具有通信總線故障診斷功能的保護裝置、系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總體涉及配電網(wǎng)絡的保護，尤其涉及配電網(wǎng)絡中用于例如斷路器的保護裝置，該保護裝置例如具有區(qū)域選擇互鎖功能。
【背景技術】
[0002]在一個配電系統(tǒng)中，通常借助開關(例如，斷路器)來導通或切斷系統(tǒng)內(nèi)的供電連接，尤其切斷功率源到用電負載的供電連接。這些開關針對額定電流而設計且在發(fā)生例如接地短路故障時，切斷流經(jīng)該開關的電流，即切斷供電連接。
[0003]通常希望在發(fā)生故障時僅斷開與故障有關的或距離故障最近的供電連接，這也稱為區(qū)域選擇斷開，或稱作區(qū)域選擇互鎖(ZSI:Zone Selectivity Interlock)。具體地,假定在一個單電源供電的多級配電網(wǎng)絡中發(fā)生接地短路故障，則檢測到故障的每個斷路器都需要向其上游斷路器傳遞一個互鎖信號(ZSI信號)。這樣，僅有那些沒有接到ZSI信號的斷路器被確定為是最接近故障點的斷路器并執(zhí)行瞬時保護(例如，延遲時間t=50ms)，即以最短延遲時間執(zhí)行斷開動作。那些接收到ZSI信號的斷路器則進行定時保護，或稱“鎖定”。所謂定時保護或鎖定是指:若預定延遲時間(例如100ms)到期時故障仍未消除(例如更接近故障點的斷路器的保護動作失效)，則該斷路器斷開，否則保持連接。
[0004]對于多電源的配電網(wǎng)絡，由于配電網(wǎng)絡的復雜度提高，上述簡單的ZSI不再適用。由此，提出了方向性區(qū)域選擇互鎖(DZS1:Direct1nal Zone Select Interlock)。在 2013年4月26日提交的、中國專利申請N0.201310150057.5中記載了一種方向性區(qū)域選擇保護的實現(xiàn)方法及裝置。如該專利申請所記載的，根據(jù)流過當前斷路器的電流的方向而選擇性地向不同斷路器傳遞ZSI信號。這樣的好處是即使網(wǎng)絡中存在多電源或有源負載也可以較為可靠地實現(xiàn)選擇性保護。
[0005]無論ZSI方法還是DZSI方法，ZSI信號都在各斷路器的保護裝置之間的通信路徑上傳輸。為此，用于傳遞ZSI信號的通信路徑是否工作正常成為區(qū)域選擇互鎖實現(xiàn)的前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目的在于提出一種診斷用于傳送ZSI信號的通信路徑是否正常的方法，及相關的保護裝置。該方法和保護裝置能夠連接到現(xiàn)有的ZSI斷路器，而不改變現(xiàn)有斷路器的電子脫扣單元的結(jié)構，且能夠?qū)崿F(xiàn)分布式DZSI管理。由此，采用這種保護裝置可以無需對現(xiàn)有的ZSI斷路器進行更改，即可通過外接所述保護裝置的方式實現(xiàn)ZSI通信路徑的診斷和告警。
[0007]本發(fā)明的另一個目的在于減少該保護裝置中電路的復雜度、減少為該裝置配備的獨立電源，以縮小保護裝置的體積、降低其成本。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的，本發(fā)明提出了一種用于配電網(wǎng)絡中的一個開關的保護裝置。所述保護裝置經(jīng)由至少一通信總線與至少另一個開關的保護裝置連接，所述保護裝置包括:第一接口，能夠連接到第一通信總線；第一受控開關對，連接到所述第一接口，用于響應于一控制信號而將所述第一接口配置成輸出端口或輸入端口 ；第一控制單元，用于控制所述第一受控開關對，以使得在第一診斷時間段內(nèi)將所述第一接口配置成輸入端口 ；并且當所述診斷時間段內(nèi)來自所述第一接口的輸入信號異常時，發(fā)出第一告警信號；其中，在所述第一診斷時間段內(nèi)，連接到所述第一通信總線的各保護裝置的接口均配置成輸入端口。
[0009]本發(fā)明的這種保護裝置能夠自檢用于傳遞ZSI信號的通信總線是否工作正常，并可在發(fā)現(xiàn)總線出現(xiàn)短路或反接故障時及時告警。由此，這一裝置能夠?qū)崿F(xiàn)獨立自檢，從而保證ZSI信號通信的可靠性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，所述的保護裝置，還包括第一反饋電路，在所述第一接口被配置為輸出端口時耦合到所述第一接口的輸出路徑上，用于檢測經(jīng)由所述第一接口發(fā)送到所述第一通信總線上的診斷信號并生成一第一反饋信號，且所述第一反饋信號被送入所述第一控制單元；所述第一控制單元還控制所述第一受控開關對，以使得在第二診斷時間段內(nèi)將所述第一接口配置成輸出端口，且經(jīng)由所述第一接口將一診斷信號周期性地發(fā)送到所述第一通信總線上，所述第一控制單元還在所述第二診斷時間段內(nèi)所述第一反饋信號異常時，發(fā)出第二告警信號；其中，所述第二診斷時間段內(nèi)，連接到所述第一通信總線的各保護裝置的接口有且僅有所述第一接口配置成輸出端口。
[0011]優(yōu)選地，保護裝置還包括第一輸出電路，其連接到所述第一受控開關對中的輸出開關，且在所述輸出開關導通時，所述第一輸出電路將來自所述第一控制單元的指令轉(zhuǎn)換為所述診斷信號，輸送到所述第一接口 ；其中，所述第一反饋電路(IN_F，INF_A)設置在所述第一輸出電路(OUTA)的輸出路徑中。
[0012]本發(fā)明的這種保護裝置能夠自行檢測出用于傳遞ZSI信號的通信總線上是否出現(xiàn)斷路故障。由此，這一裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不僅短路和反接故障自檢，還能夠?qū)崿F(xiàn)斷路故障自檢，從而進一步提高了 ZSI信號通信的可靠性。
[0013]在另一個實施例中，該保護裝置還包括第二接口，其連接到第二通信總線；第二受控開關對，連接到所述第二接口，用于響應于一控制信號而將所述第二接口配置成輸出端口或輸入端口 ；所述第一輸出電路，還連接到所述第二受控開關對中的輸出開關，所述第一控制單元能夠控制所述第一和第二受控開關對，以使得在所述第二診斷時間段內(nèi)使得所述第一接口和所述第二接口交替配置成輸出端口；在所述第二診斷時間段內(nèi)經(jīng)由所述輸出端口發(fā)出一個診斷信號；在第二診斷時間段內(nèi)讀取所述反饋信號以及在所述反饋信號異常時，發(fā)出與相應接口關聯(lián)的第二告警。
[0014]本發(fā)明的這種保護裝置能夠交替檢測連接到兩個接口的通信總線是否出現(xiàn)故障。而且，兩個接口能夠共用同一個輸出電路。這樣保護裝置的體積更小，成本更低。
[0015]優(yōu)選地，本發(fā)明提出的保護裝置還包括:第一輸入電路，連接到所述第一受控開關對中的輸入開關，且在所述輸入開關導通時，所述第一輸入電路將來自所述第一接口的信號轉(zhuǎn)換為第一控制單元可讀的所述輸入信號，輸送到第一控制單元。
[0016]優(yōu)選地，所述第一控制單元還控制所述第一受控開關對，以使得在第二診斷時間段內(nèi)所述第一接口配置成輸入端口，且在所述第二診斷時間段內(nèi)所述輸入信號(IA)異常時發(fā)出第二告警；其中，所述第二診斷時間段內(nèi)連接到所述第一通信總線的各接口中有且僅有一個接口配置成輸出端口。
[0017]本發(fā)明的這種保護裝置能夠?qū)τ诰W(wǎng)絡中的查詢單元和非查詢單元進行不同的配置。對于非查詢單元，其僅需要周期性檢測輸入信號是否正常，且在異常時告警。這樣，對于非查詢單元的控制流程簡單，響應速度更快。
[0018]優(yōu)選地，保護裝置的第一輸入電路可以連接到所述第一受控開關對和第二受控開關對中的輸入開關且在相應輸入開關導通時，所述第一輸入電路將來自所述第一 /第二接口的信號轉(zhuǎn)換為第一控制單元可讀的所述輸入信號，輸送到第一控制單元；所述第一控制單元還用于控制所述第一和第二受控開關對，以使得在第二診斷時間段內(nèi)交替將所述第一接口和所述第二接口配置成輸入端口 ；在所述第二診斷時間段內(nèi)所述輸入信號異常時，發(fā)出與相應接口關聯(lián)的第二告警信號。
[0019]本發(fā)明的這種保護裝置中，輸入電路也可以兩個接口共用，因而結(jié)構相較于現(xiàn)有技術更加簡單，且不降低其性能。
[0020]此外，本發(fā)明提出的保護裝置，在其檢測到供電線上出現(xiàn)短路故障時，通信總線的故障診斷功能自動中斷。待短路故障消除后，診斷功能重新啟用。
[0021]根據(jù)本發(fā)明另一個方面，本發(fā)明還提出了一種診斷配電網(wǎng)絡中用于傳遞區(qū)域選擇互鎖信號的通信總線上的故障的方法，其中，所述配電網(wǎng)絡包括兩個或兩個以上的開關，每個開關配置有保護裝置，所述保護裝置之間經(jīng)由至少一通信總線與至少另一個開關的保護裝置交互ZSI信號，所述方法包括:在第一診斷時間段內(nèi)使得連接到同一通信總線(BUS1、BUS2)的各保護裝置的接口均配置成輸入端口 ；在連接到所述通信總線的每個保護裝置處分別檢測其輸入端口接收到的輸入信號；如果檢測到所述輸入信號異常，則該保護裝置發(fā)出與相應接口關聯(lián)的第一告警。
[0022]優(yōu)選地，該方法還包括在第二診斷時間段中，使得連接到同一通信總線的各保護裝置中一個保護裝置為查詢單元，且使得該查詢單元連接到所述通信總線的接口配置成輸出端口，其他非查詢保護裝置的接口保持為輸入端口 ；在該查詢單元處，在第二診斷時間段內(nèi)周期性發(fā)送診斷信號；在查詢單元處，檢測該查詢單元的輸出端口的反饋信號；如果該反饋信號異常，則該查詢單元發(fā)出與相應接口關聯(lián)的第二告警。
[0023]更為優(yōu)選地，所述第二診斷時間段中，使得連接到同一通信總線的非查詢單元的接口配置成輸入端口 ；在各非查詢單元處，檢測該非查詢單元的該輸入端口的輸入信號；如果該輸入信號異常，則該非查詢單元發(fā)出與相應接口關聯(lián)的第二告警。
[0024]優(yōu)選地，當發(fā)現(xiàn)信號異常的持續(xù)時間大于一個預定閾值時，再發(fā)出與相應接口關聯(lián)的故障告警，其中該預定閾值大于第一診斷時間段，或大于第一診斷時間段與第二診斷時間段之和。這里，所述第一診斷時間段和第二診斷時間段遠小于ZSI信號的持續(xù)時間。
[0025]優(yōu)選地，該方法還可包括:若連接到所述通信總線的各個保護裝置的接口均發(fā)出所述第二告警，則表明在所述查詢單元的接口處出現(xiàn)通信總線斷路故障；或者若僅一個或多個非查詢單元發(fā)出所述第二告警，則表示所述非查詢單元的接口處出現(xiàn)通信總線斷路故障。
[