的相应导体的电流水平、馈线断路器142的故障检测状态和/或馈线断路器142的打开/闭合状态。在一些实施例中，馈线跳闸单元144和/或主跳闸单元138以预定的频率周期性地接收运行数据。而且，在一些实施例中，馈线跳闸单元144和/或主跳闸单元138包括存储区(未显示)，存储区能够存储预定时段的运行数据。
在示例性实施例中，运行数据被传送到ZSI功能126，ZSI功能126选择性控制主跳闸单元138和馈线跳闸单元144分别接合主断路器136和馈线断路器142的时间。更具体地，ZSI功能126接收主断路器136和馈线断路器142的运行数据。当至少跳闸单元138或144指示已经出现故障时，跳闸单元138或144确定在跳闸单元138或144的直接下游的是否也检测到故障。例如，如果主跳闸单元138检测到故障，每个馈线跳闸单元144被询问以确定是否在第二区132中检测到故障。如果下游的跳闸单元(例如馈线跳闸单元144)检测到故障，则上游的跳闸单元(例如主跳闸单元138)延迟跳闸，以确保相应的馈线断路器142有足够的时间来中断故障。如果下游的跳闸单元(例如馈线跳闸单元144)没有检测到故障，则上游的跳闸单元(例如主要跳闸单元138)接合上游的断路器(例如主断路器136)。ZSI功能126还被配置成向AF继电器118发送指示至少一个断路器142的状态的ZSI信号。ZSI信号是阻止信号和控制AF缓解装置128的激活的使能信号(例如没有阻止信号)中的至少一个。控制器108还可以控制跳闸单元138、144和/或断路器136、142的运行，并且可以通过跳闸单元138、144间接地或者直接地耦连到断路器136、142。尽管在示例性实施例中，描述了主电力馈电和馈电线路，但本文中描述的系统和方法可以在包括第一电路和在第一电路下游的第二电路的任何架构中实现。
图3是用于电力系统100的示例性设备保护系统102的示意框图。在示例性实施例中，设备保护系统102包括与AF缓解装置128通信耦连的控制器108。设备保护系统102还包括耦连到控制器108的AF继电器118。AF继电器118还耦连到ZSI功能126和多个AF传感器148。AF传感器148可以是不限制于位于开关柜单元106内的光、压力和/或声音传感器(图1中显示)。设备保护系统102还包括通信耦连到ZSI功能126的主跳闸单元138和馈线跳闸单元144。如上文指示的，尽管ZSI功能126在图3中显示为单独的模块，但在一些实施例中，ZSI功能126实现于馈线跳闸单元144中。
运行中，主跳闸单元138和多个馈线跳闸单元144之一中的至少一个检测电路中的过流条件或故障150。例如，馈线跳闸单元144检测馈电线路140中的故障150。替代性地，主跳闸单元138检测馈电线路140和/或主电力馈电134中的故障150。ZSI功能126确定故障150是出现在馈电线路140中还是主电力馈电134中。ZSI功能126然后基于故障位置向AF继电器118发送阻止和使能信号中的一个。基于故障位置，检测到故障的最远的下游跳闸单元138或144接合其相应的断路器136或142。例如，如果故障150出现在馈电线路140中，则馈线断路器142跳闸。然而，如果故障150出现在主电力馈电134中，则主断路器136跳闸。当ZSI功能126识别故障150在馈电线路140中，则ZSI功能126向AF继电器118发送阻止信号。替代性地，当故障150出现在主电力馈电134中，ZSI功能126不向AF继电器118发送阻止信号，这则可以认为是使能信号(即仅仅是不存在阻止信号)。如果在预定的阈值时间段(例如100毫秒)之后馈电线路140中的故障没有被清除，则ZSI功能126还停止向AF继电器118发送阻止信号。
AF继电器118部分基于从AF传感器148接收的检测信号和从ZSI功能126接收的ZSI信号确定故障150是否是设备内的电弧闪光。更具体地，在一个实施例中，当至少一个AF传感器148检测电弧闪光，并且ZSI功能126在向AF继电器118发送使能信号(即不发送阻止信号)时，AF继电器118确定故障150是电弧闪光。当确定故障150为电弧闪光时，AF继电器118向控制器108提供激活信号以激活AF缓解装置128。
值得注意，在一些情况下，在阻止信号从ZSI功能126发送到AF继电器118之前，AF继电器118可能已经发送激活信号。例如，如果出现电弧闪光，并且AF传感器148在馈线跳闸单元144检测到故障之前检测到光，则AF继电器118会在ZSI功能126有机会基于由馈线跳闸单元144检测到故障有机会发送阻止信号之前，发送激活信号。另一方面，AF传感器148检测例如来自响应于之前由馈线跳闸单元144检测的故障而打开的馈线断路器142的光，阻止信号会在AF继电器118试图发送激活信号之前到达AF继电器118。
当在第一或连续运行模式中，控制器108接收激活信号。控制器108还接收来自通信耦连到控制器108的至少一个电流传感器170的电流测量值，并接收来自通信耦连到控制器108的至少一个电压传感器172的电压测量值。在示例性实施例中，如果电流测量值超过预定的指示有电弧闪光的电流阈值，并且电压测量值超过指示有电弧闪光的预定的电压阈值，则一旦从AF继电器118接收激活信号，控制器108向AF缓解装置128发送激活信号，激活AF缓解装置128，并耗散与电弧闪光关联的能量。例如，AF缓解装置128可以使得电弧抑制装置中的等离子枪开火，以便创建使能量的电弧闪光缺失的可控故障。如果电流测量值不超过预定的电流阈值，或者电压测量值不超过预定的电压阈值，则控制器108不向AF缓解装置128发送激活信号。相应地，在示例性实施例中，将电流和电压测量值与相应的阈值进行比较。替代性地，在一些实施例中(例如在AF缓解装置128是撬棍的实施例中或在希望在任何各类的故障时运行保护装置的情况下)，在确定是否激活AF缓解装置128时，控制器108将电流测量值与电流阈值比较，但不将电压测量值与电压阈值比较。
当在第二或维护运行模式中，控制器108从至少一个电流传感器170和至少一个电压传感器172接收电流测量值和电压测量值。在这个实施例中，当电流测量值超过预定的电流阈值并且电压测量值超过预定的电压阈值时，控制器108激活AF缓解装置128(即通过发送激活信号)。具体地，控制器108可以不依赖从AF继电器118接收的信号，激活AF缓解装置128。而且，在第二模式中，如果控制器108从AF继电器118接收激活信号，则控制器108还可以不依赖电流测量值激活AF缓解装置128。第一模式优先考虑系统可靠性，第二模式优先考虑安全性。替代性地，在一些实施例中，在第二运行模式中，控制器108只基于电流测量值是否超过预定的电流阈值来激活AF缓解装置128，而不考虑电压测量值。
图4是设备保护系统102的替代性实施例152的示意框图。设备保护系统152包括与设备保护系统102中包括的那些组件(图3中显示)相同的组件。相同的组件标以相同的附图标记。在图4中所示的实施例中，设备保护系统152包括通过开关154与AF缓解装置128通信耦连的控制器108。开关154通信耦连到ZSI功能126，并选择性控制控制器108和AF缓解装置128之间的通信。设备保护系统152还包括耦连到控制器108的AF继电器118。AF继电器118耦连到检测电弧闪光的多个AF传感器148。AF传感器148不限制于位于开关柜单元106内的光、压力和/或声音传感器。设备保护系统152还包括通信耦连到ZSI功能126和/或控制器108的主跳闸单元138和馈线跳闸单元144。
运行中，主跳闸单元138和多个馈线跳闸单元144之一中的至少一个检测故障150。例如，馈线跳闸单元144之一检测馈电线路140中的故障150。替代性地，主跳闸单元138检测馈电线路140和/或主电力馈电134中的故障150。ZSI功能126确定故障150是出现在馈电线路140中还是主电力馈电134中。ZSI功能126然后基于故障位置向AF继电器118发送阻止和使能信号中的一个。基于故障位置，检测到故障的最远的下游跳闸单元138或144接合其相应的断路器136或142。例如，如果故障150出现在馈电线路140中，则馈线断路器跳闸。然而，如果故障150出现在主电力馈电134中，则主断路器136跳闸。ZSI功能126还基于故障150的位置向开关154发送阻止和使能信号中的一个。具体地，当ZSI功能126识别故障150在馈电线路140中时，ZSI功能126向开关154发送阻止信号。开关154响应于阻止信号打开，使得控制器108和AF缓解装置128不进行通信。替代性地，当故障150出现在主电力馈电134中时，ZSI功能126向开关154发送使能信号(这可以只是没有阻止信号)。开关154响应于使能信号闭合，使得控制器108与AF缓解装置128可通信地联接。如果故障150在预定的阈值时间段(例如100毫秒)之后不被清除，ZSI功能126还停止向开关154发送阻止信号。
AF继电器118从AF传感器148接收指示检测到与电弧闪光关联的光、声音和/或压力的检测信号。当AF继电器118从至少一个AF传感器148接收指示电弧闪光的检测信号时，AF继电器118向控制器108提供激活信号，以激活AF缓解装置128。
在第一或连续运行模式，控制器108从AF继电器118接收激活信号，如果来自至少一个电流传感器170的电流测量值大于预定的电流阈值，并且来自至少一个电压传感器172的电压测量值超过预定的电压阈值，控制器108试图向AF缓解装置128发送激活信号。如果开关154闭合(即检测到主电力馈电故障或ZSI超时)，AF缓解装置128接收激活信号，激活并耗散与电弧闪光关联的能量。例如，AF缓解装置128使得电弧抑制装置中的等离子枪开火，以便创建使能量的电弧闪光缺失的可控故障。如果开关154打开(即故障150在馈电线路140中)，AF缓解装置128直到ZSI确定断路器142不能够清除故障150才被激活。而且，如果电流测量值不超过预定的电流阈值，或者电压测量值不超过预定的电压阈值，控制器108不试图向AF缓解装置128发送激活信号。相应地，在示例性实施例中，将电流和电压测量值都与相应的阈值进行比较。替代性地，在一些实施例中(例如在AF缓解装置128是撬棍的实施例中)，在确定是否激活AF缓解装置128时，控制器108将电流测量值与电流阈值比较，但不将电压测量值与电压阈值比较。
在第二或维护运行模式，控制器108还接收来自至少一个电流传感器170的电流测量值和来自至少一个电压传感器172的电压测量值。在这个实施例中，当电流测量值超过预定的电流阈值并且电压测量值超过预定的电压阈值，指示有电弧闪光时，控制器108激活AF缓解装置128(即通过发送激活信号)。特别地，控制器108可以不依赖从AF继电器118接收的信号激活AF缓解装置128。在第二模式中，控制器108还可以禁止ZSI功能126，使得开关154总是闭合。而且，在第二模式中，如果控制器108接收来自AF继电器118的激活信号，控制器108还可以不依赖电流测量值激活AF缓解装置128。第一模式优先考虑系统可靠性，第二模式优先考虑安全性。替代性地，在一些实施例中，在第二运行模式，控制器108只基于电流测量值是否超过预定的电流阈值来激活AF缓解装置128，而不考虑电压测量值。
图5是图解说明使用ZSI功能126保护电力设备，诸如开关柜106(图1和2中显示)的示例性方法的流程图200。参照图2和3，在示例性实施例中，ZSI功能126例如接收202指示在第一区130或第二区132出现故障(诸如故障150)的信号。如果由多个馈线跳闸单元144之一检测到故障150，并且在馈电线路中出现204，离故障150最靠近的上游馈线断路器142被接合206。而且，启动208定时器，ZSI功能126向控制器108和AF继电器118中的至少一个发送210阻止信号。ZSI功能126然后确定212馈线断路器142是否清除故障150。
如果已经清除故障，过程流结束。否则，应当已经从ZSI功能接收阻止信号的下一上游断路器136倒计时足够的延迟，以允许下游装置清除故障。如果故障清除，则此下一上游断路器136作为备用角色快速运行以清除故障。替代性地，如果在主电力馈电134中出现204故障，接合216主断路器136，ZSI功能126向AF继电器118和开关154中的至少一个发送218使能信号。
图6是图解说明使用设备保护系统102保护电力设备，诸如开关柜106(图1和2中显示)不受电弧闪光影响的示例性方法的流程图300。参照图3，在示例性实施例中，控制器108确定302控制器108是运行于第一连续模式还是第二维护模式。在第一连续模式中，控制器108被配置成降低来自错误检测的意外触发。相应地，当控制器108在第一连续模式时，控制器108被配置成从AF继电器118接收304激活信号。激活信号基于来自AF传感器148的AF检测数据和来自ZSI功能126的ZSI数据。更具体地，在AF传感器148检测到指示电弧闪光的光，以及ZSI功能126确定馈线断路器142不能够清除故障时，控制器108接收304激活信号。一旦接收304激活信号，在示例性实施例中，如果控制器108确定305所测量的电流超过预定的电流阈值，并且所测量的电压超过预定的电压阈值(例如使用传感器170和172)，控制器108激活306AF缓解装置128以缓解电弧闪光。在其它实施例中，一旦接收304激活信号，如果控制器108确定305所测量的电流超过预定的电流阈值而不管所测量的电压为何值时，控制器108激活306AF缓解装置128。否则，过程流结束，AF缓解装置128不被激活。
替代性地，当控制器108运行于第二维护模式时，控制器108被配置成促进降低AF缓解装置128的激活时间。控制器108可以在例如技术员对开关柜106进行维护时运行于第二维护模式。相应地，当控制器108处于第二维护模式时，控制器108从例如至少一个电流传感器170和至少一个电压传感器172接收308电流和电压测量值。控制器108将电流和电压测量值与指示和电弧闪光事件关联的故障电流的预定的电流阈值和预定的电压阈值进行比较310。当电流测量值超过预定的电流阈值，并且电压测量值超过预定的电压阈值时，控制器108被配置成激活312AF缓解装置128。在替代性实施例中，控制器108被配置成当电流测量值超过预定的电流阈值激活312AF缓解装置128，而不考虑电压测量值。
图7是图解说明使用设备保护系统的152(图4中显示)保护电力设备，诸如开关柜106(图1和2中显示)不受电弧闪光影响的替代性方法的流程图400。参照图4，在替代性实施例中，控制器108确定402控制器108是运行于第一连续模式还是第二维护模式。当运行于第一连续模式时，控制器108被配置成降低来自错误检测的意外触发。相应地，当控制器108在第一连续模式时，控制器108被配置成从AF继电器118接收404激活信号。激活信号基于来自AF传感器148的AF检测数据。更具体地，在AF传感器148检测到指示电弧闪光的光时，控制器108接收404激活信号。一旦接收404激活信号，如果控制器108确定405所测量的电流超过预定的电流阈值，并且所测量的电压超过预定的电压阈值(例如使用传感器170和172)，控制器108向AF缓解装置128发送406激活信号。在其它实施例中，一旦接收404激活信号，如果控制器108确定405所测量的电流超过预定的电流阈值，而不管所测量电压为何值，控制器向AF缓解装置128发送406激活信号。
而且，如上文描述的，ZSI功能126在块408控制开关154是闭合还是打开。如果开关154没有闭合(即打开)，则激活信号不会到达AF缓解装置128，过程流结束。如果开关154闭合，激活信号到达AF缓解装置128，激活410AF缓解装置128。否则，过程流结束，AF缓解装置128不被激活。
替代性地，当控制器108运行于第二维护模式时，控制器108被配置成促进降低AF缓解装置128的激活时间。相应地，当控制器108在第二维护模式时，控制器108使412ZSI功能126无效。控制器108接收414电流测量值和电压测量值，并将电流测量值和电压测量值和指示与电弧闪光事件关联的故障电流的预定的电流阈值和预定的电压阈值比较416。当至少一个电流测量值超过预定的电流阈值，并且至少一个电压超过预定的电压阈值时，控制器108激活418AF缓解装置128。当电流和电压测量值不超过预定阈值时，流程返回接收414电流和电压测量值。在替代性实施例中，控制器108被配置成当电流测量值超过预定的电流阈值激活418AF缓解装置128，而不考虑电压测量值。
上面详细地描述了用来保护配电设备或其它电力设备的系统、方法和设备的示例性实施例。所述系统、方法和设备不局限于本文中描述的具体实施例，而是方法的操作和/或系统和/或设备的部件可以独立地并与本文中描述的其它操作和/或部件分开使用。进一步地，所描述的操作和/或部件也可以在其它系统、方法和/或设备中限定或与其它系统、方法和/或设备结合使用，不局限于只用本文中描述的系统、方法和存储介质来实施。
诸如本文中描述的那些控制器包括至少一个处理器或处理单元和系统存储器。控制器可以具有至少一些形式的计算机可读介质。作为示例而不是限制，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现的用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的易失性和非易失性、移动和不可移动介质。通信介质通常体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号(诸如载波或其它传输机制)中的其它数据，并包括任何信息传送介质。本领域技术人员都熟悉模块化的数据信号，模块化的数据信号的一个或多个特征以在信号中编码信息的方式设置或变化。上述的任何组合也包括于计算机可读介质的范围内。
尽管结合示例性电力设备环境描述了本申请，但本申请的实施例可用各种其它的通用或专用电力设备环境或配置操作。电力设备环境不旨在对本发明的任何方面的使用或功能范围做任何限制。而且，电力设备环境不应当解释为关于示例性操作环境中图示的组件中的任何一个或组合有任何依从关系或要求。
本申请的实施例可以在可由一个或多个计算机或其它装置执行的计算机可执行指令(诸如程序部件或模块)的通用背景下描述。本发明的各方面可以用任何数目和结构的部件或模块实现。例如，本申请的各方面不局限于在附图图示和本文中描述的特定的计算机可执行指令或特定的部件或模块。本申请的替代性实施例可以包括具有比本文中图示和描述的更多或更少功能的不同的计算机可执行指令或部件。
除了另外指出的之外，本文中图示和描述的系统和方法的实施例中的执行顺序或操作性能不是必要的。即，除了另外指出的之外，操作可以以任何顺序执行，本申请的实施例可以包括比本文中公开的那些更多或更少的操作。例如，在另一操作之前、与其同时或在其之后执行或进行具体的操作也认为在本申请的各方面的范围内。
在介绍本发明各方面的元件或其实施例时，冠词“一”和“所述”旨在表示存在一个或多个此元件。词语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的，表示除了所列元件之外可以有附加元件。
尽管在一些附图中显示了本发明的各个实施例的特定特征，而在其它附图中没有显示，但这只是出于方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。
本书面说明书使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，还使得任意本领域技术人员可实践本发明(包括制造和使用任意装置或系统和执行任意结合的方法)。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求书的文字语言并非不同的结构元件、或者如果这样的其他示例包括与权利要求书的文字语言具有非实质性区别的等同结构元件，则这样的其他示例意欲落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种电力设备保护系统，包括：
第一跳闸单元，所述第一跳闸单元被配置成监视第一电路；
第二跳闸单元，所述第二跳闸单元被配置成监视在所述第一电路下游的第二电路；
电弧闪光(AF)传感器，所述AF传感器被配置成检测电弧闪光；
电弧闪光(AF)缓解装置；
至少一个电流传感器，以及
控制器，所述控制器耦连到所述AF传感器和所述至少一个电流传感器，所述电力设备保护系统能够操作于第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置，并且其中，在所述第二模式，所述控制器被配置成基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
2.根据权利要求1所述的电力设备保护系统，还包括在所述第二跳闸单元和附加硬件装置之一上实现的区域选择互锁ZSI功能；
其中，在所述第一模式，所述ZSI功能被配置成：
当故障的确定位置在所述第二电路时，输出阻止信号；以及
当所述故障在预定的时间段之后仍存在或所述故障的确定位置在所述第一电路中时，输出使能信号。
3.根据权利要求2所述的电力设备保护系统，其特征在于，所述阻止信号能够操作以抑制AF继电器向所述控制器发送激活信号，并且其中，所述使能信号能够操作以允许所述AF继电器向所述控制器发送所述激活信号，其中，所述AF继电器耦连于所述AF传感器和所述控制器之间。
4.根据权利要求2所述的电力设备保护系统，还包括耦连于所述控制器和所述AF缓解装置之间的开关，其中，所述阻止信号能够操作以打开所述开关，并且其中，所述使能信号能够操作以关闭所述开关。
5.根据权利要求1所述的电力设备保护系统，其特征在于，在所述第二模式，所述控制器被配置成：
从所述至少一个电流传感器接收电流测量值；以及
当所述电流测量值超过预定的电流阈值时，激活所述AF缓解装置。
6.根据权利要求1所述的电力设备保护系统，还包括至少一个电压传感器，其中，在所述第一模式，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器、所述至少一个电流传感器和所述至少一个电压传感器生成的信号激活所述AF缓解装置。
7.根据权利要求1所述的电力设备保护系统，其特征在于，还包括输入装置，所述输入装置被配置成选择性控制所述电力设备保护系统是否操作于所述第一模式或所述第二模式。
8.根据权利要求1所述的电力设备保护系统，其特征在于，所述第一跳闸单元和所述第二跳闸单元各自耦连到相应的断路器。
9.一种用于电力设备保护系统的控制器，所述电力设备保护系统包括被配置成监视第一电路的第一跳闸单元、被配置成监视在所述第一电路下游的第二电路的第二跳闸单元、至少一个电流传感器和被配置成检测电弧闪光的电弧闪光AF传感器，其中，所述控制器被配置成：
耦连到AF缓解装置；以及
操作于第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式，所述控制器被配置成基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置，并且其中，在所述第二模式，所述控制器被配置成基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
10.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，在所述第一模式，所述控制器被配置成：
从耦连于所述AF传感器和所述控制器之间的AF继电器接收激活信号；以及
朝所述AF缓解装置发送所述激活信号。
11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，所述控制器被配置成当所述AF传感器检测到电弧闪光并且所述第一电路中出现故障时，从所述AF继电器接收激活信号。
12.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，在所述第二模式，所述控制器被配置成：
从所述至少一个电流传感器接收电流测量值；以及
当所述电流测量值超过预定电流阈值时，激活所述AF缓解装置。
13.根据权利要求9所述的控制器，其特征在于，所述控制器被配置成基于在输入装置处接收的输入在所述第一模式和所述第二模式之间切换。
14.一种用于保护电力设备的方法，所述方法包括：
使用第一跳闸单元监视第一电路；
使用第二跳闸单元监视在所述第一电路下游的第二电路；
使用至少一个电流传感器测量电流；
使用电弧闪光(AF)传感器检测电弧闪光；以及
使用耦连到所述AF传感器的控制器激活电弧闪光(AF)缓解装置，其中，激活所述AF缓解装置包括：
当所述控制器操作于第一模式时，基于由所述AF传感器和所述至少一个电流传感器二者生成的信号激活所述AF缓解装置；以及
当所述控制器操作于第二模式时，基于由所述至少一个电流传感器和所述AF传感器中的至少一个生成的信号激活所述AF缓解装置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述控制器操作于第一模式时，激活所述AF缓解装置包括：
当故障的位置在所述第二电路时，由在所述第二跳闸单元和附加硬件装置之一上实现的ZSI功能输出阻止信号；以及
当所述故障在预定的时间段之后仍存在或所述故障的位置在所述第一电路时，从所述ZSI功能输出使能信号。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
当所述ZSI功能输出阻止信号时，打开耦连于所述控制器和所述AF缓解装置之间的开关；以及
当所述ZSI功能输出使能信号时，闭合所述开关。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
当所述ZSI功能输出阻止信号时，抑制AF继电器向所述控制器发送激活信号，其中，所述AF继电器耦连于所述AF传感器和所述控制器之间；以及
当所述ZSI功能输出使能信号时，允许所述AF继电器向所述控制器发送激活信号。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述控制器操作于第二模式时，激活所述AF缓解装置包括：
从所述至少一个电流传感器接收电流测量值；以及
当所述电流测量值超过预定的电流阈值时，激活所述AF缓解装置。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当所述控制器操作于第一模式时，激活所述AF缓解装置包括基于由所述AF传感器、所述至少一个电流传感器和至少一个电压传感器生成的信号激活所述AF缓解装置。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括在耦连到所述控制器的输入装置上接收控制所述控制器是否操作于所述第一模式或所述第二模式的输入。
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