專利名稱：用于接地故障保護的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及電氣開關(guān)裝置，并且更具體地涉及一種用于有助于監(jiān)測和保護集中控制的配電系統(tǒng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)配電系統(tǒng)中，將發(fā)電公司生產(chǎn)的電力供給工業(yè)或商業(yè)企業(yè)，其中將電力分配給整個工業(yè)或商業(yè)企業(yè)的各種設(shè)備上，如，電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設(shè)備以及其他電氣設(shè)備。至少某些已知的配電系統(tǒng)包括開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置有助于將電能分成支路，支路提供電力給工業(yè)企業(yè)的各個部分。在每個支路中提供斷路器，從而有助于保護支路中的設(shè)備。另外，因為對特殊負載可進行通電或斷電而不影響其他負載，因此每個支路中的斷路器可有助于減小設(shè)備故障，從而產(chǎn)生增加的效率及減小操作和制造成本。盡管所使用的開關(guān)操作更加復(fù)雜，但類似的開關(guān)裝置也可用在電業(yè)傳輸系統(tǒng)及多個配電變電所中。
除配電系統(tǒng)元件以外，開關(guān)裝置一般包括有助于提供配電系統(tǒng)元件的保護、監(jiān)測和控制的多個設(shè)備。例如，至少某些已知的斷路器包括多個并聯(lián)跳閘電路，低壓繼電器，跳閘單元，以及多個輔助開關(guān)，這些輔助開關(guān)在供給配電元件的電力中出現(xiàn)預(yù)料不到的中斷和波動時閉合斷路器。另外，至少一個已知的配電系統(tǒng)還包括監(jiān)測配電系統(tǒng)性能的監(jiān)測設(shè)備、控制配電系統(tǒng)運行的控制設(shè)備以及當(dāng)保護設(shè)備激勵時啟動保護響應(yīng)的保護設(shè)備。
在至少某些已知的配電系統(tǒng)中，監(jiān)測和控制系統(tǒng)與保護系統(tǒng)獨立運行。例如，保護設(shè)備可基于其本身的預(yù)定操作限制切斷配電系統(tǒng)的一部分，而監(jiān)測設(shè)備不記錄該事件。監(jiān)測系統(tǒng)沒有記錄系統(tǒng)切斷可使操作者誤認為在配電系統(tǒng)內(nèi)沒發(fā)生過電流情況，并且因而操作者不啟動恰當(dāng)?shù)男Ｕ袨?。另外，保護設(shè)備，即，斷路器，可因為配電系統(tǒng)中的過電流情況打開，但是控制系統(tǒng)可將該過電流情況解釋成電源的電能損耗而不是故障情形。同樣，控制邏輯可不希望地企圖將故障電路連接到可替換電源上，因此恢復(fù)過電流情況。除在使用這些設(shè)備而出現(xiàn)的操作性失誤中的電壓增加外，與這些設(shè)備相關(guān)的多個設(shè)備和互連布線的使用可導(dǎo)致設(shè)備尺寸增加，設(shè)備布線復(fù)雜性增加，和/或安裝的設(shè)備的數(shù)量增加。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供一種用于監(jiān)測集中控制配電系統(tǒng)的方法。該配電系統(tǒng)包括多個斷路器，每個斷路器通信連接到單個節(jié)點電子單元上，每個節(jié)點電子單元遠離各自的斷路器，并且每個節(jié)點電子單元通過至少一個數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信連接到至少一個中央控制處理單元上。該方法包括采樣集中控制配電系統(tǒng)中靠近每個斷路器的集中控制配電系統(tǒng)中的電流，其中所述采樣由該中央控制處理單元進行時間同步，發(fā)送與每個斷路器相關(guān)的采樣電流信號給中央控制處理單元，基于從配電系統(tǒng)中所有的節(jié)點電子單元接收的電流信號確定接地故障發(fā)生并且位于配電系統(tǒng)內(nèi)；以及通過打開給故障提供電力的斷路器而隔離該確定的接地故障。
在另一方面，提供一種用于監(jiān)測集中控制配電系統(tǒng)的裝置。該系統(tǒng)包括多個斷路器，每個斷路器通信連接到單個節(jié)點電子單元上，設(shè)置每個節(jié)點電子單元遠離各自的斷路器，并且每個節(jié)點電子單元通過至少一個數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信連接到至少一個中央控制處理單元上。該裝置構(gòu)造成采樣所述集中控制配電系統(tǒng)中靠近每個斷路器的所述集中控制配電系統(tǒng)中的電流，其中每個采樣由所述中央控制處理單元進行時間同步，發(fā)送與每個斷路器相關(guān)的所述采樣電流信號給中央控制處理單元，基于從所述配電系統(tǒng)中所有的所述節(jié)點電子單元接收的所述電流信號確定接地故障發(fā)生并且位于配電系統(tǒng)內(nèi)；以及通過打開給所述故障提供電力的斷路器而隔離所述確定的接地故障。


圖1是配電系統(tǒng)的代表性示意圖；圖2是單個節(jié)點配電系統(tǒng)的代表性示意圖；圖3是示出與圖1所示的配電系統(tǒng)一起使用的中央控制處理單元的代表性示意圖；圖4是與圖1所示的配電系統(tǒng)一起使用的節(jié)點電子單元的代表性示意圖；圖5是與圖1所示的配電系統(tǒng)一起使用的斷路器的代表性示意圖；圖6是圖1所示的配電系統(tǒng)的代表性實施例的單線示意框圖；以及圖7是示出用于監(jiān)測圖1所示的集中控制配電系統(tǒng)的方法的代表性實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出了例如由工業(yè)企業(yè)使用的配電系統(tǒng)10的代表性示意圖。在代表性實施例中，系統(tǒng)10包括至少一個主饋電系統(tǒng)12，配電總線14，多個電力電路開關(guān)或斷流器，這里也稱作斷路器(CB)16，以及至少一個負載18，該負載18例如但不局限于電動機，焊接機，計算機，加熱器，照明設(shè)備，和/或其他電氣設(shè)備。
使用中，將電力從電源(未示出)供給主饋電系統(tǒng)12，即，例如開關(guān)板。該電源如由原動機本地驅(qū)動的發(fā)電機，或變電站的電力電源。該原動機可從例如但并不局限于渦輪機或內(nèi)燃機獲得動力。供給主饋電系統(tǒng)12的電力由多個母線分成多個支路，這些母線構(gòu)造成使電力從支路饋電斷路器和母線聯(lián)絡(luò)斷路器饋送到多個負載斷路器16上，負載斷路器16將電力提供給工業(yè)企業(yè)中的各種負載18上。另外，在各支路中提供斷路器16以有助于保護設(shè)備，即，負載18，該負載18連接在各支路中。此外，因為可將特殊負載18通電或者斷電而不影響其他負載18，因此斷路器16有助于使設(shè)備故障達到最小，從而產(chǎn)生增加的效率，以及減小操作和制造成本。
配電系統(tǒng)10包括斷路器控制保護系統(tǒng)19，控制保護系統(tǒng)19包括多個節(jié)點電子單元20，并且每個節(jié)點電子單元20通過網(wǎng)絡(luò)接口控制器開關(guān)23通信連接到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22上，該網(wǎng)絡(luò)接口控制器開關(guān)23例如但不局限于以太網(wǎng)開關(guān)23。斷路器控制保護系統(tǒng)19還包括至少一個中央控制處理單元(CCPU)24，該中央控制處理單元24通信連接到數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22上。在使用中，每個單獨的節(jié)點電子單元20電連接到各自的斷路器16上，這樣CCPU24通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22并通過關(guān)聯(lián)的節(jié)點電子單元20通信連接到每個斷路器16上。
在一個實施例中，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22包括，例如，至少一個局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)，撥號連接(dial-in-connection)，電纜調(diào)制解調(diào)器，以及專用高速ISDN線。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22還包括能互連到互聯(lián)網(wǎng)上的任何設(shè)備，這些設(shè)備包括基于網(wǎng)絡(luò)的電話機，個人數(shù)字助理(PDA)，或其他基于網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)備。
在一個實施例中，CCPU24是計算機，并包括設(shè)備26，例如軟盤驅(qū)動器或者CD-ROM驅(qū)動器，從而有助于讀取來自計算機可讀媒介28的指令和/或數(shù)據(jù)，計算機可讀媒介28如軟盤或CD-ROM。在另一個實施例中，CCPU24執(zhí)行存儲在固件(未示出)中的指令。將CCPU24進行編程以實現(xiàn)在此描述的功能，但其他可編程電路可同樣進行編程。因此，如此處所使用的，術(shù)語計算機并不局限于現(xiàn)有技術(shù)中稱作計算機的那些集成電路，而是廣泛地指計算機，處理器，微控制器，微機，可編程邏輯控制器，應(yīng)用專用集成電路及其他可編程電路。另外，盡管描述在配電設(shè)備中，也可考慮本發(fā)明對包括工業(yè)系統(tǒng)的所有配電系統(tǒng)產(chǎn)生有益之處，例如，但不局限于安裝在辦公樓中的配電系統(tǒng)。
圖2是示出了與配電系統(tǒng)10(示于圖1)并尤其與斷路器控制保護系統(tǒng)19(示于圖1)一起使用的節(jié)點配電系統(tǒng)29的代表性示意圖。節(jié)點配電系統(tǒng)29包括電源30，該電源30通過節(jié)點配電總線32電連接到節(jié)點電子單元20上。在代表性實施例中，電源30是不間斷電源(UPS)。在一個實施例中，電源30接收來自配電系統(tǒng)10的電能并且然后將該電能通過節(jié)點配電總線32分配給節(jié)點電子單元20。在可替換實施例中，不將電能供給電源30，而是，電源30采用內(nèi)部電源將電能提供給節(jié)點電子單元20，該內(nèi)部電源例如但不局限于多個電池(未示出)。在另一個可替換實施例中，節(jié)點電子單元20由從電流傳感器82和/或電壓傳感器84得到的二次電流提供電能。在該實施例中，斷路器控制保護系統(tǒng)19不包括節(jié)點配電系統(tǒng)29，電源30或節(jié)點配電總線32。
圖3是CCPU24的代表性示意圖。CCPU24包括至少一個存儲器裝置40，該存儲器裝置例如但不局限于只讀存儲器(ROM)42，快速存儲器44，和/或隨機存取存儲器(RAM)46。CCPU24還包括中央處理器單元(CPU)48，該中央處理器單元48電連接到至少一個存儲器裝置40上，還連接到內(nèi)部總線50，通信接口52以及通信處理器54上。在代表性實施例中，CCPU24是印刷電路板，并且包括電源56，從而提供電能給印刷電路板上的多個設(shè)備。
此外，在代表性實施例中，內(nèi)部總線50包括地址總線，數(shù)據(jù)總線，以及控制總線。在使用中，地址總線構(gòu)造成使CPU48對多個內(nèi)部存儲器位置或輸入/輸出接口進行訪問，該輸入/輸出接口例如但不局限于通過通信處理器54的通信接口52，以及通過網(wǎng)關(guān)處理器58的網(wǎng)關(guān)接口57。該數(shù)據(jù)總線構(gòu)造成在CPU48和至少一個輸入/輸出之間發(fā)送指令和/或數(shù)據(jù)，并且控制總線構(gòu)造成在多個設(shè)備之間發(fā)送信號從而有助于確保這些設(shè)備同步運行。在代表性實施例中，內(nèi)部總線50是雙向總線，這樣使得信號可在內(nèi)部總線50上的任何一個方向上發(fā)送。CCPU24還包括至少一個存儲裝置60，存儲裝置60構(gòu)造成存儲多個通過內(nèi)部總線50發(fā)送的信息。
在使用中，網(wǎng)關(guān)接口57通過互聯(lián)網(wǎng)鏈接62或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)62與遠程工作站(未示出)進行通信。在代表性實施例中，遠程工作站是包括網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的個人計算機。盡管描述了單個工作站，此處描述的這種功能可在與網(wǎng)關(guān)接口57連接的多臺個人計算機的一臺上實現(xiàn)。例如，網(wǎng)關(guān)接口57可通信連接到各種單機上并連接到第三方上，單機包括本地操作機，第三方如通過ISP互聯(lián)網(wǎng)連接的遠程系統(tǒng)操作機。在該代表性實施例中的通信示出為通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)，然而，任何其他廣域網(wǎng)(WAN)型的通信可在其他實施例中使用，其他實施例即，系統(tǒng)和方法不限于通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)。在一個實施例中，信息在網(wǎng)關(guān)接口57上接收并通過CCPU24和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22發(fā)送給節(jié)點電子單元20。在另一個實施例中，從節(jié)點電子單元20發(fā)送的信息在通信接口52上接收并通過網(wǎng)關(guān)接口57發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)62。
圖4是單個節(jié)點電子單元20的代表性示意圖。在該代表性實施例中，節(jié)點電子單元20是遠離CCPU24和斷路器16安裝的單一設(shè)備。在代表性實施例中，節(jié)點電子單元20與斷路器16隔開，但靠近斷路器16。
在一個實施例中，節(jié)點電子單元20接收從多個設(shè)備輸入的信號，這些設(shè)備例如但并不局限于電流傳感器82，電壓傳感器84，和/或斷路器16。來自斷路器16的多個輸入作為狀態(tài)輸入86提供，并且這些輸入可包括例如但不局限于輔助開關(guān)狀態(tài)，彈簧加載開關(guān)狀態(tài)的輸入。另外，節(jié)點電子單元20至少發(fā)送狀態(tài)輸入86給斷路器16以便控制斷路器16的一個或多個狀態(tài)。
在使用中，狀態(tài)輸入86和從電流傳感器82，電壓傳感器84接收的信號通過節(jié)點電子單元20及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22發(fā)送給CCPU24。節(jié)點電子單元20接收狀態(tài)輸入86和從電流傳感器82，電壓傳感器84接收的信號，并將數(shù)字消息進行打包，該數(shù)字消息包括該輸入和與節(jié)點電子單元20的質(zhì)量(health)和狀態(tài)相關(guān)的附加數(shù)據(jù)。該質(zhì)量和狀態(tài)數(shù)據(jù)可包括信息，該信息基于由內(nèi)部診斷程序發(fā)現(xiàn)的問題和自測程序的狀態(tài)，自測程序在節(jié)點電子單元20內(nèi)本地運行。CCPU24使用一個或多個保護算法，監(jiān)測算法以及其任意組合處理數(shù)字消息85。響應(yīng)數(shù)字消息85的處理，CCPU24通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)22將數(shù)字消息返還給節(jié)點電子單元20。在代表性實施例中，節(jié)點電子單元20通過響應(yīng)從CCPU24接收的數(shù)字消息的信號來激勵斷路器16。在一個實施例中，響應(yīng)僅由CCPU24發(fā)送的命令來激勵斷路器16，即，斷路器16不受節(jié)點電子單元20本地控制，而是基于從電流傳感器82，電壓傳感器84接收的輸入以及從網(wǎng)絡(luò)22上的節(jié)點電子單元20接收的狀態(tài)輸入86而從CCPU24遠程操作。
圖5是電連接到節(jié)點電子單元20上的斷路器16的代表性示意圖。在該代表性實施例中，斷路器16包括開關(guān)組件，該開關(guān)組件包括可動和/或固定觸頭，抑弧裝置，以及跳閘和操作機構(gòu)。斷路器16附件僅包括一個跳閘線圈100，閉合線圈102，輔助開關(guān)104，操作彈簧加載開關(guān)106，以及電動機108。斷路器16不包括跳閘單元。輔助開關(guān)和傳感器通過線束連接到節(jié)點電子單元20上，該線束可包括銅導(dǎo)線和通信管道。電流傳感器82，以及電壓傳感器84通過電纜連接到節(jié)點電子單元20上，電纜可包括銅導(dǎo)線和/或通信管道。斷路器16為靠近CCPU20，電流傳感器82以及電壓傳感器84安裝的單一設(shè)備。
在使用中，將來自節(jié)點電子單元20的激勵信號發(fā)送給斷路器16，從而激勵斷路器16中的多個功能，例如，但并不局限于，操作跳閘線圈100，操作閉合線圈102，以及影響斷路器閉鎖特征。輔助開關(guān)104和操作彈簧加載開關(guān)106提供斷路器參數(shù)的狀態(tài)指示給節(jié)點電子單元20。電動機108構(gòu)造成對工作彈簧進行再加載，當(dāng)斷路器16閉合后構(gòu)造成為閉合彈簧(未示出)。值得注意的是電動機108可包括，例如，彈簧加載開關(guān)，能對跳閘彈簧進行再加載的螺線管和其他任一種電子-機械裝置。為了閉合斷路器16，閉合線圈102由來自激勵電源模塊(未示出)的關(guān)斷信號通電。閉合線圈102激勵閉合機構(gòu)(未示出)，該閉合機構(gòu)將至少一個可動電氣觸頭(未示出)連接到相應(yīng)的固定電氣觸頭(未示出)上。斷路器16的閉合機構(gòu)鎖定在閉合位置，這樣使得當(dāng)閉合線圈102斷電時斷路器16保持閉合。當(dāng)斷路器16閉合時，輔助開關(guān)104的“a”觸頭也將閉合并且輔助開關(guān)104的“b”觸頭將打開?！癮”和“b”觸頭的位置由節(jié)點電子單元20進行檢測。為了打開斷路器16，節(jié)點電子單元20向跳閘線圈(TC)100通電。TC100直接作用于斷路器16上以釋放保持斷路器16閉合的鎖定機構(gòu)。當(dāng)鎖定機構(gòu)釋放時，斷路器16將打開，打開輔助開關(guān)104的“a”觸頭并閉合輔助開關(guān)104的“b”觸頭。然后跳閘線圈100由節(jié)點電子單元20斷電。在斷路器16打開后，與由電動機108進行再加載的閉合彈簧一起，斷路器16為下一個工作周期作準(zhǔn)備。在代表性實施例中，每個節(jié)點電子單元20以一對一的對應(yīng)關(guān)系連接到斷路器16上。例如，每個節(jié)點電子單元20僅與一個斷路器16直接通信。在可替換實施例中，節(jié)點電子單元20可與多個斷路器16進行通信。
圖6使圖1所示的配電系統(tǒng)10的代表性實施例的單線(one-line)示意框圖。配電系統(tǒng)10作為三相四線配電系統(tǒng)示出，并包括一次電路600以及多個傳感器，用于在其他事物(thing)中執(zhí)行接地故障表，該接地故障表用于防止一次電路遭受由接地故障情況導(dǎo)致的電流，這些接地故障情況可出現(xiàn)在系統(tǒng)10中。一次電路600由三個主母線602，604，606以及互連主母線的三個聯(lián)絡(luò)母線608，610以及611組成。在代表性實施例中，多個電源，例如三相中線接地變壓器612，614，616，提供給負載母線618和負載母線620的電源，當(dāng)主斷路器閉合時，負載母線618和負載母線620分別通過主開關(guān)或斷路器622，624，626連接到主母線602，604，606上。打開主斷路器622將電源612從其相關(guān)母線602上斷開，打開主斷路器624使電源614從其相關(guān)母線604上斷開，以及打開主斷路器626使電源616從其相關(guān)母線606上斷開。聯(lián)絡(luò)母線608和610包含聯(lián)絡(luò)開關(guān)或斷路器628，該聯(lián)絡(luò)開關(guān)或斷路器628閉合時，將主母線602和604連接在一起，當(dāng)該聯(lián)絡(luò)開關(guān)或斷路器628打開時，打開聯(lián)絡(luò)母線608從而將主母線互相斷開。聯(lián)絡(luò)母線610和611包含聯(lián)絡(luò)開關(guān)或斷路器630，當(dāng)該聯(lián)絡(luò)開關(guān)或斷路器630閉合時，將主母線604和606連接在一起，并且當(dāng)打開時，打開聯(lián)絡(luò)母線611從而將主母線互相斷開。主母線602，604和606以及聯(lián)絡(luò)母線608和610每個由三相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體構(gòu)成。
電源612，614和616示出為每個包括變壓器次級線圈，該變壓器次級線圈具有以星形結(jié)構(gòu)連接的三相線圈，它們的中性點分別在632，634和636上固定接地。電源612的中性點連接到中性導(dǎo)體642上，同時電源614的中性點連接到中性導(dǎo)體644上，并且電源616的中性點連接到中性導(dǎo)體646上。
在代表性實施例中，接地故障保護電路磁耦合到一次電路，并設(shè)置為防止系統(tǒng)10遭受可出現(xiàn)在系統(tǒng)中的接地故障。例如，如果接地故障出現(xiàn)在主母線602上，通常必須打開主斷路器622和聯(lián)絡(luò)斷路器628，以將故障從剩下的系統(tǒng)中隔離。在這種情況下，余下的斷路器624，626和630將保持在接地故障出現(xiàn)之前的位置，從而使來自電源614和616的不間斷電源在完好的母線604，606，610上繼續(xù)。
同樣，如果接地故障出現(xiàn)在主母線604上，主斷路器624和聯(lián)絡(luò)斷路器628及630將打開以將故障與剩下的母線隔離，同時主斷路器622和626將保持閉合，從而分別保持來自電源612和616的電力分別到主母線602和606上。
主斷路器622，624和626以及聯(lián)絡(luò)斷路器628，630的接地故障跳閘功能由通過每個斷路器各自的節(jié)點電子單元20從每個CCPU24接收的指令和動作消息進行控制。每個節(jié)點電子單元20接收來自各電流傳感器652，654和656的電流信號，各電流傳感器652，654和656監(jiān)測靠近各斷路器622，624和626的每個節(jié)點電子單元20的電母線。所有節(jié)點電子單元20通過網(wǎng)絡(luò)23發(fā)送與其各自斷路器相關(guān)的電流信號給所有的CCPU24。每個CCPU24處理電流數(shù)據(jù)，以確定接地故障的出現(xiàn)，并且確定將要發(fā)送給所有節(jié)點電子單元20的指令和動作消息。每個節(jié)點電子單元20基于從CCPU24接收的指令和動作命令其各自的斷路器。
電流傳感器對各傳感器位置上的一次導(dǎo)體上流過的電流的矢量和起反應(yīng)。每個電流傳感器由四個電流互感器(未示出)組成，電流互感器用于感應(yīng)在其相關(guān)的相和中性母線中的電流。這些電流互感器形成(develop)電流信號，并將這些信號發(fā)送到它們的各自的節(jié)點電子單元20上，這些信號表示相和中性母線中的電流。CCPU24接收來自節(jié)點電子單元20的電流信號。這些電流信號在節(jié)點電子單元20上進行同步，這樣所有由CCPU24接收的電流信號代表五微秒時間窗內(nèi)的配電系統(tǒng)10母線上的電流值。CCPU24計算所有相電流和所有在配電系統(tǒng)10上得到的接地電流的相位和矢量和，從而確定接地故障的出現(xiàn)。因為CCPU24能同時檢測所有相電流和所有接地電流，因此CCPU24可確定在由用戶的需求所指定的多個區(qū)域內(nèi)的接地故障。另外，CCPU24的響應(yīng)可基于配電系統(tǒng)10的條件響應(yīng)操作者啟動和響應(yīng)由CCPU24形成的指令和動作的改變而變化，該條件與接地故障情況獨立。循環(huán)中性電流的結(jié)果可由采樣多個位置上的相位和中性電流而幫助消除。從基爾霍夫定律知道，電路中任意一點上流進的電流等于流出該點的電流。因為CCPU24接收幾乎同時采樣的電流數(shù)據(jù)，例如，在每五微秒內(nèi)進行的采樣，從配電系統(tǒng)10的多個位置采樣的電流可求和以簡化誤差，這些誤差可由循環(huán)中性電流引入。例如，來自第一組傳感器的電流值可進行求和以確定接地故障的出現(xiàn)。來自第二不同組傳感器的求和電流值可肯定接地故障的出現(xiàn)，或者可對基于第一組傳感器所作的確定的精確度產(chǎn)生懷疑。CCPU24構(gòu)造成解決來自不同組傳感器的電流求和之間的矛盾。第一組傳感器和第二組傳感器可具有每組共用的單個傳感器。由第二組傳感器所作的確定有助于確定接地故障的位置。另外，在線驗證，以及保護動作的仔細檢查可通過采用不同組傳感器監(jiān)測配電系統(tǒng)10的不同位置來檢測接地故障而實現(xiàn)。此外，當(dāng)電流傳感器或其他元件故障時，CCPU24可在接地故障的出現(xiàn)和位置的后備確定中使用其他傳感器。
圖7是示出用于監(jiān)測圖1所示的集中控制配電系統(tǒng)10的方法700的代表性實施例的流程圖。方法700包括監(jiān)測702靠近配電系統(tǒng)10中所有斷路器的相導(dǎo)體電流和中性導(dǎo)體電流。包括用于配電系統(tǒng)10每相以及用于中性導(dǎo)體的傳感器的電流傳感器設(shè)置為靠近配電系統(tǒng)10導(dǎo)體，這樣每個傳感器對導(dǎo)體中的電流起響應(yīng)。電流傳感器在空間上位于靠近相關(guān)的斷路器，這樣流過斷路器的多個負載觸頭的電流由相關(guān)的電流傳感器進行監(jiān)測。例如，電流傳感器652位于靠近斷路器622上游(相對電源612)的導(dǎo)體。所有流過斷路器負載觸頭和中性導(dǎo)體的電流可由電流傳感器652監(jiān)測。
所監(jiān)測的電流從電流傳感器652被發(fā)送704到例如相關(guān)的節(jié)點電子單元20，并通過網(wǎng)絡(luò)23從節(jié)點電子單元20發(fā)送到CCPU24上。CCPU24接收來自配電系統(tǒng)10中所有斷路器的監(jiān)測電流，并且維持綜合信息設(shè)置，該設(shè)置包括監(jiān)測電流為其一部分的配電系統(tǒng)10的狀態(tài)數(shù)據(jù)。從該監(jiān)測電流，CCPU24基于對進入和離開配電系統(tǒng)10中的指定節(jié)點上的電流求和而確定706配電系統(tǒng)10中接地故障的出現(xiàn)。如果基于第一組傳感器確定接地故障，CCPU24可通過基于第二組/群傳感器做出可改變確定而仔細檢測該確定，其中第一和第二組傳感器是不同的，盡管每組中的單個傳感器可以共用。
當(dāng)確定接地故障出現(xiàn)在配電系統(tǒng)10上時，CCPU24確定708接地故障的區(qū)域保護，其中系統(tǒng)有助于使由于接地故障而導(dǎo)致的配電系統(tǒng)10負載上的功率損耗減到最小。CCPU24確定特定母線或多個母線的接地故障的位置。然后CCPU24確定710哪個斷路器打開以將接地故障隔離，同時使負載的功率損耗最小。在代表性實施例中，CCPU24可選擇地閉合斷路器從而使進行斷電以隔離接地故障的母線再通電。CCPU24將不自動給故障母線進行再通電。
CCPU24確定712發(fā)送給節(jié)點電子單元20的指令和動作消息，以執(zhí)行所確定的故障隔離指令。CCPU24發(fā)送714該指令和動作消息給配電系統(tǒng)10上的所有節(jié)點電子單元20。每個節(jié)點電子單元20接收在相同時間多點傳送或廣播給所有節(jié)點電子單元20的消息。每個消息包括對每個節(jié)點電子單元20進行訪問的指令和動作。例如，配電系統(tǒng)10可包括十個斷路器16和十個相關(guān)節(jié)點電子單元20，因此每個多點傳送消息可包括十個分開訪問的指令和動作消息，每一個用于一個節(jié)點電子單元20。
每個節(jié)點電子單元20接收每個指令和動作消息，并基于所接收的指令和動作消息確定716對相關(guān)斷路器16的激勵指令，以及發(fā)送所確定的激勵指令給其相關(guān)斷路器16。斷路器16當(dāng)由節(jié)點電子單元20命令時進行動作以打開或關(guān)閉。
上述的配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)成本低而且可靠性高。每個系統(tǒng)包括至少一個中央控制處理單元(CCPU)以及通過高速數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信連接的多個節(jié)點電子單元?？删哂懈郊覥CPU和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)干線，網(wǎng)絡(luò)干線連接在配電系統(tǒng)中從而有助于滿足系統(tǒng)可靠性目標(biāo)。每個節(jié)點電子單元通過數(shù)字消息包通信到每個CCPU上，數(shù)字信息包有助于在維持系統(tǒng)潛在要求的同時有效通信。因此，配電系統(tǒng)通信系統(tǒng)有助于以劃算和可靠方式運行的電力系統(tǒng)的保護和優(yōu)化。
配電系統(tǒng)通信系統(tǒng)元件的代表性實施例在上面已經(jīng)詳細描述過。但這些元件并不局限于在此描述的特定實施例，而是，每個系統(tǒng)的元件可獨立并與在此描述的其他元件分開使用。每個配電系統(tǒng)通信系統(tǒng)元件也可與其他配電系統(tǒng)元件結(jié)合使用。
盡管本發(fā)明已經(jīng)依據(jù)各種特定實施例進行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道本發(fā)明可用落入權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的改變來實施。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)測包括多個斷路器的配電系統(tǒng)的方法，該方法包括以同步方式在所述多個斷路器的每一個處采樣電力狀態(tài)；發(fā)送所述多個斷路器的每一個的所述電力狀態(tài)到中央控制處理單元；基于所述電力狀態(tài)確定配電系統(tǒng)中接地故障的出現(xiàn)和位置；以及通過打開提供功率給所述位置的所述多個斷路器的一個或多個而隔離所述接地故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述同步方式確保所述多個斷路器的每一個的所述電力狀態(tài)在指定時間窗內(nèi)進行采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述窗在約五微秒到約十微秒之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述接地故障的所述出現(xiàn)和位置基于相電流值進行確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電力狀態(tài)為電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定接地故障出現(xiàn)和位置包括基于從第一組電流傳感器接收的電流值確定接地故障出現(xiàn)和位置；以及基于從第二組電流傳感器接收的電流值確定接地故障出現(xiàn)和位置，其中第一組傳感器和第二組傳感器不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，進一步包括解決基于第一組傳感器的接地故障的第一確定和基于第二組傳感器的接地故障的第二確定之間的沖突。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括為了將接地故障從配電系統(tǒng)電源隔離，確定至少一個斷路器打開。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中隔離所確定的接地故障包括從中央控制處理單元發(fā)送消息給多個節(jié)點電子單元；以及從每個節(jié)點電子單元發(fā)送斷路器激勵命令給其各自的斷路器，該激勵命令基于所發(fā)送的消息，以及接地故障出現(xiàn)的確定。
10.一種用于監(jiān)測和控制配電系統(tǒng)(10)的裝置，包括連接到配電系統(tǒng)(10)的電源(30)的多個斷路器(16)；與所述多個斷路器(16)的各自一個通信的節(jié)點電子單元(20)，所述節(jié)點電子單元(20)遠離其所述多個斷路器(16)的各自一個；以及與每個所述節(jié)點電子單元(20)電氣通信的中央處理單元(24)，所述中央處理單元(24)控制每個所述節(jié)點電子單元(20)，從而執(zhí)行所述電源(30)的條件的基本同步的采樣，以使所述中央處理單元(24)可執(zhí)行所述多個斷路器(16)的所述條件的比較，以確定配電系統(tǒng)(10)中的故障。
11.如權(quán)利要求10的裝置，其中所述條件為電流相量值，并且所述故障是接地故障。
12.如權(quán)利要求11的裝置，其中所述中央處理單元(24)執(zhí)行所述比較以確定所述故障在配電系統(tǒng)(10)中的位置。
13.如權(quán)利要求12的裝置，其中所述中央處理單元(24)基于所述故障和所述位置控制所述多個斷路器(16)。
14.如權(quán)利要求10的裝置，其中所述節(jié)點電子單元(20)的所述基本同步的采樣在所選擇的時間窗內(nèi)進行。
15.如權(quán)利要求14的裝置，其中所述所選擇的時間窗在約五微秒到約十微秒之間。
16.如權(quán)利要求10所述的裝置，進一步包括數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(22)，所述數(shù)字網(wǎng)絡(luò)將所述中央處理單元(24)設(shè)置為與每個所述節(jié)點電子單元(20)電氣通信。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其中每個所述節(jié)點電子單元(20)通過所述數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(22)發(fā)送消息包給所述中央控制處理單元(24)，所述消息包包括所述條件。
全文摘要
提供一種用于監(jiān)測集中控制的配電系統(tǒng)的方法和裝置。該方法包括采樣集中控制的配電系統(tǒng)(10)中的電流，將所采樣的電流信號發(fā)送到中央控制處理單元(24)上，基于從所有節(jié)點電子單元(20)接收的電流信號確定接地故障出現(xiàn)及位置，以及通過打開供給電能給故障的斷路器(16)而隔離所確定的接地故障。該裝置構(gòu)造成采樣集中控制的配電系統(tǒng)(10)中的電流，發(fā)送與每個斷路器(16)相關(guān)的采樣電流信號給中央控制處理單元(24)，基于從配電系統(tǒng)(10)中的所有節(jié)點電子單元(20)接收的電流信號確定接地故障出現(xiàn)及位置，以及通過打開斷路器而隔離所確定的接地故障。
文檔編號H04L12/26GK1639938SQ03804614
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月25日
發(fā)明者威廉姆·詹姆斯·普雷莫蘭尼, 厄圖格魯爾·伯坎 申請人:通用電氣公司