智能低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法。系統(tǒng)復(fù)位后，斷路器處于無ZSI狀態(tài)，監(jiān)測線路上的電流并等待接收通信信號，若監(jiān)測到短路電流，則本斷路器向上級斷路器發(fā)送等待命令并進(jìn)入內(nèi)部鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。在內(nèi)部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Tin的內(nèi)部鎖閉延時，若內(nèi)部鎖閉延時超時仍未收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則認(rèn)為沒有下級斷路器監(jiān)測到短路，進(jìn)入脫扣狀態(tài)。在脫扣狀態(tài)中，控制器要向脫扣器發(fā)出脫扣指令。本發(fā)明無需附加的設(shè)備，連線簡單，可在電力線路發(fā)生短路時，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)上下級斷路器之間的選擇性保護(hù)。
【專利說明】智能低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低壓電器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于智能低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會文明程度的提高、用電需求的擴(kuò)大，為提高配電網(wǎng)絡(luò)的自動化、信息化水平，人們對低壓電器提出了智能化的要求。自二十世紀(jì)九十年代以來，國內(nèi)多家廠商已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)行智能低壓斷路器的研發(fā)工作，推出一系列相關(guān)產(chǎn)品。目前已有的智能低壓斷路器，一般具有可調(diào)的保護(hù)參數(shù)，具有簡單的組網(wǎng)功能，一些產(chǎn)品還具有功能較為豐富的人機(jī)界面。
[0003]用電規(guī)模的擴(kuò)大，對斷路器的保護(hù)性能提出更高的要求，每個保護(hù)設(shè)備不僅要能切斷自身線路上的過電流，而且要綜合考慮配電網(wǎng)絡(luò)中其他支路的過電流狀況，與其他斷路器協(xié)同工作，在發(fā)生電網(wǎng)故障時盡可能迅速地隔離故障，并保證其他不受故障影響的部分保持正常供電，達(dá)到更好的保護(hù)性能和成本效益。這種新的保護(hù)概念稱作選擇性保護(hù)。
[0004]區(qū)域選擇性連鎖(ZSI)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)上下級斷路器選擇性的一種有效的辦法，其基本思路是下級斷路器監(jiān)測到短路故障時，立即發(fā)送一個等待命令到上級斷路器，在一段時間內(nèi)鎖閉上級斷路器的脫扣功能，自身執(zhí)行脫扣動作。當(dāng)前的區(qū)域選擇性連鎖的實(shí)現(xiàn)方式，斷路器間的信息傳遞主要依靠開關(guān)量信號或485通信方式，需要上行、下行兩個通信接口，通信線路連接方式必須嚴(yán)格按照電網(wǎng)拓?fù)?，安裝復(fù)雜，且通常需要加裝額外的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種用于低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法，該方法基于斷路器的智能控制器實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性連鎖邏輯，使配電網(wǎng)絡(luò)中的斷路器在發(fā)生短路故障時，能夠及時、可靠地完成分?jǐn)鄤幼鳎瑫r將停電范圍限制在最小。
[0006]本發(fā)明所述控制方法中，低壓斷路器智能控制器存在5種可能的狀態(tài)，這5種狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律如下:
無ZSI狀態(tài)，即復(fù)位后的狀態(tài)，此時斷路器沒有監(jiān)測到短路，也未接收到下級斷路器發(fā)來的等待命令。在此狀態(tài)下，斷路器若監(jiān)測到短路電流，則進(jìn)入自鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。
[0007]自鎖閉狀態(tài)，此狀態(tài)說明斷路器控制器已經(jīng)監(jiān)測到了短路，但是尚未收到下級斷路器的等待命令。進(jìn)入此狀態(tài)后，斷路器立即向上級斷路器發(fā)送等待命令，并維護(hù)一個時長為自鎖閉時間Tin的定時器。在此狀態(tài)下，斷路器若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)；若定時器超時，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)。
[0008]脫扣狀態(tài)，區(qū)域選擇性連鎖邏輯判定應(yīng)由本斷路器執(zhí)行脫扣動作時進(jìn)入的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，斷路器發(fā)出脫扣指令，觸發(fā)脫扣器動作，完成分?jǐn)鄤幼骱筮M(jìn)行狀態(tài)遷移返回?zé)oZSI狀態(tài)。
[0009]外部鎖閉狀態(tài)。在該狀態(tài)下，斷路器維護(hù)一個時長為Twt的定時器。若定時器超時，并且監(jiān)測到短路電流仍然存在，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若定時器超時，且短路電流消失，則進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)。
[0010]ZSI恢復(fù)狀態(tài)，設(shè)置此狀態(tài)是為了應(yīng)對較為復(fù)雜故障電流，增強(qiáng)可靠性。在此狀態(tài)下，維護(hù)一個時長為Twait的定時器，期間若斷路器監(jiān)測到短路電流，則立刻進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若未監(jiān)測到短路電流，直至定時器超時，則進(jìn)入無ZSI狀態(tài)。
[0011]區(qū)域選擇性連鎖的完整過程如下。系統(tǒng)復(fù)位后，斷路器處于無ZSI狀態(tài)，監(jiān)測線路上的電流并等待接收通信信號，若監(jiān)測到短路電流，則本斷路器向上級斷路器發(fā)送等待命令并進(jìn)入內(nèi)部鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。在內(nèi)部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Tin的內(nèi)部鎖閉延時，若內(nèi)部鎖閉延時超時仍未收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則認(rèn)為沒有下級斷路器監(jiān)測到短路，程序進(jìn)入脫扣狀態(tài)。在脫扣狀態(tài)中，控制器要向脫扣器發(fā)出脫扣指令，確認(rèn)線路分?jǐn)嗪?，此次的區(qū)域選擇性連鎖已經(jīng)完成，斷路器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為無ZSI狀態(tài)。若在內(nèi)部鎖閉延時期間，收到了下級斷路器發(fā)來的等待命令，說明有下級的斷路器同時監(jiān)測到了短路，應(yīng)由下級斷路器完成保護(hù)動作，因此本斷路器進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。在外部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Ttjut的外部鎖閉延時，以等待下級斷路器完成分?jǐn)嗟臋C(jī)械動作、電弧熄滅、短路電流消除。外部鎖閉延時超時后，判斷短路故障是否已經(jīng)切除，如果短路電流仍然存在，說明下級斷路器分?jǐn)嗍』蛘呔€路中發(fā)生了不止一處的短路，斷路器應(yīng)進(jìn)入脫扣狀態(tài)，完成相應(yīng)操作；反之，外部鎖定延時超時，短路電流已經(jīng)被消除，則斷路器進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)。在ZSI恢復(fù)狀態(tài)中，進(jìn)行一個時長為Twait的ZSI恢復(fù)延時，延時期間若監(jiān)測到短路電流，則立即進(jìn)入脫扣狀態(tài)，執(zhí)行瞬動保護(hù)，若定時超時仍沒有發(fā)生短路，則此次區(qū)域選擇性連鎖完成，進(jìn)入無ZSI狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，可使用軟件方法實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性連鎖，無需附加的設(shè)備，連線簡單，可在電力線路發(fā)生短路時，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)上下級斷路器之間的選擇性保護(hù)，及時、可靠地切斷短路電流，同時將停電范圍限制在最小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
圖2報(bào)文接收子程序流程圖；
圖3短路保護(hù)子程序流程圖；
圖4無ZSI狀態(tài)子程序流程圖；
圖5自鎖閉狀態(tài)子程序流程圖；
圖6脫扣狀態(tài)子程序流程圖；
圖7外部鎖閉狀態(tài)子程序流程圖；
圖8ZSI恢復(fù)狀態(tài)子程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0015]作為一種實(shí)施例，斷路器之間采用以太網(wǎng)結(jié)合TCP/IP協(xié)議的廣播方式進(jìn)行通信，各斷路器通過交換機(jī)接入同一個局域網(wǎng)。定時器通過軟件向下計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)。
[0016]如圖1所示，每個斷路器智能控制器都具有5個狀態(tài)，分別為: 無ZSI狀態(tài)，即復(fù)位后的狀態(tài)，此時斷路器沒有監(jiān)測到短路，也未接收到下級斷路器發(fā)來的等待命令。在此狀態(tài)下，斷路器若監(jiān)測到短路電流，則進(jìn)入自鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。
[0017]自鎖閉狀態(tài)，此狀態(tài)說明斷路器控制器已經(jīng)監(jiān)測到了短路，但是尚未收到下級斷路器的等待命令。進(jìn)入此狀態(tài)后，斷路器立即向上級斷路器發(fā)送等待命令，并維護(hù)一個時長為自鎖閉時間Tin的定時器。在此狀態(tài)下，斷路器若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)；若定時器超時，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)。
[0018]脫扣狀態(tài)，區(qū)域選擇性連鎖邏輯判定應(yīng)由本斷路器執(zhí)行脫扣動作時進(jìn)入的狀態(tài)。在此狀態(tài)下，斷路器發(fā)出脫扣指令，觸發(fā)脫扣器動作，完成分?jǐn)鄤幼骱筮M(jìn)行狀態(tài)遷移返回?zé)oZSI狀態(tài)。
[0019]外部鎖閉狀態(tài)。在該狀態(tài)下，斷路器維護(hù)一個時長為Twt的定時器。若定時器超時，并且監(jiān)測到短路電流仍然存在，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若定時器超時，且短路電流消失，則進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)。
[0020]ZSI恢復(fù)狀態(tài)，設(shè)置此狀態(tài)是為了應(yīng)對較為復(fù)雜故障電流，增強(qiáng)可靠性。在此狀態(tài)下，維護(hù)一個時長為Twait的定時器，期間若斷路器監(jiān)測到短路電流，則立刻進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若未監(jiān)測到短路電流，直至定時器超時，則進(jìn)入無ZSI狀態(tài)。
[0021]區(qū)域選擇性連鎖的完整過程如下。系統(tǒng)復(fù)位后，斷路器處于無ZSI狀態(tài)，監(jiān)測線路上的電流并等待接收通信信號，若監(jiān)測到短路電流，則本斷路器向上級斷路器發(fā)送等待命令并進(jìn)入內(nèi)部鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。在內(nèi)部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Tin的內(nèi)部鎖閉延時，若內(nèi)部鎖閉延時超時仍未收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則認(rèn)為沒有下級斷路器監(jiān)測到短路，程序進(jìn)入脫扣狀態(tài)。在脫扣狀態(tài)中，控制器要向脫扣器發(fā)出脫扣指令，確認(rèn)線路分?jǐn)嗪?，此次的區(qū)域選擇性連鎖已經(jīng)完成，斷路器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為無ZSI狀態(tài)。若在內(nèi)部鎖閉延時期間，收到了下級斷路器發(fā)來的等待命令，說明有下級的斷路器同時監(jiān)測到了短路，應(yīng)由下級斷路器完成保護(hù)動作，因此本斷路器進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)。在外部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Ttjut的外部鎖閉延時，以等待下級斷路器完成分?jǐn)嗟臋C(jī)械動作、電弧熄滅、短路電流消除。外部鎖閉延時超時后，判斷短路故障是否已經(jīng)切除，如果短路電流仍然存在，說明下級斷路器分?jǐn)嗍』蛘呔€路中發(fā)生了不止一處的短路，斷路器應(yīng)進(jìn)入脫扣狀態(tài)，完成相應(yīng)操作；反之，外部鎖定延時超時，短路電流已經(jīng)被消除，則斷路器進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)。在ZSI恢復(fù)狀態(tài)中，進(jìn)行一個時長為Twait的ZSI恢復(fù)延時，延時期間若監(jiān)測到短路電流，則立即進(jìn)入脫扣狀態(tài)，執(zhí)行瞬動保護(hù)，若定時超時仍沒有發(fā)生短路，則此次區(qū)域選擇性連鎖完成，進(jìn)入無ZSI狀態(tài)。
[0022]如圖2所示，斷路器接收到通信報(bào)文，調(diào)用報(bào)文接收子程序。在報(bào)文接收子程序中，如果本斷路器處在無ZSI狀態(tài)或者自鎖閉狀態(tài)，且收到的報(bào)文是來自于層級較低斷路器的等待命令，則將本斷路器的狀態(tài)更改為外部鎖閉狀態(tài)，并重設(shè)定時器為Twt。等待命令報(bào)文應(yīng)包含發(fā)送方斷路器在配電網(wǎng)絡(luò)中的位置信息。報(bào)文接收子程序流程圖如圖2所示。
[0023]如圖3所示，斷路器循環(huán)調(diào)用短路保護(hù)子程序。在短路保護(hù)子程序中，判斷斷路器的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)調(diào)用不同的子程序。短路保護(hù)子程序流程圖如圖3所示。
[0024]如圖4所示，無ZSI狀態(tài)下，程序判斷當(dāng)前電流是否處在短路范圍內(nèi)，若是，則進(jìn)入自鎖閉狀態(tài)，并重設(shè)定時器為Tin。無ZSI狀態(tài)子程序流程圖如圖4所示。[0025]如圖5所示，自鎖閉狀態(tài)下，首先判斷自鎖閉延時定時器是否超時，若超時則立即切換至脫扣狀態(tài)，并調(diào)用脫扣狀態(tài)子程序。自鎖閉狀態(tài)子程序流程圖如圖5所示。
[0026]如圖6所示，在脫扣狀態(tài)下，斷路器控制器不斷發(fā)出脫扣指令，直到脫扣動作完成。脫扣狀態(tài)子程序流程圖如圖6所示。
[0027]如圖7所示，在外部鎖閉狀態(tài)下，如果定時器超時，則進(jìn)行電流大小的判斷，若實(shí)時電流有效值仍然處于短路范圍，則切換至脫扣狀態(tài)，并調(diào)用脫扣狀態(tài)子程序；若實(shí)時電流有效值在短路范圍之外，則切換至ZSI恢復(fù)狀態(tài)，并重設(shè)定時器為Twait。外部鎖閉狀態(tài)子程序流程圖如圖7所不。
[0028]如圖8所示，在ZSI恢復(fù)狀態(tài)下，如果斷路器監(jiān)測到短路電流，則立即進(jìn)入脫扣狀態(tài)，調(diào)用脫扣狀態(tài)子程序；當(dāng)定時器超時，則切換至無ZSI狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.智能低壓斷路器的區(qū)域選擇性連鎖方法，在該方法中智能低壓斷路器存在五種可能的狀態(tài)，分別為無ZSI狀態(tài)、自鎖閉狀態(tài)、脫扣狀態(tài)、外部鎖閉狀態(tài)和ZSI恢復(fù)狀態(tài)，這五種狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律如下: 所述的無ZSI狀態(tài)，即復(fù)位后的狀態(tài)，此時斷路器沒有監(jiān)測到短路，也未接收到下級斷路器發(fā)來的等待命令；在此狀態(tài)下，斷路器若監(jiān)測到短路電流，則進(jìn)入自鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)； 所述的自鎖閉狀態(tài)，此狀態(tài)說明斷路器控制器已經(jīng)監(jiān)測到了短路，但是尚未收到下級斷路器的等待命令；進(jìn)入此狀態(tài)后，斷路器立即向上級斷路器發(fā)送等待命令，并維護(hù)一個時長為自鎖閉時間Tin的定時器；在此狀態(tài)下，斷路器若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)；若定時器超時，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)； 所述的脫扣狀態(tài)，區(qū)域選擇性連鎖邏輯判定應(yīng)由本斷路器執(zhí)行脫扣動作時進(jìn)入的狀態(tài)；在此狀態(tài)下，斷路器發(fā)出脫扣指令，觸發(fā)脫扣器動作，完成分?jǐn)鄤幼骱筮M(jìn)行狀態(tài)遷移返回?zé)oZSI狀態(tài)； 所述的外部鎖閉狀態(tài)；在該狀態(tài)下，斷路器維護(hù)一個時長為Trat的定時器；若定時器超時，并且監(jiān)測到短路電流仍然存在，則進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若定時器超時，且短路電流消失，則進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)； 所述的ZSI恢復(fù)狀態(tài)，設(shè)置此狀態(tài)是為了應(yīng)對較為復(fù)雜故障電流，增強(qiáng)可靠性；在此狀態(tài)下，維護(hù)一個時長為Twait的定時器，期間若斷路器監(jiān)測到短路電流，則立刻進(jìn)入脫扣狀態(tài)；若未監(jiān)測到短路電流，直至定時器超時，則進(jìn)入無ZSI狀態(tài)； 其特征在于該方法具體是: 系統(tǒng)復(fù)位后，斷路器處于無ZSI狀態(tài)，監(jiān)測線路上的電流并等待接收通信信號，若監(jiān)測到短路電流，則本斷路器向上級斷路器發(fā)送等待命令并進(jìn)入內(nèi)部鎖閉狀態(tài)；若收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)；在內(nèi)部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Tin的內(nèi)部鎖閉延時，若內(nèi)部鎖閉延時超時仍未收到下級斷路器發(fā)來的等待命令，則認(rèn)為沒有下級斷路器監(jiān)測到短路，進(jìn)入脫扣狀態(tài)；在脫扣狀態(tài)中，控制器要向脫扣器發(fā)出脫扣指令，確認(rèn)線路分?jǐn)嗪?，此次的區(qū)域選擇性連鎖已經(jīng)完成，斷路器狀態(tài)轉(zhuǎn)換為無ZSI狀態(tài)；若在內(nèi)部鎖閉延時期間，收到了下級斷路器發(fā)來的等待命令，說明有下級的斷路器同時監(jiān)測到了短路，應(yīng)由下級斷路器完成保護(hù)動作，因此本斷路器進(jìn)入外部鎖閉狀態(tài)；在外部鎖閉狀態(tài)中，進(jìn)行時長為Twt的外部鎖閉延時，以等待下級斷路器完成分?jǐn)嗟臋C(jī)械動作、電弧熄滅、短路電流消除；外部鎖閉延時超時后，判斷短路故障是否已經(jīng)切除，如果短路電流仍然存在，說明下級斷路器分?jǐn)嗍』蛘呔€路中發(fā)生了不止一處的短路，斷路器應(yīng)進(jìn)入脫扣狀態(tài)，完成相應(yīng)操作；反之，外部鎖定延時超時，短路電流已經(jīng)被消除，則斷路器進(jìn)入ZSI恢復(fù)狀態(tài)；在ZSI恢復(fù)狀態(tài)中，進(jìn)行一個時長為Twait的ZSI恢復(fù)延時，延時期間若監(jiān)測到短路電流，則立即進(jìn)入脫扣狀態(tài)，執(zhí)行瞬動保護(hù)，若定時超時仍沒有發(fā)生短路，則此次區(qū)域選擇性連鎖完成，進(jìn)入無ZSI狀態(tài)。
【文檔編號】H02H7/26GK103887774SQ201410076667
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】周亞軍, 李曉軍, 賀依盟, 張廣君 申請人:杭州電子科技大學(xué)