CN105610133B - 配电系统中的区域选择性联锁和电路保护装置监视 - Google Patents

Abstract

描述了电路保护装置、配电系统以及区域选择性联锁（ZSI）系统中的电路保护装置监视。在一个示例中，供ZSI配电系统使用的电路保护装置包括配置成中断流过电路保护装置的电流的跳闸机构和操作耦合至跳闸机构的跳闸单元。跳闸单元配置成监视流过电路保护装置的电流、在所监视的电流小于阈值时输出第一信号以及在所监视的电流大于或等于阈值时输出第二信号。第一和第二信号彼此不同并且不同于无信号。

Description

配电系统中的区域选择性联锁和电路保护装置监视

背景技术

本申请通常涉及配电系统并且更具体地，涉及配电系统中的区域选择性联锁和电路保护装置监视。

已知的配电系统包括多个开关设备序列，所述开关设备序列包括各自耦合至一个或多个负载的断路器。断路器通常包括基于流过断路器的感测的电流来控制断路器的跳闸单元。更具体地，如果流过断路器的电流在可接受的条件之外，则跳闸单元使所述电流被中断。

利用为断路器识别不期望的电流电平的一个或多个电流阈值（还被称为“拾取（pickup）”阈值）对一些已知的断路器进行编程。如果故障在预定的时间量汲取了超过一个或多个电流阈值的电流，例如，跳闸单元通常起动相关联的断路器来阻止电流流过断路器。然而，在包括多个断路器的配电系统中，典型的布置使用断路器的分层。大型断路器（即具有高额定电流的断路器）被放置得比更低的电流馈线断路器更靠近电源并且供给更低的电流馈线断路器。每个馈线断路器可供给连接至负载或其它配电设备的多个其它断路器。

故障可在断路器分层中的任何地方发生。当故障发生时，具有流过它的相同的故障电流的每个断路器由于变化的传感器灵敏度和/或公差可能会检测到不同数量的故障电流。当故障发生时，最靠近故障的断路器应当操作以阻止电流流过断路器。如果分层中更高的断路器跳闸，则多个电路或负载可能会不必要地丢失服务。

为了适应变化的公差并且确保多个断路器不会基于相同的故障电流而不必要地跳闸，至少一些已知的断路器的电流阈值互相嵌套以避免重叠故障电流阈值。在一些其它已知的系统中，在检测到故障电流时，更低层中的断路器将协调或闭锁信号发送至更高层断路器。响应于闭锁信号，上层断路器的操作与下层断路器的操作协调。在至少一些已知的系统中，更高层断路器不能区分更低层断路器与更高层断路器之间的通信故障（例如断开的连接/断线）和无闭锁信号。当通信故障在这样的系统中发生时，更高层断路器将仍然没有意识到更低层断路器已经检测到故障并且更高层断路器的不必要的损害跳闸是更可能的。

发明内容

在一个方面，区域选择性联锁（ZSI）配电系统包括配置成中断流过第一电路保护装置的电流的第一电路保护装置、所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置、以及控制器。所述第二电路保护装置包括配置成中断流过所述第二电路保护装置的电流的跳闸机构和操作耦合至所述跳闸机构的跳闸单元。所述跳闸单元配置成监视流过所述第二电路保护装置的电流、在所监视的电流小于阈值时输出第一信号以及在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号。所述第一和第二信号彼此不同并且不同于无信号。所述控制器配置成响应于所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中、响应于所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中以及响应于没有来自所述第二电路保护装置的信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

在另一个方面，供ZSI配电系统使用的电路保护装置包括配置成中断流过所述电路保护装置的电流的跳闸机构和操作耦合至所述跳闸机构的跳闸单元。所述跳闸单元配置成监视流过所述电路保护装置的电流、在所监视的电流小于阈值时输出第一信号以及在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号。所述第一和第二信号彼此不同并且不同于无信号。

在又一个方面，供ZSI配电系统使用的控制器包括配置成通信耦合至第一电路保护装置的输出端、配置成通信耦合至所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置的输入端、存储装置、以及耦合至所述存储装置的处理器。所述控制器被编程以便响应于在所述输入端处检测到第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中、响应于在所述输入端处检测到第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中以及响应于未能在确定的时段内在所述输入端处检测到所述第一信号或所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

另一个方面是ZSI配电系统包括配置成中断流过第一电路保护装置的电流的第一电路保护装置、所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置、以及通信耦合至所述第二电路保护装置的控制器。所述第二电路保护装置包括配置成中断流过所述第二电路保护装置的电流的跳闸机构和操作耦合至所述跳闸机构的跳闸单元。所述跳闸单元配置成监视流过所述第二电路保护装置的电流并且在所监视的电流小于ZSI闭锁阈值时输出第一信号。所述控制器配置成响应于检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于不受约束的操作模式中并且响应于未能检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于受约束的操作模式中。

提供了技术方案1：

一种区域选择性联锁（ZSI）配电系统，包括：

第一电路保护装置，配置成中断流过所述第一电路保护装置的电流；

所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置，所述第二电路保护装置包括：

跳闸机构，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，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述第二电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于阈值时输出第一信号，以及

在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号，其中所述第一信号和第二信号彼此不同并且不同于无信号；以及

控制器，配置成：

响应于所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中；

响应于所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中；以及

响应于没有来自所述第二电路保护装置的信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

提供了技术方案2：根据技术方案1所述的ZSI配电系统，其中所述控制器布置在所述第一电路保护装置内。

提供了技术方案3：根据技术方案1所述的ZSI配电系统，其中所述第一模式是不受约束的操作模式并且所述第二模式是受约束的操作模式。

提供了技术方案4：根据技术方案3所述的ZSI配电系统，其中所述第三模式能够在所述受约束的操作模式和所述不受约束的操作模式之间选择。

提供了技术方案5：根据技术方案4所述的ZSI配电系统，其中所述控制器还配置成响应于没有来自所述第二电路保护装置的信号来提供告警。

提供了技术方案6：根据技术方案1所述的ZSI配电系统，其中所述阈值是小于所述第二电路保护装置的跳闸阈值的ZSI闭锁阈值。

提供了技术方案7：根据技术方案1所述的ZSI配电系统，其中所述控制器配置成当确定的时段过去而没有接收到所述第一信号和所述第二信号中的至少一个时确定没有来自所述第二电路保护装置的信号。

提供了技术方案8：根据技术方案1所述的ZSI配电系统，还包括：

所述第一电路保护装置下游的第三电路保护装置，所述第三电路保护装置配置成在所监视的通过所述第三电路保护装置的电流小于所述阈值时输出所述第一信号并且在所监视的通过所述第三电路保护装置的电流大于或等于所述阈值时输出所述第二信号；以及

聚合器，通信耦合至所述第一、第二和第三电路保护装置，所述聚合器配置成从所述第二和第三电路保护装置接收所述第一和第二信号并且将聚合的输出提供给所述控制器。

提供了技术方案9：根据技术方案8所述的ZSI配电系统，其中所述聚合器配置成提供指示是否已经检测到所述第一信号、第二信号或者无第一和第二信号的聚合的输出。

提供了技术方案10：根据技术方案9所述的ZSI配电系统，其中所述聚合器配置成：

当从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置两者接收到所述第一信号时将所述第一信号输出至所述控制器；

当从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的任何一个接收到所述第二信号时将所述第二信号输出至所述控制器；

当没有从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的一个接收到所述第一信号和第二信号并且没有从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的另一个接收到所述第二信号时将所述第三信号输出至所述控制器。

提供了技术方案11：

一种供区域选择性联锁（ZSI）配电系统使用的电路保护装置，所述电路保护装置包括：

跳闸机构，配置成中断流过所述电路保护装置的电流；以及

跳闸单元，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于阈值时输出第一信号；并且

在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号，其中所述第一信号和第二信号彼此不同并且不同于无信号。

提供了技术方案12：根据技术方案11所述的电路保护装置，其中所述阈值是小于所述电路保护装置的跳闸阈值的ZSI闭锁阈值。

提供了技术方案13：根据技术方案11所述的电路保护装置，其中所述第一信号包括当所监视的电流小于所述阈值时以实质上恒定的间隔重复的断续信号。

提供了技术方案14：根据技术方案13所述的电路保护装置，其中所述断续信号具有小于所述实质上恒定的间隔的持续时间。

提供了技术方案15：根据技术方案11所述的电路保护装置，其中所述第一信号实质上具有与所述第二信号相同的幅值，并且所述第一信号具有不同于所述第二信号的持续时间。

提供了技术方案16：

一种供区域选择性联锁（ZSI）配电系统使用的控制器，所述控制器包括：

输出端，配置成通信耦合至第一电路保护装置；

输入端，配置成通信耦合至所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置；

存储装置；以及

处理器，耦合至所述存储装置，所述控制器被编程以：

响应于在所述输入端处检测到第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中；

响应于在所述输入端处检测到第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中；以及

响应于在确定的时段内未能在所述输入端处检测到所述第一信号或所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

提供了技术方案17：根据技术方案16所述的控制器，其中所述第一模式是不受约束的操作模式并且所述第二模式是受约束的操作模式。

提供了技术方案18：根据技术方案17所述的控制器，其中所述第三模式能够在所述受约束的操作模式和所述不受约束的操作模式之间选择。

提供了技术方案19：根据技术方案16所述的控制器，其中所述控制器还配置成响应于在所述确定的时段内未能在所述输入端处检测到所述第一信号或所述第二信号来提供告警。

提供了技术方案20：

一种区域选择性联锁（ZSI）配电系统，包括：

第一电路保护装置，配置成中断流过所述第一电路保护装置的电流；

所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置，所述第二电路保护装置包括：

跳闸机构，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，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述第二电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于ZSI闭锁阈值时输出第一信号；以及

控制器，通信耦合至所述第二电路保护装置，所述控制器配置成：

响应于检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于不受约束的操作模式中；以及

响应于未能检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于受约束的操作模式中。

附图说明

图1是示范的配电系统的示意性框图。

图2是示例连续和断续信号的图示。

图3是另一个示范的配电系统的示意性框图。

图4是可以用在图3中示出的系统中的示例聚合器的图解。

图5是包括通信总线的示范的配电系统的示意性框图。

具体实施方式

本文描述了电路保护装置、区域选择性联锁（ZSI）配电系统以及监视电路保护装置和/或配电系统的方法的示范实施例。示例系统监视在ZSI系统中的电路保护装置之间的一个或多个通信信道的健康状态。所述系统可操作用于检测何时通信已经发生故障、生成告警和/或因此操作更高层电路保护装置。此外，示例系统提供选择性的ZSI以允许ZSI方案被配置成增加可靠性和响应性或者减少更高层电路保护装置的损害跳闸。

图1是包括将功率经由电路保护装置106提供给负载104的源102的示范的配电系统100的一部分的示意性框图。电功率源102可包括例如将电流（和由此引起的电功率）提供给负载104的一个或多个发电机或其它装置。通过配电母线108将电流传输至负载104。负载104可包括但不限于仅包括机器、电动机、照明设备和/或制造或发电或配电设施的其它电气和机械设备。配电系统100是额定在直至大约1千伏（kV）的交流（AC）电压下工作的低压配电系统。在其它的实施例中，配电系统100是额定在大约1kv和大约52kv之间的AC电压下工作的中压系统。备选地，系统100额定在任何合适的电压或电压范围下工作。

在说明的实施例中，电路保护装置106被布置在包括第一层110和第二层112的分层中以便向配电系统100提供不同级别的保护和监视。例如，第一电路保护装置114（有时被称作源电路保护装置）被布置在第一层110中以从第一电功率源102接收电流并且将电流提供给母线108。第二电路保护装置116（有时被称作馈线电路保护装置）被布置在第一电路保护装置114的下游的第二层112中并且被连接以从母线108接收电流。第二电路保护装置116将电流提供给负载104。如在本文中使用的，术语“下游”指从电功率源102朝向负载104的方向。术语“上游”指与下游方向相反的方向，例如从负载104朝向电功率源102。尽管图1说明了布置在两层110和112中的电路保护装置106，但是应当认识到任何合适数量的电路保护装置106可被布置在任何合适数量的层中以使得配电系统100能够如本文中描述得那样起作用。例如，应当认识到在一些实施例中可在电功率源102和第一层110之间布置一个或多个附加的层和/或电路保护装置106。另外地或备选地，在一些实施例中，可在负载104和第二层112之间布置一个或多个附加的层和/或电路保护装置106。此外，可布置一个或多个附加的电路保护装置106以将功率（从任何合适的源102）提供给母线108。类似地，可将一个或多个附加的电路保护装置连接至母线108以将功率提供给一个或多个附加的负载104。

在示范的实施例中，电路保护装置106是断路器。备选地，电路保护装置106可以是使得配电系统100能够如本文中描述得那样起作用的任何其它装置。在示范的实施例中，每个电路保护装置106是包括配置成控制电路保护装置106的操作的控制器的集成跳闸单元。备选地，电路保护装置106中的一个或多个可以是具有分离的部件和/或一个或多个控制器的非集成电路保护装置106。电路保护装置106包括操作耦合至传感器120和跳闸机构122的跳闸单元118。跳闸单元118是配置成控制电路保护装置106的操作的控制器。在示范的实施例中，跳闸单元118是包括耦合至存储器126、输入装置128和显示装置130的处理器124的电子跳闸单元（ETU）。跳闸单元118可包括或者可被认为是计算装置。在其它实施例中，跳闸单元118可以是任何其它合适类型的跳闸单元。在一些实施例中，电路保护装置106中的一个或多个包括不同类型的跳闸单元118和/或是与电路保护装置106中的至少一个其它电路保护装置相比较的不同类型的电路保护装置。在一些实施例中，电路保护装置106不包括跳闸单元118，并且如由跳闸单元118执行的本文中描述的功能由中央控制器（未示出）来替代执行。

在示范的实施例中，传感器120是例如电流互感器、Rogowski线圈、霍耳效应传感器和/或分流器的测量流过跳闸机构122和/或电路保护装置106的电流的电流传感器。备选地，传感器120可包括使得配电系统100能够如本文中描述得那样起作用的任何其它传感器。此外，传感器120可被集成到电路保护装置106中或者可与相关联的电路保护装置106分离。不同的传感器120可被用于系统100的不同部分。例如，第一层110中的传感器120可以不同于第二层112中的传感器120。每个传感器120生成表示流过相关联的跳闸机构122和/或电路保护装置106的所测量的或被检测的电流（下文称作“电流信号”）的信号。此外，每个传感器120将电流信号传输至与跳闸机构122相关联或者耦合至跳闸机构122的处理器124。如果电流信号和/或由电流信号表示的电流超过电流阈值，则每个处理器124被编程以起动跳闸机构122来中断提供给负载104或电力配电线或母线108的电流。

电路保护装置106彼此通信耦合。更具体地，电路保护装置106通信耦合至至少一个上游电路保护装置。在示例实施例中，电路保护装置106经由它们相应的跳闸单元118中的通信端口通信耦合在一起。每个跳闸单元118包括配置成将信号传输至其它跳闸单元118和从其它跳闸单元118接收信号的输出端口132（也称作输出端）和输入端口134（也称作输入端）。每个跳闸单元的端口132和134可以是物理上分离的端口或者可以是提供一个或多个虚拟端口（例如端口132和134）的单个物理端口。跳闸单元118的端口132或134通过一个或多个导线136耦合至另一个跳闸单元118的端口134或132。尽管单个导线136被示出将第二电路保护装置114的输出端口132连接至第一电路保护装置114的输入端口134，但是任何合适数量的导线136可以用来耦合端口132和136。此外，在一些实施例中，端口134和136使用无线通信协议而不使用任何导线136进行通信。在一些实施例中，端口132和/或134是双向（例如输入/输出）端口。

在示范的实施例中，跳闸机构122是断路器。将电信号提供给跳闸机构122以使断路器跳闸并且中断通过跳闸机构122的电流的流动。在其它实施例中，跳闸机构122包括例如一个或多个其它断路器装置和/或电弧抑制装置。示范的断路器装置包括例如中断流过断路器装置到耦合至断路器装置的负载104的电流的电路开关、接触臂和/或电路断流器。示范的电弧抑制装置包括例如抑制组件、多个电极、等离子枪以及使等离子枪将烧蚀等离子发射进入电极之间的空隙以便将能量从电弧或在所述电路上检测到的其它电故障转移进入抑制组件的触发电路。

每个处理器124控制电路保护装置106的操作并且从与耦合至处理器124的跳闸机构122相关联的传感器120收集所测量的运行状况数据，例如代表电流测量的数据（本文中也称作“电流数据”）。处理器124将电流数据存储在耦合至处理器124的存储器126中。应当理解，术语“处理器”通常指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中所描述的功能的任何其它电路或处理器的任何可编程系统。以上示例仅仅是示范性的，并且因此不是用来以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义的。

存储器126存储通过处理器124可执行的用来控制电路保护装置106的程序代码和指令。存储器126可包括但不限于只包括非易失性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）。任何其它适合的磁、光和/或半导体存储器单独地或者与其它形式的存储器结合可包括在存储器126中。存储器126还可以是或者包括可拆卸或可移除的存储器，包括但不限于合适的盒式磁盘、磁盘、CD ROM、DVD或USB存储器。

输入装置128从例如用户、另一个跳闸单元118、远程计算装置等接收输入。输入装置128可包括例如键盘、卡片阅读器（例如智能卡片阅读器）、定点装置、鼠标、输入笔、触摸敏感面板（例如触摸板或触摸屏）、陀螺仪、加速计、位置检测器、小键盘、通信端口、一个或多个按键和/或音频输入接口。例如触摸屏的单个部件可起显示装置130和输入装置128两者的作用。在一些实施例中，输入装置128可包括通信接口以从远程计算装置（包括从另一个跳闸单元118）接收输入。尽管示出了单个输入装置128，但是跳闸单元118可包括多于一个输入装置128或者没有输入装置128。

显示装置130可视地呈现关于电路保护装置106和/或跳闸机构122的信息。显示装置144可包括真空荧光显示器（VFD）、一个或多个发光二极管（LEDs）、液晶显示器（LCDs）、阴极射线管（CRT）、等离子体显示器和/或能够可视地将信息传达给用户的任何合适的可视输出装置。例如，处理器124可起动显示装置130的一个或多个部件以指示电路保护装置106和/或跳闸机构122是活动的和/或正在正常工作、正在接收闭锁信号、正在传输闭锁信号，指示故障或失败已经发生，和/或指示跳闸机构122和/或电路保护装置106的任何其它状态。在一些实施例中，显示装置130向用户呈现图形用户界面（GUI）以用于用户和电路保护装置106之间的交互。GUI允许用户例如控制电路保护装置106、监视电路保护装置106的操作/状态、测试电路保护装置106的操作和/或修改电路保护装置106的工作参数。

示例系统100是区域选择性联锁（ZSI）系统。一般地，当下游电路保护装置106检测到的电流的量超过闭锁阈值时，下游电路保护装置106经由输出端口132将闭锁信号输出到上游电路保护装置106。闭锁阈值通常小于下游电路保护装置106跳闸的跳闸阈值。响应于接收到闭锁信号，上游电路保护装置106可从不受约束的操作模式转换至受约束的操作模式，以阻止上游和下游电路保护装置106以类似的跳闸时序操作。另外地或备选地，响应于从下游电路保护装置106接收到闭锁信号，上游电路保护装置106可切换至以更高的跳闸阈值进行操作或者使用更高的跳闸阈值进行操作，例如从保护性阈值切换至备用阈值。

在一些实施例中，在不受约束的操作模式中，可执行包括其中电流超过保护性阈值直到达到不受约束的时间阈值为止的累积时间值的不受约束的跳闸时序。在受约束的操作模式中，可执行包括其中电流超过备用阈值直到达到受约束的时间阈值为止的累积时间值的受约束的跳闸时序。如果达到受约束的时间阈值或不受约束的时间阈值，则跳闸单元118生成跳闸信号。备选地，不受约束的跳闸时序和受约束的跳闸时序可包括使得跳闸单元118能够如本文中描述得那样起作用的任何其它动作或响应。应当认识到，不受约束的跳闸时序使跳闸信号在比其中受约束的跳闸时序使跳闸信号被生成的时段更短的时段中被生成。

在示例实施例中，当所监视的通过第二电路保护装置的106的电流小于例如ZSI闭锁阈值的阈值时，例如第二电路保护装置116的下游电路保护装置106配置成输出第一信号。响应于所述第一信号，上游第一电路保护装置114知道第二电路保护装置116正在起作用并且没有检测到超过所述阈值的电流。作为响应，跳闸单元118控制第一电路保护装置114的操作处于第一模式中。在示例实施例中，第一模式是ZSI方案中的不受约束的操作模式。

第一信号可以是按照任何合适的通信协议的实质上连续的信号、断续信号或数据信号。如在图2中示出的，实质上连续的信号200持续地保持确定的值202（例如正5伏、负2伏、接地等）。断续信号204包括以实质上恒定的间隔/周期208重复的信号部分206并且包括没有信号的部分210。在说明的示例中，信号部分206是一系列脉冲212。在其它实施例中，信号部分可以是单个脉冲、更多或更少的脉冲或者是可被接收电路保护装置206检测到的任何其它合适的信号部分。在示例实施例中，电路保护装置106使用有效（active）低通信进行通信，并且第一信号通过将输出端口132下拉至接地来从第二电路保护装置116输出。

再次参考图1，例如第二电路保护装置116的下游电路保护装置106配置成在所监视的通过第二电路保护装置106的电流等于或大于ZSI闭锁阈值时输出不同于第一信号的第二信号。响应于所述第二信号，上游第一电路保护装置114认为第二电路保护装置116已经检测到超过ZSI闭锁阈值的电流并且正在处理潜在的故障。第一电路保护装置114然后在如在实现的特定ZSI系统之下配置的第二模式中操作（例如切换至受约束的操作模式）。

在实施例中，第二信号与无信号相同。第一电路保护装置114通过在它的输入端口134未能检测到任何信号（不管是第一信号还是任何其它信号）来检测第二信号。在一些实施例中，第一电路保护装置114通过在一段时间未能在它的输入端口134上检测到任何信号来检测无信号。所述一段时间可以是任何合适的时长，例如大于断续的第一信号的周期的周期。在这个示例实施例中，第二电路保护装置116和第一电路保护装置114之间的通信故障（例如断开的导线136、有故障的输出端口132等）被上游第一电路保护装置114识别为与第二信号相同。因此，通信故障导致第一电路保护装置114按照它的ZSI方案以与如果故障已经被下游第二电路保护装置116检测到则它将会操作的相同的方式（例如在受约束的模式中）操作，因此减少了通信故障发生时的损害跳闸。在其它实施例中，第一信号与无信号相同并且第二电路保护装置116和第一电路保护保护装置114之间的通信故障被上游第一电路保护装置114识别为与第一信号相同。因此，通信故障导致第一电路保护装置114按照它的ZSI方案以与如果没有故障被下游第二电路保护装置116检测到则它将会操作的相同的方式（例如在不受约束的模式中）操作。

在其它实施例中，第二信号不同于无信号并且不同于第一信号。第二信号可以是按照任何合适的通信协议的实质上连续的信号、断续信号或数据信号。在示例实施例中，第一信号和第二信号中的一个是连续信号并且另一个是断续信号。在其它实施例中，第一信号和第二信号是不同的断续信号。在所有这样的实施例中，系统100的ZSI方面是三态逻辑系统。由第一电路保护装置114从第二电路保护装置116接收到的信号可以是指示第二电路保护装置116还没有检测到超过ZSI闭锁阈值的电流的第一信号/状态，可以是指示第二电路保护装置116已经检测到超过ZSI闭锁阈值的电流的第二信号/状态，并且可以是指示第一和第二电路保护装置114和116之间的通信故障的第三信号/状态（即无第一或第二信号）。响应于检测到第一信号，第一电路保护装置的跳闸单元118控制第一电路保护装置114处于第一模式（例如不受约束的模式）中。响应于检测到第二信号，第一电路保护装置114被它的跳闸单元118控制处于第二模式（例如受约束的模式）中。当检测到第三信号时（也就是，当既没有检测到第一信号也没有检测到第二信号时），跳闸单元118控制第一电路保护装置114处于第三模式中。在一些实施例中，第三模式与第一模式或第二模式中的之一相同。在一些实施例中，第三模式是可在第一模式、第二模式或不同模式之间例如通过用户选择的。因此，通信故障的第一电路保护装置的处理可以针对特定系统任意地进行选择性配置。例如，在其中损害跳闸是高度破坏性的系统中，第三模式可配置成与第二模式相同。因此，如果通信故障发生，则跳闸单元118将操作第一电路保护装置114处于第二模式的受约束的操作模式中。类似地，如果损害跳闸不是所关心的事或者期望更高级别的保护，则第三模式可配置成与第一模式相同，从而允许第一电路保护装置114在不受约束的第一模式中操作。

在三态实施例中，跳闸单元118还可配置成响应于检测到第三信号而生成告警。所述告警可以是人类可识别的告警（例如可听的或可见的告警）和/或计算机可识别的告警。生成的告警可以是本地告警，例如在第一电路保护装置114的位置处或在第一电路保护装置114上生成的可听的或可见的告警。另外地或备选地，生成的告警可以是远程告警，例如在远离第一电路保护装置的位置上产生的可听的或可见的告警、被传送至远程计算装置的告警等。

图3是另一个示范的配电系统300的一部分的示意性框图。除了如本文中描述的，系统300与系统100（图1中示出的）相同并且共同的部件通过相同的附图标记来标识。为了清楚起见，从图3中省略了电路保护装置106的一些细节，例如跳闸单元118、传感器120和跳闸机构122。

在示例实施例中，系统300包括第一层110中的第一电路保护装置114。第一电路保护装置114将功率从源102耦合至母线108。第二层112中的三个电路保护装置106耦合至母线108以将功率从母线108传递至负载104。其它实施例可包括更多或更少的层和/或一个或多个层中的更多或更少的电路保护装置106。第二层112中的电路保护装置106包括第二电路保护装置116、第三电路保护装置302和第四电路保护装置304。第二层112电路保护装置的输出端口132经由导线136耦合至聚合器 306的输入端口134。

第二、第三和第四电路保护装置116、302和304中的每一个在流过它的跳闸单元（图3中未示出）的电流小于ZSI闭锁阈值时经由输出端口132输出第一信号并且在所测量的电流等于或超过所述ZSI闭锁阈值时输出第二信号。

来自第二、第三和第四电路保护装置116、302和304的输出信号耦合至聚合器306。聚合器 306 从第二层112电路保护装置接收信号并且经由它的输出端口132将聚合的输出提供给第一电路保护装置114的控制器。更具体地，聚合器 306 将聚合的输出提供给第一电路保护装置114的跳闸单元118（图3中未示出）。图4是能够从可被用在系统300中的八个电路保护装置106接收有效低输入的示例聚合器 306。

再次参见图3，在上面描述的三态系统中，取决于聚合器 306接收到的输入的组合，聚合的输出是第一信号、第二信号或第三信号（即无信号）中的一个。如果从第二层112电路保护装置106到聚合器 306的任何输入是第二信号（指示检测到的电流大于ZSI闭锁阈值），则聚合器 306将第二信号输出至第一电路保护装置114。如果到聚合器 306的输入中没有一个是第二信号并且所有输入是第一信号（指示所有检测到的电流低于ZSI闭锁阈值），则聚合器 306将第一信号输出至第一电路保护装置114。如果到聚合器 306的输入中没有一个是第二信号并且任何输入是第三信号（即无信号），则聚合器 306将第三信号输出至第一电路保护装置114。响应于来自聚合器 306的信号，第一电路保护装置114以与上面关于图1所描述的示例实施例中它响应来自第二电路保护装置的输出信号相同的方式操作。此外，因为聚合器 306将相同的信号提供给第一电路保护装置114，所以第一电路保护装置114可以与系统100中的第一电路保护装置114相同并且不需要知道它正在从聚合器而不是从电路保护装置106接收信号。

在说明的实施例中，聚合器 306具有四个输入端口134。其它实施例包括更多或更少的输入端口。在一些实现中，并非所有的聚合器的输入端口134将被使用或需要。可通过电气、机械或机电式开关接通或断开每个端口以向聚合器306指示端口是未使用的。说明的实施例包括一个未使用的端口308。因为未使用的端口308没有连接至电路保护装置106，所以它将从未接收信号。为了防止聚合器 306错误地将这个无信号理解为第三信号，断开未使用的端口308。

图5是另一个示范的配电系统500的一部分的示意性框图。除了如本文中所描述的，系统500与系统100（图1中示出的）和300（图3中示出的）相同并且共同的部件通过相同的附图标记来标识。为了清楚起见，从图5中省略了电路保护装置106的一些细节，例如跳闸单元118、传感器120和跳闸机构122。

在示例实施例中，系统500包括第一层110中的第一电路保护装置114。第一电路保护装置114将功率从源102耦合至母线108。第二电路保护装置116、第三电路保护装置302和第四电路保护装置304位于第二层112中，被耦合至母线108以将功率从母线108传递至负载104。其它实施例可包括更多或更少的层和/或在一个或多个层中的更多或更少的电路保护装置106。在这个示例实施例中，端口132是双向输入/输出（I/O）端口。I/O端口132耦合至通信总线502。通信总线502可以是任何合适的有线或者无线通信总线。电路保护装置106使用串行通信、并行通信和/或任何合适的通信协议经由通信总线502彼此通信。

第二、第三和第四电路保护装置116、302和304中的每一个在流过它的跳闸单元（图5中未示出）的电流小于ZSI闭锁阈值时经由端口132周期性地传输第一消息（也称作第一信号）并且在所测量的电流等于或超过所述ZSI闭锁阈值时传输第二消息（也称作第二信号）。当它正在经历问题并且可能没有正确地起作用时，第二、第三或第四电路保护装置116、302或304不将第一消息或第二消息输出至通信总线502。没有来自第二、第三或第四电路保护装置116、302或304的第一或第二消息可被认为是第三消息（也称作第三信号）。在其它实施例中，第三消息可以不同于无消息。例如，第二、第三和第四电路保护装置116、302和304中的每一个可提供传递它正在经历什么问题（如果有的话）的第三消息。

响应于来自第二、第三和第四电路保护装置116、302和304的通信消息，第一电路保护装置114以与上面关于图1所描述的示例实施例中它响应来自第二电路保护装置116的第一、第二和第三信号相同的方式操作。

在图5中示出的示例实施例中，电路保护装置106直接通过通信总线502彼此通信。在其它实施例中，另外地或备选地，电路保护装置106通过通信总线502与中央控制器（未示出）通信。中央控制器至少部分地基于从电路保护装置106接收到的通信来直接或间接地控制电路保护装置106的操作。例如，当电路保护装置116、302或304中的任何一个将第二消息（指示它正在检测等于或大于ZSI闭锁阈值的电流）发送至中央控制器时，中央控制器可通过命令第一电路保护装置114在第二模式（例如受约束的模式）中操作来间接控制第一电路保护装置114。中央控制器可通过执行将以其它方式由电路保护装置中的跳闸单元118（图5中未示出）执行的功能中的一些或所有功能来直接控制电路保护装置106。

本文中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）减少电路保护装置的损害跳闸；（b）警告用户在电路保护装置之间的有故障的通信连接；和（c）提供可配置以减少损害跳闸或增加响应度的系统。

上面详细描述了电路保护装置、配电系统以及监视配电系统和/或电路保护装置的方法的示范实施例。所述系统和方法不限于本文中描述的特定实施例，而是相反，系统的部件和/或方法的操作可以被独立地并且与本文中描述的其它部件和/或操作分开地使用。此外，还可在其它系统、方法和/或装置中定义所描述的部件和/或操作，或者与其它系统、方法和/或装置结合地使用所描述的部件和/或操作，并且所描述的部件和/或操作不限于仅仅利用如本文中描述的功率系统来实施。

除非另有说明，本文中说明和描述的本发明的实施例中的操作的实施或执行的顺序不是必需的。也就是，除非另有说明，可以以任何顺序来执行所述的操作，并且本发明的实施例可包括与本文中公开的那些相比较的附加的或更少的操作。例如，预计在另一个操作之前、与另一个操作同时地或在另一个操作之后实施或执行特定操作是在本发明的若干方面的范围内的。

尽管本发明的各种实施例的特定特征可在一些附图中而没有在其它附图中示出，但是这只是为了方便。根据本发明的原理，可以与任何其它附图中的任何特征结合来引用和/或要求保护附图中的任何特征。

本书面描述使用示例（包括最佳模式）来公开本发明并且还使本领域任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求来限定并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。这样的其它示例确定在权利要求的范围内，如果它们具有与权利要求的文字语言并无不同的结构元素或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言并无实质上不同的等效结构元素的话。

部件列表

100 配电系统

102 源

104 负载

106 电路保护装置

108 配电母线

110 第一层

112 第二层

114 第一电路保护装置（上游）

116 第二电路保护装置（下游）

118 跳闸单元

120 传感器

122 跳闸机构

124 处理器

126 存储器

128 输入装置

130 显示装置

132 输出端口

134 输入端口

136 导线

200 连续信号

202 确定的值

204 断续信号

206 信号部分

208 间隔/周期

210 没有信号的部分

212 脉冲

300 系统

302 第三电路保护装置

304 第四电路保护装置

306 聚合器

308 未使用的端口

500 配电系统

502 通信总线。

Claims (19)

1.一种区域选择性联锁配电系统，包括：

第一电路保护装置，配置成中断流过所述第一电路保护装置的电流；

所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置，所述第二电路保护装置包括：

跳闸机构，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，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述第二电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于阈值时输出第一信号，以及

在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号，其中所述第一信号和第二信号彼此不同并且不同于无信号；以及

控制器，配置成：

响应于所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中；

响应于所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中；以及

响应于没有来自所述第二电路保护装置的信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

2.根据权利要求1所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述控制器布置在所述第一电路保护装置内。

3.根据权利要求1所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述第一模式是不受约束的操作模式并且所述第二模式是受约束的操作模式。

4.根据权利要求3所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述第三模式能够在所述受约束的操作模式和所述不受约束的操作模式之间选择。

5.根据权利要求4所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述控制器还配置成响应于没有来自所述第二电路保护装置的信号来提供告警。

6.根据权利要求1所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述阈值是小于所述第二电路保护装置的跳闸阈值的区域选择性联锁闭锁阈值。

7.根据权利要求1所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述控制器配置成当确定的时段过去而没有接收到所述第一信号和所述第二信号中的至少一个时确定没有来自所述第二电路保护装置的信号。

8.根据权利要求1所述的区域选择性联锁配电系统，还包括：

所述第一电路保护装置下游的第三电路保护装置，所述第三电路保护装置配置成在所监视的通过所述第三电路保护装置的电流小于所述阈值时输出所述第一信号并且在所监视的通过所述第三电路保护装置的电流大于或等于所述阈值时输出所述第二信号；以及

聚合器，通信耦合至所述第一、第二和第三电路保护装置，所述聚合器配置成从所述第二和第三电路保护装置接收所述第一和第二信号并且将聚合的输出提供给所述控制器。

9.根据权利要求8所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述聚合器配置成提供指示是否已经检测到所述第一信号、第二信号或者无第一和第二信号的聚合的输出。

10.根据权利要求9所述的区域选择性联锁配电系统，其中所述聚合器配置成：

当从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置两者接收到所述第一信号时将所述第一信号输出至所述控制器；

当从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的任何一个接收到所述第二信号时将所述第二信号输出至所述控制器；

当没有从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的一个接收到所述第一信号和第二信号并且没有从所述第一电路保护装置和第二电路保护装置中的另一个接收到所述第二信号时将第三信号输出至所述控制器。

11.一种供区域选择性联锁配电系统使用的电路保护装置，所述电路保护装置包括：

跳闸机构，配置成中断流过所述电路保护装置的电流；以及

跳闸单元，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于阈值时输出第一信号；并且

在所监视的电流大于或等于所述阈值时输出第二信号，其中所述第一信号和第二信号彼此不同并且不同于无信号，

其中所述阈值是小于所述电路保护装置的跳闸阈值的区域选择性联锁闭锁阈值。

12.根据权利要求11所述的电路保护装置，其中所述第一信号包括当所监视的电流小于所述阈值时以实质上恒定的间隔重复的断续信号。

13.根据权利要求12所述的电路保护装置，其中所述断续信号具有小于所述实质上恒定的间隔的持续时间。

14.根据权利要求11所述的电路保护装置，其中所述第一信号实质上具有与所述第二信号相同的幅值，并且所述第一信号具有不同于所述第二信号的持续时间。

15.一种供区域选择性联锁配电系统使用的控制器，所述控制器包括：

输出端，配置成通信耦合至第一电路保护装置；

输入端，配置成通信耦合至所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置；

存储装置；以及

处理器，耦合至所述存储装置，所述控制器被编程以：

响应于在所述输入端处检测到第一信号来控制所述第一电路保护装置处于第一模式中；

响应于在所述输入端处检测到第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第二模式中；以及

响应于在确定的时段内未能在所述输入端处检测到所述第一信号或所述第二信号来控制所述第一电路保护装置处于第三模式中。

16.根据权利要求15所述的控制器，其中所述第一模式是不受约束的操作模式并且所述第二模式是受约束的操作模式。

17.根据权利要求16所述的控制器，其中所述第三模式能够在所述受约束的操作模式和所述不受约束的操作模式之间选择。

18.根据权利要求15所述的控制器，其中所述控制器还配置成响应于在所述确定的时段内未能在所述输入端处检测到所述第一信号或所述第二信号来提供告警。

19.一种区域选择性联锁配电系统，包括：

第一电路保护装置，配置成中断流过所述第一电路保护装置的电流；

所述第一电路保护装置下游的第二电路保护装置，所述第二电路保护装置包括：

跳闸机构，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，用于操作耦合至所述跳闸机构，所述跳闸单元配置成：

监视流过所述第二电路保护装置的电流；

在所监视的电流小于区域选择性联锁闭锁阈值时输出第一信号；以及

控制器，通信耦合至所述第二电路保护装置，所述控制器配置成：

响应于检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于不受约束的操作模式中；以及

响应于未能检测到所述第一信号来控制所述第一电路保护装置处于受约束的操作模式中。