[发明专利]具有方向性区域选择互锁功能的保护装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及配电网络的保护，尤其涉及配电网络中用于断路器的方向性区域选择互锁。

背景技术

区域选择保护，或称作区域选择互锁(ZSI：Zone Selectivity Interlock)是一种通过尽可能缩短故障清除时间来减小在短路故障情况下配电网络中各配电设备所受冲击的方法。具体而言，假定在一个单电源供电的多级配电网络中发生故障，则检测到故障的每个断路器都需要向其上游断路器报告检测到故障，即发出互锁信号。这样，仅有那些没有接到上报的断路器被确定为是最接近故障点的断路器并执行瞬时保护(例如，延迟时间t＝50ms)，即以最短延迟时间执行断开动作。那些接收到上报的断路器则进行定时保护，或称“锁定”。所谓定时保护或锁定是指：若预定延迟时间(例如100ms)到期时故障仍未消除(例如更接近故障点的断路器的保护动作失效)，则该断路器断开，否则保持连接。由此可见，ZSI可以实现断路器的选择性动作。

对于多电源的配电网络，由于配电网络的复杂度提高，上述简单的ZSI不再适用。由此，提出了方向性区域选择互锁(DZSI：Directional Zone Select Interlock)，其基本原理是：依据故障发生时流过各个断路器的电流方向之间的相互关系来识别出故障点，并进而为了消除所识别出的故障而确定各个断路器动作的延迟时间。这样的好处是即使网络中存在多电源或有源负载也可以较为可靠地实现选择性保护。

现有技术中有多种实现方向性区域选择保护的方法。在2010年7月7日公开的、中国专利申请No.200910266751.7中公开了一种方向性区域选择保护的实现方法。该方法选用了一个独立的处理器来管理配电网络中的各个断路器，即，该处理器经由连接到各个断路器的通信路径监控各断路器的故障电流方向并据此指示相关断路器动作的延迟时间。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种在断路器处实现方向性区域选择互锁(DZSI)功能的保护装置，该保护装置能够连接到现有的断路器，而不改变现有断路器的电子脱扣单元的结构，且能够实现分布式DZSI管理。由此，采用这种保护装置可以无需对现有的ZSI断路器进行更改，即可通过外接所述保护装置的方式实现断路器从ZSI保护到DZSI保护的升级。

本发明的另一个目的在于减少该保护装置中电路的复杂度、减少为该装置配备的独立电源，以缩小保护装置的体积、降低其成本。

根据本发明的一个实施例，用于实现DZSI的保护装置可连接到配电网络中的一个断路器，该断路器配备有接口单元，其能够发出或接收互锁信号。所述保护装置包括：第一端口对，包括第一输入端口和第一输出端口，二者能够连接到所述接口单元；第二端口和第三端口，其能够分别耦合到所述配电网络中的另一个断路器的DZSI保护装置的相应端口，以传递所述互锁信号；一个内部输入总线，配置成连接到所述第一输入端口、第二和第三端口，以传送所述保护装置接收到的互锁信号；一个内部输出总线，配置成连接到所述第二和第三端口，以传递待从所述保护装置发出的互锁信号；控制单元，用于控制所述第一端口对、第二和第三端口，其配置成响应于检测到的当前流过所述断路器的电流方向，使能所述第二和第三端口中之一作为第二输出端口，另一个作为第二输入端口；以及将输入总线上从所述第一输入端口接收到的所述互锁信号转发到所述内部输出总线上，和/或将将输入总线上从所述第二输入端口接收到的互锁信号转发到所述第一输出端口。

优选地，所述第一输入端口包括第一输入电路，其耦合到所述输入总线且包括一个驱动电源，用于将所述输入总线上的互锁信号传送给所述控制单元；所述第一输出端口还连接有第一输出电路，耦合到所述第一输出端口，用于将来自控制单元的互锁信号以信号隔离方式从所述第一输出端口发出；所述控制单元还连接有一个第二输出电路，耦合到所述输出总线，用于将来自所述控制单元互锁信号以信号隔离方式输出到所述输出总线。

优选地，所述控制单元还配置成在当前流过所述断路器的电流与一个预定电流参考方向一致时，使能所述第二和第三端口之中的第二端口作为第二输出端口，第三端口作为第二输入端口；不一致时，使能所述第三端口作为第二输出端口，所述第二端口作为第二输入端口。

优选地，所述输入总线和所述输出总线上分别设置有与所述第二端口关联的第二输入开关和第二输出开关，所述输入总线和所述输出总线上分别设置有与所述第三端口关联的第三输入开关和第三输出开关，其中，所述控制单元控制所述第二和第三输入/输出开关，以使能相关端口。更为优选地，所述第二和第三输入/输出开关包括隔离开关元件，例如光耦。