专利名称：用于管理用以分配电能的网络中的故障事件的方法以及相应的电子保护单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于分配电能的网络的领域。具体来说，本发明涉及一种用于管理用 以分配低压电能或高压电能的网络中的故障事件的方法。另一方面，本发明涉及一种能够 执行上述方法的电子保护单元。
背景技术：
当前，在用于分配低压电能或高压电能的网络中使用保护设备，该保护设备具有 使该网络免受故障事件的后果伤害的功能。在许多情况下，所述保护设备包括传统类型的机电开关，其保护免受故障事件影 响的功能委托给在电闭合/断开接触件的电平的电动斥力现象的开始。传统上，所述开关 的电接触件实际上按以下方式成型在其中循环的电流沿彼此相反的方向流动。由此，接触 件中可能的电流的通路确定趋向于使它们分离的力的开始。在正常操作状态下，所述电动 斥力的强度在大多数情况下是可忽略的。在出现特别强的短路电流时，所述斥力变为能够 完成电接触件的分离。其它更先进的保护设备包括断路器，该断路器设置有电子保护单元，用于在发生 故障时启动用以确定分离该断路器的接触件的运动链。已经知晓，在管理故障事件时，利用上述保护设备获得显著的跳闸选择性具有特 别的重要性。通过术语“跳闸选择性”或更简要地通过“选择性”表示系统用于与网络中故障源 附近的供电相对受限部分绝缘的能力。换句话说，术语“选择性”指示以下能力以协调和证明的方式跳闸以减少发生故 障时的不便之处和服务短缺，仅将其限于网络中事实上处于风险中的部分，并且同时保持 系统其余部分的服务状态。换句话说，已知获得高水平的选择性是系统设计中尤其关键的方面。实际上，有必 要使更高跳闸可靠性的要求与包含电网安装及管理成本的明显需要相一致。在更传统的电网中，通过将保护设备分布在从能量观点区分的层级上(传统上， 更上游的(即，更接近于电压源的)级别被认为是更高层级)并且根据所占据的层级选择 每个保护设备的跳间特性来获得一定水平的选择性。假设网络的每个分支的规格被规定成在安全状态下携带足以向所有从其扩展的 更低级别提供的电功率，则通过利用在属于不同层级的保护设备之间存在的跳闸参数(接 触件的跳闸电流、跳闸时间、机械惯性等)的区别来获得选择性。这样，由故障事件导致的不便之处仅涉及网络中由以下故障设备控制的部分该 故障设备的层级直接高于故障本身发生的级别或位置。实践显示这种类型的解决方案存在某些缺点，该缺点在很大程度上关系到不能确 保高且在时间上恒定的选择性水平的事实。
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实际上，能够获得的选择性水平严格地与保护设备的标称状态相关。已经显示出 的是，与保护设备的部件的磨损状态以及相应的跳闸参数随之发生的变化相关地，电网的 性能在跳间选择性方面通常会显著地降低。其它更先进的已知类型的技术方案(例如，在欧洲专利EP838887和EP856739以 及在美国专利US6313639中描述的技术方案)设计使用能够在故障事件情况下相互通信以 协调相应的跳闸形式的保护设备(称为EFDP (早期故障检测预防)型的保护设备)。EFDP设备包括传感器和相应的电子装置，用于获取指示在等效负载(对应于网络 中受该设备自身控制的部分)中循环的瞬时电流及该瞬时电流的导数的数据样本。所述数据样本被发送到保护单元的输入端，并与对应于正常操作状态的预定数据 的表相比较。如果若干连续的数据样本未落入对应于正常操作状态的数据集中，则EFDP设 备的保护单元产生中间封锁(interblock)信号。所述中间封锁信号被发送到网络中位于上游的所有其它EFDP设备，使得抑制它 们的跳闸能力。如果所讨论的EFDP设备未按次序被设置在更下游的另一 EFDP设备中间封锁，则 其直接地跳闸，由此中断电流。为了以上目的，EFDP设备的保护单元产生适当的断开命令信号，用于激活用以确 定分离电接触件的运动链。明显的是，如何能够在包括EFDP设备的网络中获得比上述更传统的解决方案的 选择性水平更高的选择性水平，归功于跳闸形式的协调。 虽然满足设计这些技术方案的目的，但是这些技术方案还存在某些缺点。所述缺点基本上来自于以下事实获得高选择性严格地与网络的每个节点处 EFDP设备的存在相关。对于网络中不受EFDP设备管理的(或者，在任何情况下不与电网的 其余部分通信的)部分，选择性水平仍然保持与跳间参数中仅有的区别相关联，如同在更 传统的技术方案中那样。另一方面，单独使用EFDP设备来创建整个电网证明有些昂贵且费事。为了克服以上缺点，已知类型的其它技术方案设计提供安装有称为“跳闸延时”的 功能的EFDP设备。根据所述操作模式，在执行上述算法之后，EFDP设备在直接地干预并中断电流之 前等待预定时间间隔(例如，3. 5ms)。这样，对于任何位于上述EFDP设备下游的其它保护设备可以跳闸，如果其能够跳 闸的话。如果(仅如果)在上述等待间隔结束时仍然存在被检测到的故障状态，则EFDP设 备直接地跳闸，由此中断电流。已注意到，即使这种类型的方案能够实现对网络中更广泛部分的更高选择性，但 是其存在需要相对长的最小跳闸时间(在10ms至20ms之间)的缺点。如果希望保证电网在时间上的可靠操作，则所述跳闸时间有时是不可接受的。例 如，如果在某一 EFDP设备的下游不存在其它EFDP设备，并且在系统中的上述EFDP设备与 任何设置在下游的保护设备(非EFDP型)之间的部分处发生故障，则系统的所述部分持续 受到故障电流流动的影响的时长等于该EFDP设备的最小跳闸时间。假设所述故障电流(具体地说是短路电流)呈现特别高的值(例如，200kA)，则构成系统的上述部分的部件可能出现早期老化，即使在正常条件下也会危害其正确的操作。美国专利第US6844737号描述了一种EFDP设备，其设置有一些功能性，旨在提高 选择性水平，但是在必要的情况下确保相对减少的跳闸时间。所述功能性基于在查明违背负载中电流演变的常态条件时对应于电流导数的两 个连续样本的微分与电流之间的商的计算。然而实践表明，虽然提供一种关于故障电流的可能演变的预测，但是所述方案能 够提供仅为局部的且不总是可靠的指示。例如，对于在拓扑上复杂的网络部分，所述方法不 可能以合理的成功似然性知晓EFDP下游的保护设备是否已经跳闸。
发明内容
本发明的主要任务是提供一种用于管理用以分配电能的网络中的故障事件的方 法，该方法能够克服已知技术的缺点。在以上任务的框架中，本发明的目的是提供一种用于管理故障事件的方法以及相 应的电子保护单元，其能够获得更高的跳闸选择性，以便使跳闸时间最优化并且使在故障 现象中产生的能量最小化。本发明的另一个目的是提供一种用于管理故障事件的方法，以及相应的电子保护 单元，其能够在可能的最短时间内检测故障事件并确定对于确保限制系统在老化方面和在 服务短缺以及不便之处方面的损坏最有效的跳间形式。本发明的另一个目的是提供一种用于管理故障事件的方法，以及相应的电子保护 单元，其在实践中相对易于以相对抑制的成本实现。根据本发明，通过根据所附权利要求1及其从属权利要求中所指示的内容的用于 管理用以分配电能的网络中的故障事件的方法来提供将从随后的描述以及从附图中清楚 地显现的以上任务和目的以及其它目的。在另一方面，本发明还涉及根据所附权利要求10及其从属权利要求中所指示的 内容的电子保护单元。根据本发明的方法检测负载中故障状态的存在。当查明可能存在故障时，根据本 发明的方法执行一过程，以基于负载的瞬时电流的导数随时间的演变来确定被设计成局部 地中断负载中的电流的至少一个保护设备是否能够响应于上述故障状态而成功地完成所 采取的中断动作。对时间导数的演变的分析使得能够以相当大的确定性裕量预知由上述保护设备 启动的动作是会带来成功的结果还是一定会失败。基于所述预防性分析的结果，根据本发明的方法预测最适于发展中的情况的跳闸 模式。在负载包括多个能够跳闸的保护设备的情况下，根据本发明的方法优选地使得能 够识别正在执行中断动作的保护设备。如将在下文中更清楚地看到的那样，根据本发明的方法可以在相对抑制的成本下 通过电子保护单元容易地实现，所述电子保护单元能够被方便地集成在断路器的保护单元 中。
因此，根据本发明的方法使得能够将相当高的操作快速性与高跳闸选择性相结 合，结果显著地减少网络故障范围和不便之处以及在故障事件过程中产生的能量。由于以上原因，如将在下文中更清楚地描述的那样，尤其适于改进对包括在多个 层级上被划分的多个EFDP设备、用于分配电能的网络中的故障事件的管理。在该意义上， 根据本发明的方法使得能够实现在上述配电网的EFDP设备中已经存在的功能的重要升 级。
参照随后的描述和附图可以更容易地理解本发明的其它特征和优点，提供这些附 图仅作为非限制性说明，其中-图1是根据本发明的用于管理故障事件的方法的步骤的示意性图解的框图；-图2A是在根据本发明的方法中使用的负载中的电流导数的时距曲线图的一些 示例的示意图；-图2B是在根据本发明的方法中使用的电动斥力的轨线的一些示例的示意图；-图3是设计用于执行根据本发明的方法的电子保护单元的结构的示意图；-图4A至图4C是包括根据本发明的电子保护单元的用于分配电能的网络的示例 的示意图；以及-图5是包括图3的电子设备的保护断路器的示意图。
具体实施例方式参照上述附图，本发明涉及用于管理用以分配高压电能或低压电能的网络100中 的故障事件的方法1，并涉及相应的电子保护单元51。配电网100 (图4A至图4B)包括至少一个电压源101和负载102。术语“负载”表示通过方法1管理的网络部分。换句话说，术语“负载”表示在执 行方法1的过程中在电子单元51的下游看到的网络部分。负载102可以具有任何扩展和配置，并可以包括电网100的任何延伸，具有任何最 终使用电能的设备(或其它等效负载)Ll至L6。负载102包括至少一个保护设备103，其被设计成局部地中断负载102自身中的电
流通路。方法1包括用于执行第一过程的步骤11，该第一过程用于检测负载102中故障状 态的存在。优选的是，上述第一过程设计一连串步骤，这些步骤基本上类似于在监视电网的 部分的动作期间通常由EFDP型的保护设备执行的步骤。因此，包括步骤a’)，在步骤a’ )中，获取分别指示负载102中的瞬时电流及其导 数的数据202和数据203。接着是步骤b’)，在步骤b’)中，把在步骤a’)中获取的数据202和数据203与 第一预定数据集相比较，所述第一预定数据集指示在负载102的正常操作状态下负载102 中的瞬时电流及其导数。参照图2B，在步骤a’ )中，获取数据对[i (t)，di (t)/dt]，该数据对中的每个数据标识平面i (t)-di (t)/dt中的任一点P。上述第一预定数据集标识平面i (t)-di (t)/dt中 的区域301，区域301限定指示负载102的正常操作情况的点P的位置。在步骤b’ )中，进行检查以验证所获取的数据202和数据203是否标识平面 i(t)-di(t)/dt中的包含在上述区域301中的点P。在至少一个在步骤a’ )中获取的数据样本不包含在上述第一数据集中并由此标 识区域301之外的点P2(图2B)的情况下，第一过程包括步骤C’)，在步骤C’)中，产生指 示存在异常状态的“触发”信号(即，激活信号)。在未发生这种情形的情况下(图2B的点Pl)，第一过程设计 作为步骤c’)的替选 的步骤d’ )，在步骤d’)中，重复至少步骤a’ )和步骤b’)，以便对数据202和数据203进
行进一步采样。在方法1的实际实现中，上述第一过程因此优选地持久有效，以连续地监视负载 102的操作并在检测到故障状态时产生触发信号。所述触发信号确定对方法1中必须在步 骤11之后执行的步骤的激活。当检测到故障状态时，方法1可以有利地设计步骤13，在步骤13中，产生针对在网 络中存在的一个或更多个保护设备的中间封锁信号IBott(图3和图4C)。相反的是，方法1 还可以优选地设计步骤14，在步骤14中，进行验证以检查是否存在中间封锁状态，即，是否 在输入端接收到来自存在于网络中的一个或更多个保护设备的中间封锁信号IBin(图3和 图 4C)。在上述可能的步骤13和步骤14以及可能的步骤12 (下文中将对其进行更充分的 描述)之后，方法1包括步骤15，在步骤15中，执行第二过程，该第二过程被设计成基于负 载102中的瞬时电流的导数随时间的演变来确定由保护设备103之一启动的中断动作的执 行状态(图4A至图4C)。参照图2A，第二过程分析瞬时电流导数di (t)/dt在特定时间窗Wt中的演变，该时 间窗Wt是基于设备103的中断参数而预先确定的。如果di(t)/dt的时间演变指示故障电流的不受控演变(图2A的曲线α)，则第二 过程设计产生触发信号(TC)，该触发信号要被发送给保护设备103上游(即，在更高层级 处)的保护设备。否则，如果di(t)/dt的时间演变指示故障电流以受控方式演变(图2A的曲线β 和曲线Y)，则第二过程设计进行监视(曲线β)或者甚至终止监视di(t)/dt(曲线Y)。使用预定时间窗Wt观察负载102上的di(t)/dt的演变，使得可以获得足够量的 信息以合理的确定度估计故障电流的演变并由此估计设备103的跳闸动作成功的似然性。因此，第二过程包括第一步骤a” )，在第一步骤a”)中，获取数据203A，数据203A 指示负载中的瞬时电流的导数随时间的演变。接下来，设计步骤b”)，在步骤b”)中，对在步骤a”)中获取的数据与作为保护设 备103的特性的下限阈值和上限阈值(分别为THl和TH2)相比较。可以基于设备103的跳闸参数和/或配电网100的特殊管理要求来预先确定阈值 THl和TH2。例如，可以使上限阈值TH2变化以根据要求响应于负载102中的故障而调整总 跳闸时间。在这点上，第二过程设计了一些步骤，这些步骤可以彼此替换以基于在步骤b”)过程中进行比较的结果而被执行。在电流导数在时间上超过上限阈值TH2的情况下，设计步骤C”)，在步骤C”)中，终止该过程并产生针对设置在上游的保护设备的断开命令信号Tc。实际上，如果电流导数 增大到超过阈值TH2(图2A的曲线α )，则负载102中的电流的演变不能与作为设备103的 特性的电动斥力的轨线相一致。这意味着保护设备103不能完成该动作，例如由于由故障 电流导致的接触件损坏。因此，产生用于使关于保护设备103的更高层级的保护设备(例 如，图4C的设备CB0)跳闸的断开命令信号TC，保护设备103试图以这样的方式跳闸，使得 可能能够完成负载102中的故障电流的中断。如果电流导数在时间上呈现出低于下限阈值THl的值，则第二过程设计为其自身 终止。于是返回这种情况通过第一过程11对负载102中仍然有效的部分继续监视。刚刚 所描述的情况实际上指示只要负载中的电流再次呈现出正常操作的值，保护设备103就 能够成功地完成所采取的跳闸动作。因此可以返回至对负载中未受故障影响的部分进行监 视。在阈值THl与ΤΗ2之间的中间位置中的电流导数数据表示保护设备103仍然在执 行中断动作，而同时未发生任何可能对设备的操作有害的现象。因此，第二过程设计继续监 视设备103的动作。因此，设计步骤e”)，在步骤e”)中，重复至少步骤a”)和步骤b”)， 以便对输入数据203A进行进一步采样。根据另一个实施例，步骤15的第二过程可以设计单独关于上限阈值TH2观察电流 导数di(t)/dt的演变。如果di (t) /dt呈现出高于阈值TH2的值，则产生针对设备103上游的保护设备的 断开命令信号Tc。否则，继续监视di (t)/dt的时间演变，直到设备103完成断开动作。在负载102包括单个保护设备103 (图4A)的情况下，可以以唯一的方式选择阈值 参数，而关于正在跳闸的保护设备的识别没有任何混淆的可能性。在负载102包括若干能够跳闸的保护设备(图4B至图C)的情况下，适当地选择 阈值参数可能显然更费事，有利的是，优选地识别正在跳闸的保护设备103。为此，方法1包括步骤12，在步骤12中，执行第三过程，该第三过程被设计成识别 至少一个保护设备103，该保护设备103已经启动用于中断负载102中的电流的动作。假设所述过程用于实现对由上述第二过程使用的特性阈值TH2和(可能的)TH1 的适当选择，则有利地在执行步骤15之前执行步骤12。在优选实施例中，上述第三过程包括第一步骤a”’)，在第一步骤a”’ )中，获取指 示至少负载102中的瞬时电流及其导数的数据202和数据203。然后，第二过程设计步骤b”’)，在步骤b”’)中，把在步骤a”’)中获取的数据202 和数据203与一个或更多个第二预定数据集相比较，所述一个或更多个第二预定数据集指 示在至少一个保护设备103的电流中断动作过程中负载102中的瞬时电流的导数的演变。优选的是，所述第二数据集对应于一个或更多个保护设备103A至103C的电动斥 力的特性轨线的一个或更多个映射，所述一个或更多个保护设备被设计成中断负载102中 的电流的通路。所述电动斥力的特性是指示负载102上作为电流i(t)的函数的电流导数 di(t)/dt的演变的曲线。所述映射中的每个映射可以有利地包括一个或更多个特性曲线 T103a M T103c(图2B)，基于预定操作状态(例如，基于短路电流和/或操作电压)来有利地计算这些特性曲线中的每个特性曲线。所述特性曲线的使用是建立在观察的基础上，通过观察，由于每个保护设备的典 型的空间、电磁、机械和形态特性的不同组合，多个经受相同的故障电流的保护设备在执行 电流中断动作的过程中以不同的方式表现。所述不同的表现尤其在接触件的电动斥力过程 中可识别。因此，在平面i(t)_di(t)/dt中呈现的电动斥力的轨线以基本上唯一的方式表 现进行电流中断动作的保护设备的特征。在步骤b”’ )中，进行检查以验证由在前一步骤a”’ )中获取的数据i(t)、di(t)/ dt标识的平面i (t)-di (t)/dt中的点位于上述曲线1\_至T1㈣中的哪个曲线上。例如，如 果所述点沿特性曲线Tici3b定位(或者在由所述曲线包围的区域中)，则这意味着恰恰是保 护设备103B正在跳闸以中断负载102中的电流。然后，上述第二过程设计步骤C”’)，在步骤C”’ )中，基于在步骤b”’ )中进 行比 较的结果来识别正在跳闸以中断负载102中的电流的保护设备103B。当识别出正在对负载执行电流中断的保护设备(例如设备103B)时，选择对应于 要在下一步骤15中使用的电流导数的相应的阈值参数。然后，设计用于选择电流导数的上限阈值12_的步骤d”’)以及用于选择电流导 数的下限阈值IIici3b的可能的步骤e”’)，所述阈值被预先确定并且作为在步骤c”’ )中识 别出的保护设备103B的特性。可以在作为保护设备103B的特性的阈值I11(13B、I21(13B的族之间进行上述选择。可 以基于配电网1的跳间要求来对每一族进行参数化。一旦选择了阈值参数111(|%和I21Q3B，上述第三过程就可以终止。可以开始上面描 述的步骤15，并且可以执行上述实施例中的一个实施例中相应的第二过程而没有任何模糊 之处。如上所述，在本发明的另一方面，本发明还涉及一种电子保护单元51，其用于用以 分配低压电能或高压电能的网络。电子设备51的特性在于包括处理单元510，优选地包括至少一个微处理器。处理单元510包括被设计成执行上述方法1的计算机化装置52。计算机化装置52有利地能够存储在方法1的过程中使用的预定数据，例如，上述 第一预定数据集和第二预定数据集或特性阈值。每次可以将所述预定数据更新，以考虑在 每个故障事件之后对保护设备的行为的不可避免的修改。可以通过操作员输入数据定期地 引入所述更新，或者通过适当的自学习过程自动地引入所述更新。可替选的是，每次可以在输入端将所述预定数据发送给计算机化装置52。计算机化装置52有利地能够从其它保护设备接收外部中间封锁信号IBin,以及/ 或者产生要被发送到其它保护设备的中间封锁信号IBott或断开命令TC。此外，计算机化装置52可以被编程以考虑由电子设备51的部件引入的非线性和 延时。电子单元51优选地包括传感器装置530，其用于获取指示负载中的瞬时电流 和/或其导数的数据。上述传感器装置可以包括已知类型的传感器，例如电流计变压器、 RogOWSki线圈、电阻型分流器和/或霍尔传感器，以及/或者市场上可得到的其它可替选类 型的传感器。
根据优选实施例，处理单元510包括第二计算机化装置532，其用于对来自传感器装置530的信号5301进行数字处理。第二计算机化装置532可以有利地执行对输入信号5301的模/数转换、滤波以及采样。如果有必要，第二计算机化装置532可以实现对信号5301的积分或微分操作，使 得在第一计算机化装置52的输入端总是可以得到指示负载102中的瞬时电流及其导数的 数据202和/或数据203至数据203A的样本。根据可替选实施例(未示出)，对信号5301的处理可以改为通过适当的电子装置 来进行，该适当的电子装置位于传感器装置530的下游，并包括集成电子电路或分立电子 电路。电子单元51可以独立地用于管理用以分配电能的网络中的故障事件。在这种情 况下，所述单元可以像任何保护设备一样被安装在网络中。然而，有利的是，电子单元51可以完全地集成在用以分配电能的网络中使用的保 护设备400的继电器401中(图5)。为此，对于电子单元51，可以方便地使用继电器401 板上可用的硬件资源和软件资源。例如，处理单元510在功能上可以由继电器401板上的 处理单元构成，其可以有利地包括计算机化装置52和532。被设计成通过一个或更多个软件模块实际地实现计算机化装置52和(可能 的)532的一个或更多个计算机程序可以通过操作员作出的直接介入或者从远程站点容易 地下载到继电器401的处理单元中。根据本发明的方法1找到其在管理包括EFDP型的保护设备的用于分配电能的网 络中的故障事件方面自然且适当的应用。参照图4C，示意性地图解了用于分配低压电能或高压电能的网络100，所述网络 包括电压源101和分布在若干层级上的多个保护设备。所述保护设备例如可以包括若干EFDP型的保护设备(例如，设备EFDPl至EFPD2) 以及更传统类型的保护设备(例如，设备CBO至CB8)。网络100可以有利地设计通信总线(未示出)，用于将上述保护设备连接在一起。在配电网100中，至少一个EFDP型的保护设备包括继电器，该继电器设置有处理 单元510，或者更一般地，设置有能够执行根据本发明的方法1的处理单元。在下文中定义为EEFDP(增强型EFDP)保护设备的所述保护设备能够管理网络中 直接下游的部分中的故障事件，因此，该直接下游的部分构成EEFDP设备看到的负载102。 可以注意到，负载102例如包括最后负载(或其它负载)L2至L6以及保护设备CB2至CB8。基于根据本发明的方法1，在发生故障事件(例如，对应于负载L3)的情况下， EEFDP保护设备能够确定负载102中存在故障状态，这归功于在步骤11中进行的连续监视 动作。一旦检测到所述故障状态，EEFDP保护设备就能够有利地验证是否已在输入端从 设置在更下游的EFDP型的可能的保护设备接收到中间封锁信号IBin。如果不是这种情况，则保护设备EEFDP有利地产生要发送给(更高层级的)设备 EFDPl的中间封锁信号IBqut。如果已查明存在故障状态，则由于下游存在若干保护设备，因此EEFDP保护设备执行第三过程15，用于识别保护设备CB2至CB8中的哪个保护设备已经启动局部中断负载 102中的电流的动作。注意到，对正在跳闸的保护设备的识别使得能够识别网络中已发生故 障的部分。一旦识别出所述保护设备，例如是保护设备CB5，EEFDP保护设备就执行第二过程 12，以确定由保护设备CB5启动的中断动作的执行状态。在查明上述中断动作能够被成功有效地结束的情况下，EEFDP设备不进行任何进 一步的干预，并继续监视负载中未受故障影响的部分。
在查明上述中断动作正在有规律地进行的情况下，如果选择用于EEFDP设备的采 样频率为20kHz，则EEFDP设备将继续以约每50 μ s的间隔连续地监视中断动作的性能。最后，在查明上述中断动作不能被成功结束的情况下，EEFDP设备产生断开命令信 号TC。命令信号TC被有利地发送给设置在关于设备CB5的上游的保护设备，例如设备 CB2。一旦接收到断开命令信号，设备CB2就启动电流中断动作。有利的是，EEFDP设备将命令信号TC发送给最适合于快速地完成该动作的保护设 备，即，发送到呈现出关于故障程度最适当的跳闸参数的保护设备。可以基于已经存储在 EEFDP设备板上的预定数据来有利地进行上述保护设备的选择。然而，有利的是，EEFDP设备可以再次执行第三过程，以控制设备CB2进行的动作 的性能。如果需要的话，EEFDP设备还可以通过借助于命令信号TC激活其控制运动链来引 起板上开关的直接跳闸。可替选的是，命令信号TC还可以被直接地发送给设置在EEFDP设备上游的保护设 备，例如，发送给设备EFDPl和/或保护设备(非EFDP型)CB0。在实践中注意到，根据本发明的方法1以及相应的电子保护单元51使得能够实现 预先设置的任务以及要达到的目的。基于作为适当阈值的函数的、负载自身上的瞬时电流的导数随时间的演变来估计 对负载上的故障电流的中断动作的执行状态。可以获得针对用于分配电能的网络的每个部分的高水平的跳闸选择性，具有根据 检测到的故障的范围和性质的相对减少和最佳的跳闸时间。可以在不专门依靠预定类型(例如，计时电流型、能量型或时间(temporal)型) 的因素而仅基于配电网的真实状态的情况下获得所述选择性水平，即使所述配电网是预先 存在的网络并且不包括特别为执行方法1而预先设置的保护设备。此外，在不需要特定配线而仅通过提供负载的保护设备的特性数据的情况下获得 所述选择性水平。以上所述导致网络管理形式方面的显著改进。最重要的是，相对高的并且可以被潜在地扩展到网络的每个部分的选择性水平 (即使未因此而在先前预先布置)使得能够增加所使用的设备/部件尤其是保护设备的有 效服务寿命，进而减少操作管理成本。另一方面，方法1使得能够充分地挖掘根据其操作状态而使用的部件/设备的潜 力。此外，方法1使得能够搜集关于所使用的设备/部件的剩余服务寿命的信息。例如，可以通过比较电动斥力的连续特性轨线或者通过检测正确响应故障事件的能力的变化来推 断网络的保护设备的逐渐劣化。方法1的特征在于显著的操作灵活性，这使其能够容易地适用于网络管理的可能 的不同形式，并且/或者适用于所使用的设备/部件的效率的有效状态。电子保护单元51可以独立地使用或者容易地集成在通常使用的保护设备板上， 即使该保护设备预先存在并且没有特别针对其预先设置。这显然能够抑制安装及其操作使 用的成本。因此，方法1能够便于用来对预先存在的电网的管理的操作模式进行更新，这大 大降低了启动成本。因此，可以对相对陈旧的系统进行升级以使它们具有高水平的操作管理。
根据本发明的方法或相应的电子保护单元可以找到根据不同于上述实施例的实 施例的实际实现方式。基于所提供的描述，对于本领域普通技术人员来说，例如基于可用的 硬件/软件资源，其它特性、修改或改进变得可能且明显。因此，应该认为所述特性、修改和 改进形成本发明的部分。
权利要求
一种用于管理用以分配电能的网络(100)中的故障事件的方法(1)，所述配电网包括至少一个电压源(101)和负载(102)，其特征在于，所述方法包括至少一个执行第一过程的步骤(11)，所述第一过程用于检测所述负载中故障状态的存在；以及至少一个执行第二过程的步骤(15)，所述第二过程被设计成基于所述负载中的瞬时电流的导数随时间的演变来确定由至少一个保护设备(103、103A至103C)启动的中断动作的执行状态，所述至少一个保护设备(103、103A至103C)被设计成局部地中断所述负载中的电流的通路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一过程至少包括以下步骤a’)获取数据(202、203)，所述数据(202、203)指示所述负载中的瞬时电流和所述负载 中的瞬时电流的导数；b’ )把在所述步骤a’ )中获取的数据与第一预定数据集(301)相比较，所述第一预定 数据集(301)至少指示在正常操作状态下所述负载中的瞬时电流和该瞬时电流的导数；以 及c’)如果在所述步骤a’)中获取的数据不包含在所述第一数据集中，则产生触发信号；否则d’ )如果在所述步骤a’ )中获取的数据包含在所述第一数据集中，则针对指示所述负 载中的瞬时电流和所述负载中的瞬时电流的导数的进一步的数据至少重复所述步骤a’ ) 和 b，)。
3.根据前述权利要求中的一个或更多个权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二 过程包括以下步骤a”)获取数据(203A)，所述数据(203A)指示所述负载中的瞬时电流的导数随时间的演变；b”)把在所述步骤a”)中获取的数据与作为所述保护设备的特性的电流导数的预定上 限阈值(TH2、12腦)相比较；以及c”)如果在所述步骤a”)中获取的数据高于所述上限阈值，则终止所述第二过程并产 生断开命令信号(TC)。
4.根据权利要求1和2中的一个或更多个权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二 过程包括以下步骤a”)获取数据(203A)，所述数据(203A)指示所述负载中的瞬时电流的导数随时间的演变；b”)把在所述步骤a”)中获取的数据与作为所述保护设备的特性的电流导数的预定下 限阈值和预定上限阈值(TH1、II腦、TH2、12腦)相比较；以及c”)如果在所述步骤a”)中获取的数据高于所述上限阈值，则终止所述第二过程并产 生断开命令信号(TC)；否则d”)如果在所述步骤a”)中获取的数据低于所述下限阈值，则终止所述第二过程；否则e”)如果在所述步骤a”)中获取的数据高于所述下限阈值并低于所述上限阈值，则至 少重复所述步骤a”)和b”)。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述断开命令信号被发送给 在所述保护设备的上游电连接的另一保护设备。
6.根据前述权利要求中的一个或更多个权利要求所述的方法，其特征在于，在所述执 行所述第二过程的步骤之前有以下步骤中的一个或更多个步骤-在存在所述故障状态的情况下，在输出端产生(13)中间封锁信号(IBOTT)；以及/或者 -验证(14)可能的中间封锁状态的存在；以及/或者 -执行被设计成识别所述保护设备的第三过程(12)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三过程(12)至少包括以下步骤 a”’ )至少获取指示所述负载中的瞬时电流和所述负载中的瞬时电流的导数的数据； b”’ )把在所述步骤a”’ )中获取的数据与一个或更多个第二预定数据集(T1CI3A、T103B,T103C)相比较，所述第二预定数据集(T1C13A、■、！\)指示在所述保护设备的电流中断动作 过程中所述负载中的瞬时电流及该瞬时电流的导数的演变；c”’ )基于在所述步骤b”’ )中进行比较的结果来识别所述保护设备； d”’ )针对在所述步骤c”’ )中识别出的所述保护设备选择电流导数的特性上限阈值 (I2103B)；以及可能的e”’ )针对在所述步骤c”’ )中识别出的所述保护设备选择电流导数的特性下限阈值(I ll03B) °
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二预定数据集包括所述至少一个 保护设备的电动斥力的特性曲线的一个或更多个映射。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述映射中的一个或更多个映射包括一 个或更多个特性曲线，所述一个或更多个特性曲线中的每个特性曲线是基于预定操作状态 计算的。
10.一种用于用以分配电能的网络的电子保护单元(51)，其特征在于，所述电子保护 单元(51)包括处理单元(510)，设置有第一计算机化装置(52)，用于执行根据前述权利要 求中的一个或更多个权利要求所述的用于管理故障事件的方法(1)。
11.根据权利要求10所述的电子保护单元，其特征在于，所述电子保护单元包括用于 获取对应于所述负载中的瞬时电流和/或其导数的数据的传感器装置(530)，所述处理单 元包括用于处理由所述传感器装置接收的信号(5301)的第二计算机化装置(532)。
12.根据权利要求10所述的电子保护单元，其特征在于，所述电子保护单元包括用于 获取对应于所述负载中的瞬时电流和/或其导数的数据的传感器装置，所述处理单元包括 用于处理从所述传感器装置接收的信号的电子装置。
13.一种用于用以分配电能的网络的EFDP(EEFDP)型的保护设备，其特征在于，所述保 护设备包括根据权利要求10至12中的一个或更多个权利要求所述的电子保护单元(51)。
14.一种用于分配电能的网络，所述配电网包括 -至少一个电压源和负载；-多个保护设备，根据多个层级而位于所述配电网中；所述网络的特征在于，所述保护设备中的至少一个保护设备是根据权利要求13所述 的EFDP(EEFDP)型的保护设备。
15.一种用于保护用以分配电能的网络的断路器，其特征在于，所述断路器包括根据权 利要求10至12中的一个或更多个权利要求所述的电子保护单元。
全文摘要
本发明涉及一种用于管理用以分配低压电能或高压电能的网络(100)中的故障事件的方法(1)，所述网络(100)包括至少一个电压源(101)和负载(102)。根据本发明的方法包括至少一个执行第一过程的步骤(11)，所述第一过程用于检测所述负载中故障状态的存在；以及至少一个执行第二过程的步骤(15)，所述第二过程被设计成基于所述负载中的瞬时电流的导数随时间的演变来确定由至少一个保护设备(103、103A至103C)启动的中断动作的执行状态，所述至少一个保护设备(103、103A至103C)被设计成局部地中断所述负载中的电流的通路。在本发明的另一方面，本发明还涉及一种能够执行上述方法的电子保护单元。
文档编号H02H3/44GK101849336SQ200880101889
公开日2010年9月29日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年8月7日
发明者安东尼奥·玛丽亚·加贝洛, 马西莫·波齐 申请人:Abb公司