CN101641849B - 节省保险丝的配电***故障保护 - Google Patents

Abstract

提供了配电***中的故障保护以及保险丝节省。保护配电***的一部分的故障保护装置的操作特性根据保险丝熔断特性来配置。以此方式，提供了故障保护以及保险丝节省，以及在可能时的服务中断减少。

Description

节省保险丝的配电***故障保护

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(e)要求2007年2月5日提交的美国临时申请S/N 60/888,203的优先权，该申请的公开内容为所有目的明确地结合于此。

技术领域

此申请涉及对配电***的控制，更具体地涉及节省保险丝的***和用于隔离配电线的故障部分的方法。

背景

配电***通常包括配电馈线(从约4KV到69KV)，它们起源于配电变电站，且通向供电公司或供电机构的最终用户的电源。受规章限制的服务提供要求、成本和竞争压力产生了对更低成本、模块化、标准化设备的要求，该设备能以最低的劳动和人工管理来安装、操作和维护。

配电馈线的失效(故障)因为输电线出故障、地下电缆被挖断或其它原因而出现，而且通常可通过感测过载(短路/过电流)电流、有时候通过检测电压损失而检测到。在配电***中，有时候是这种情况：用户抱怨电压损失，电力公司藉此意识到断电，以通过派出工作人员隔离该故障并重新配置配电***来作出响应。用于隔离这些故障的典型装置是主要位于配电变电站中的断路器和位于分接线上或用户变压器处的保险丝。变电站断路器一般设置有重合闸继电器，在断路器已经检测到过载电流状况和跳闸开路之后，该重合闸继电器使断路器合闸若干次。如果在这些“重合闸”中的任一次期间，故障变得检测不到，则服务恢复且不发生继续断电。尤其在高架配电线上，由风、雷电等引起的短暂电弧放电引起许多故障。因此，当断路器断开时多数故障被清除，并且服务在自动重合闸时恢复。替代地，在若干次重合闸尝试之后，如果过载电流状况继续存在，则重合闸器进入“锁死”状态，这阻止恢复服务的进一步尝试。

虽然电力公司接受的用于故障隔离和重新配置的更先进自动化解决方案有限，但在持续增加，而且已经开发和销售了许多方法。最原始的方法通常涉及在配电网中的战略点处放置控制设备和开关装置，并通过使用在各个点处本地且无关地感测和起作用的电路参数来整体地协调它们的操作。已经开发了通过将在战略点处本地感测到的信息发送至指定的更高级的控制机构以用于隔离/重新配置这些电路的更先进的方法。利用智能的分布式控制方法，已经开发了在无需更高级的控制机构的情况下隔离/重新配置配电电路的若干种方法。在实现这些方法的***中，信息被感测和在本地处理、尽可能在本地起作用、以及然后被其它合作的装置共享以指导或加强它们采取行动的能力。这些方法的示例包括可从伊利诺斯州芝加哥市的S&C电力公司买到的

产品的各种版本。

诸如产品之类的***和在共同受让的美国专利6,697,240(该专利的公开内容通过引用明确地结合于此)中描述的***提供了用于使用和协调通过通信装置传送的信息的使用以动态地改变配电装置(包括但不限于变电站断路器、重合闸变电站断路器以及线路重合闸器)的保护特性的方法及其相关***装置。以此方式，配电***或“组”的总体保护和重新配置性得到极大增强。***中的装置认识到组的直接控制领域以外的合作装置的存在，从而管理来自这些装置的信息，以执行更智能的本地决策和组间协调。此信息可包括逻辑状态指示、控制请求、模拟值或其它数据。

尽管如此，当恢复***重新配置配电馈线时，为了故障隔离和/或负载恢复，会破坏诸如断续器之类的用来分割馈电线的故障保护装置之间的协调。因此，需要一种将保护设置重新配置成保持着的协调的自动化方法。而且，在设置了故障保护装置，从而它们与可能或可能不自动被设置的其它装置协调时可获得好处，所述的其它装置例如保护配电馈线的断路器和保护从馈电线分接的负载的保险丝之类的限界装置。

在某些实例中，当故障电流超过保护配电线的保险丝的熔化电流时，如果该故障是瞬时的，则故障中断之后的自动恢复会导致服务恢复；然而，对于持续故障或充分高的电流故障，其结果将是保险丝熔断情况下的服务中断之后的不可避免的服务损失。对于从保险丝与故障保护装置之间的配电线延伸的负载尤其是这样。

附图简述

图1是示出结合了可配置的故障保护装置的配电***的一部分的示意图。

图2是故障保护装置的框图。

图3是示出可用来配置故障保护装置的配电***的装置的时间-电流特性的曲线图。

图4是示出结合了串联的故障保护装置的配电***的一部分的示意图。

图5是示出结合了串联排列的故障保护装置的配电***的装置的时间-电流特性的曲线图。

图6是示出在结合了串联排列的故障保护装置的配电***中配置故障保护装置的方法的流程图。

图7是示出结合了保险丝节省的配电***的一部分的示意图。

图9-12是示出保险丝数据、IFS保险丝数据以及保险丝节省TCC概况的时间-电流特性的曲线图。

具体实施方式

一种用于配电***的故障保护***和一种配置和操作用于配电***的故障保护***的方法接受限界装置的诸如时间电流特性(TCC)之类的装置故障保护参数，并为诸如故障断续器之类的一个或多个故障保护装置选择和设置故障保护参数，从而该故障保护装置与限界装置协调。关于各个故障保护装置的故障保护参数选择可自动进行，而且每一个装置可基于配电***中的变化——例如，因为故障隔离和/或服务恢复——重新配置它的故障保护参数。

图1示出示例性的配电***的一部分的简化视图，该***包括可由此处所描述的一个或多个实施例配置和控制的故障保护装置。配电***包括多个电源，其中一个示为源102，其通过诸如常规输电线之类的配电线106连接至多个用户或负载104(例如工厂、家庭等)。

配电线106具有放置在沿线106的预定点的多个故障保护装置——装置1、2、3以及4。图1中对源、用户、线以及装置的数量的描述是任意的，因此可能存在许多不同的配置，且在任何给定的配电***中存在实际上任意数量的这些组件中的每一个。图中还描述了包括断路器108和保险丝110的多个限界保护装置。

图2示出了故障保护装置200的实施例。诸如线106之类的配电线通过例如开关204之类的故障隔离控制器，其可在此点处断开和接通配电线106以将线中的故障与源隔离。在其它实施例中，故障隔离控制器可以是能执行诸如电压调节(电压调节器)、反应性的功率控制(开关电容器组)、故障感测之类的功率感测、控制或调节功能以及故障隔离的任何合适的一个或多个装置。应当理解的是，装置200也可以是用于控制两个(双)、三个、或更多开关以及这些开关之间的用户负载或交流源的类型。在此情况下，一条或多条配电线106将会通过两个或更多开关204，这些开关可在单个装置200的控制下独立地断开和接通。在此背景下，装置200根据通信观点是单个装置，而根据功率***和控制和故障保护算法观点是多个装置。在此情况下，信息流未改变，但简单地回避了通信步骤。

控制器206控制配电开关204。控制器206包括控制计算机或合适的处理装置208、显示器202以及相关联的存储器210。除其它数据之外，存储器210可存储用来控制装置200的程序设计、用来确定配置和性能数据的程序设计、该装置的配置数据以及与***中的其它装置有关的装置记录的数据库。

本领域技术人员将会认识到配电开关204可具有不同的工作能力，这些不同的工作能力将会增强或降低它参与电路重新配置的能力。例如，最低成本的开关可能不能中断高电流，或者不能配备电压和电流传感器。本领域技术人员还将认识到，装置200可被编程为在高中断电流下不打开开关(分段开关控制)、或替代地被编程为“电路保护装置”(重合闸器或断路器)。当被编程为保护装置时，根据诸如故障保护参数之类的工作参数来控制该开关。例如，正常接通的该开关可在过载电流状况(故障电流)下断开，以防止该电路或用户设备着火或损坏，而且出于安全考虑。

配电开关204也可以是在配电***的多个相中的每一相上可独立操作的多个开关。替代地，可为多相配电***的各相提供故障保护装置200，且使它们的操作协调。可将用来提供单相或多相操作的故障保护装置200和/或配电开关204的操作设置为控制器内用户可设置的参数，或装置200的操作逻辑的结果。例如，可将装置200配置成提供每一个出故障的相(例如一个、两个或两个以上的相)的单相跳闸的初始操作。这样的操作隔离该单个相上的故障，同时通过未断开的剩下的无故障相保持服务水平。然后对一个或多个相的随后的故障清除操作会触发对所有相的隔离，以防止负载的单相运行。应当理解的是，可采用工作于单相、多相或所有相的多种策略来提供服务中断最少的有效故障隔离。

控制计算机208连接至交流波形处理器212。交流波形处理器212通过场接口连接器214连接至配电线106。这允许处理器测量配电线106上诸如电压和电流之类的各种电参数，对它们进行数字转换并发送至控制计算机以供处理、发送或存储在存储器中。

数字I/O(输入/输出)接口216连接至控制计算机208、开关204和配电线106。数字I/O接口216允许控制器206接收开关位置感测信息和其它输入，并向开关输出控制输出。

通信装置218连接至控制计算机208，并允许它通过合适的通信信道与***上的其它装置通信。通信装置218可连接至方便获得而且具有期望特性的任何通信网络。例如，可使用Metricom无线电网络。在装置200中可包括可选的通信装置220。这样的次要通信选择的示例可以是SCADA网关。通过电源/备用电池222给装置200供电。电池可由太阳能、交流电势变压器、或通过电压传感器提供的电力来充电。

装置200中的每一个连接至合适的通信信道(未示出)。可使用任何类型的通信信道。例如，该通信信道可以是电话、无线电、互联网或光纤电缆。

可设置装置200的故障操作参数，以使根据该故障操作参数的每个单独装置200的操作与其它装置和诸如保护配电馈线的断路器和保护从馈电线分接的负载的保险丝之类的限界装置协调。即，装置200中的每一个的故障操作特性是基于设置在该装置中的一个或多个故障保护参数。可联系***中的其它装置——尤其是没有可调节或可设置的故障保护特性的装置——来选择故障保护参数，从而故障保护装置的操作与其它装置的操作协调，以更好地便于故障隔离和服务恢复。例如，装置200的故障保护操作特性可包括时间-电流特性(TCC)操作曲线，它至少根据与***中的限界装置和***中可能的其它故障保护装置相关联的TCC曲线建立。

图3示出可用来建立故障保护参数从而建立装置200的故障操作特性的示例性TCC曲线。图3示出了诸如图1中所示的断路器108之类的变电站断路器的TCC曲线300。曲线300示出了断路器108的三种不同特性。曲线300a、300b以及300c组成了该断路器的完整TCC 300。300a是该断路器的标称响应时间。300b是针对断路器进行清除的最大时间。300c是断路器的最小响应，以及下游装置在断路器工作之前用来清除任何电流的最大时间限制。考虑了电流传感器、控制、故障断续器以及可能分接在断路器与故障断续器之间的负载的公差和期望的余量的TCC 302b是针对故障保护装置进行清除的最大时间。

为与断路器协调，故障保护装置可具有诸如由图3中示出的TCC 302表示的TCC。曲线302示出了故障保护装置的标称特性302a、它的最大清除时间302b以及它的最小响应302c。最大清除时间302b可被选择成低于诸如断路器之类的上游装置的最小响应，而且如图3所示，最大清除时间302b被设置成低于断路器的最小响应300c。最小响应302c和最大清除时间302b之间的带是故障保护装置的操作特性的函数，而且通过提供精确的感测、电子控制以及快速断续器一般可使该带比上游装置更紧密。

除与上游装置协调之外，可使故障保护装置与诸如保险丝之类的下游的装置协调。为了与下游的装置协调，故障保护装置的最小响应应当比下游装置的最大清除时间更长。图3示出保险丝装置的TCC曲线304，其具有由曲线304a表示的最大清除特性和由曲线304b表示的最小清除特性。如从图3可见，故障保护装置的最小响应302c长于下游的装置——在此示例中为保险丝——的最大清除时间304a。

有可能将故障保护装置的TCC指定为该装置和与该装置协调的装置的特性的函数。示例性的装置特性可包括：曲线类型(例如反、极反、U/C 1到5等)、计时控制盘设置、最小启动电流以及协调要求。协调要求可采取协调时间间隔(CTI)或装置公差的形式，诸如继电器公差之类的、电流互感器(CT)公差以及继电器超行程特性。表达为方程，TCC可表述为：

$t=\mathrm{TD}\·[\frac{k}{{(I/I_{\mathrm{pu}}-1)}^{\mathrm{\α}}}+c];---\left(a\right)$

其中TD是计时控制盘设置；I_pu是最小启动电流；以及常数k、α以及c由指定的继电器曲线确定。

下游的装置的故障保护装置TCC呈现相同形状(即常数k、α以及c相同)。然而，启动电流和计时控制盘被减小一因子，以确保协调和时移(向下)，从而解决设备的清除时间、余量以及任何最小或固定公差。因此故障保护装置TCC将具有以下形式：

$t={\mathrm{TD}}^{\′}\·[\frac{k}{{(I/I_{\mathrm{pu}}^{\′}-1)}^{\mathrm{\α}}}+c]-\mathrm{TS}.---\left(b\right)$

常数k、α以及c与方程(a)中陈述的根TCC相同。TD’、I’_pu以及TS取决于表1中陈述的因子。

表1

参数	确定因子
		I’pu	该装置和上游的装置的继电器/控制电流公差该装置和上游的装置的CT/传感器公差负载电流效果
TD’	该装置和上游的装置的继电器/控制时间公差

TS	该装置和上游的装置的固定或最小时间误差最大装置中断时间余量

替代地，可将故障保护装置TCC指定为定义标称TCC曲线的一组数据。在此情况下，故障断续器TCC被表示为来自断路器TCC的点通过乘以电流和时间因子并减去时移项进行修正所得的相应的数据组。这些因子和时移项可如表2中陈述地确定。

表2

常数	确定因子
		电流因子	该装置和上游的装置的继电器/控制电流公差该装置和上游的装置的CT/传感器公差负载电流效果
时间因子	该装置和上游的装置的继电器/控制时间公差
		时间项	该装置和上游的装置的固定或最小时间误差最大装置中断时间余量

一旦生成故障保护装置曲线，它的可用性必须生效。对于负载保护协调，电流的相关范围由装置的最小工作电流和最大可用故障电流确定。对于相关范围中的所有电流，如果故障保护装置的最小工作时间大于负载保护装置的最大清除时间，则故障保护装置TCC有效。此外，对于浪涌电流承受能力，如果故障保护装置在指定的多个最小工作电流时的最小工作时间小于时间值，则TCC无效。结合故障保护装置200，在确定装置TCC之后，控制器可检查TCC的有效性，并通过经由通信装置218发送消息来提供警告或指示或向显示器202中提供消息。

可重复此方法以为若干个串联的故障保护装置产生TCC。图4示出串联的故障保护装置，例如故障断续器406-410，它们将馈电线400分段，馈电线400通过例如断路器404之类的源保护装置耦合至源402。由保险丝414保护的负载(例如负载412)可从任一分段横向地延伸。

图5示出设置在源保护装置与负载保护装置之间的若干个故障保护装置的故障保护特性曲线，即TCC。如图5所示，多个故障保护装置的TCC504、506以及508设置在断路器TCC 500与保险丝TCC 502之间。如果任何给定的故障保护装置TCC驻留在上游装置TCC与下游装置TCC之间，则可认为故障保护装置TCC有效。然而，在某些情况下，所产生的故障保护装置的TCC将不再与下游的保险丝协调，而且如图5所示，TCC 508包括与保险丝TCC 502交叠的部分。在此情况下，可采用若干补充性的协调方法。这在一般与故障保护装置协调的方法600(图6)的讨论之后进行描述。

鉴于各具有诸如以上结合装置200所描述的合适的通信能力的故障保护装置406-410的***，各个装置的故障保护特性可在故障保护装置与任何限界装置之间协调。图6以流程图的形式示出了协调故障保护装置的方法600。该方法可应用于具有多个源和负载的***。各个装置优选包括存储在其存储器中的控制程序，以允许它工作以自动地产生故障保护特性。

对于方法600，假定例如断路器、保险丝等限界装置没有通信能力，而且不能向***中的其它装置发送它们各自的故障保护特性，诸如它们的TCC。因此限界故障保护特性信息被加载到能通信的故障保护装置中。将限界故障保护特性数据加载到单个能通信的故障保护装置中，并从该装置传播信息，或将该信息加载到各个单独的故障保护装置中就足够了。而且，不能通信的装置不限于限界装置。在这种情况下，还加载并传播不通信的、非限界故障保护装置的故障保护特性。在图6中的框604和606处示出了此过程。

在加载了不通信的故障保护装置信息的情况下，每次安装通信的故障保护装置时对所有通信故障保护装置传播故障保护特性，***被重新配置或故障保护装置的状态改变(608)。鉴于***配置，从源到负载的所有可能路径被认为是默认的(610)。可能考虑不到所有可能的路径，而且如果要排除某些路径，这些信息可保留在故障保护装置中和/或被发送至故障保护装置。

每个活动的、能通信的故障保护装置将它自己的故障保护特性传播至每个其它的能通信的故障保护装置。可认为具有返回源的封闭路径的故障保护装置是活动的。因此故障保护装置的活动状态可基于另一故障保护装置的断开或接通而改变，从而建立或中断该故障保护装置到源的路径。

如方法600以上的608-612所述，无论何时在***中安装故障保护装置，都进行故障保护特性的传播，该***被重新配置或故障保护装置改变其状态。通过使故障保护装置将它的故障保护特性性息发送至与其连接的故障保护装置可进行该传播。当故障保护装置接收故障保护特性时，它可基于所接收的信息产生新的故障保护特性(614)并提出新的故障保护参数。然而，在提出新的故障保护参数之前，它可检查以确保进一步的传播将不会产生闭环路径，而且在传播期间，故障保护装置可将它的名称添加到返回源的路径中。参考图1，每个故障保护参数可携带标识故障保护装置的标记112、故障保护参数的定向性、源名称、在返回源的路径中的装置的数量以及在返回源的路径中的装置的名称。在产生新的故障保护参数之后，然后它将新产生的故障保护参数传播至连接到它的故障保护装置。它还将传播它自己的接通或断开状态。

在到源的封闭路径中的所有故障保护装置被认为是活动的，并激活适当的故障保护参数616。故障保护装置可具有到源或到多个源的多个路径。故障保护装置可确定每个可能路径和返回源的路径的每个可能方向的故障保护参数。此外，各个故障保护装置可具有多个端子。可为故障保护装置的每个端子建立独立的故障保护参数。因此，各个故障保护装置可具有与其关联的一个以上故障保护参数，该参数基于路径的数量和返回源的路径方向以及与返回源的路径相连接的端子的数量。在实现任何一个可能的故障保护参数时，故障保护装置可实现最繁重的故障保护参数，通常是提供最快故障保护响应时间的故障保护特性。

自动更新故障保护装置参数的过程响应于新装置的安装、***配置的改变、一个或多个故障保护装置的状态的改变而重复，例如因为故障保护装置工作而隔离故障或恢复服务(610)而重复。以此方式，故障保护装置的操作保持连续协调。

故障保护装置可包括编程控制并实现允许刚好在该装置改变至该状态之前传播预定状态的功能。例如，如果装置断开并且将要接通，它可在接通之前传播它接通的状态，从而导致在它实际接通之前的故障保护装置的***范围的协调。而且，故障保护装置的状态可周期性地传播它们的状态，再次引起***范围的协调更新，从而修正任何误差。

图5示出若干故障保护装置的故障保护特性(即TCC)如何在源装置与负载装置的相应的TCC之间精确匹配。然而，TCC 508与负载装置TCC504交叠，因此未提供所需的协调，而且是无效的。在此实例中，与TCC 508相关联的装置——例如关于图4的装置410——可检查下一在前装置，例如与曲线506相关联的装置409。因为TCC 506正好协调，所以装置410可采用TCC 506代替TCC 508。虽然装置410现在与***的余下部分协调，但它不再与装置409协调。不过，可提供附加的能力以利用同一TCC 506确保装置409与410之间的协调。

利用同一或基本相似的TCC来提供故障保护装置之间的协调的方法是使用故障保护装置的通信能力。在一个可能的方案中，检查故障的所有故障保护装置检测向下一个上游故障保护装置发信号。再次参考图4，装置409和410可共享例如TCC 506之类的TCC，而且均检测故障416。装置410可发信号通知装置409推迟它的故障保护操作，这在它的TCC曲线中产生时移。因此在装置409与装置410之间提供了协调，因为装置409仅在装置410工作之后才实现它的故障保护操作。在装置409与410协调的情况下，装置409和408可能不再协调，因为装置409的TCC向着装置408的TCC时移。因此，装置409将发信号通知装置408推迟，使其TCC类似地时移。一般，接收延时命令的装置发信号通知下一个上游装置第二延时命令。实际上，可采用第一、第二直到第“N”个延时命令来确保返回源402的协调，其中“N”是共享最后的唯一TCC之后的TCC的装置的数量。作为第一、第二和/或第N个延时命令的结果，仅装置410工作以隔离故障。如将能理解地，延时命令的发送时间必须小于故障保护装置的最小响应时间，以确保在故障保护装置跳闸之前接收到延时命令。共享的TCC的最小响应必须大于发送延时命令的时间。在图5的示例中，用来发送延时命令的时间必须小于约0.08秒。或者如果发送延时命令的时间大于0.08秒，则在大于发送延时命令的时间时使TCC 506变平。

如根据上述讨论所能理解地，可通过使从源到负载的路径中的装置的故障保护特***错来基本协调故障保护装置，从而最接近故障的装置的响应时间将比任何上游装置的响应更快地清除该故障。因为附加的故障保护装置被串联地添加到源与负载之间，所以装置协调会有问题，但如上所述，故障保护装置自身的通信能力可有利地用来促进装置之间的协调，其中串联装置的协调导致两个或更多装置具有相同故障保护特性。在替代的方法中，两个或两个以上的装置可被配置成串联地工作或作为组工作，以提供必须的协调从而提供期望的故障保护响应。利用串联或组操作允许串联的装置提供想要的故障隔离，而且仍获得与现有的上游断路器或下游保险丝的协调。

在已安装好的***上也存在其中串联装置可能因为诸如不正确的设置、故障继电器上的公差、通信信号的损耗等多个原因而不协调的事件。如上所述，这可通过使故障保护装置周期性地传播它们的状态和故障保护特性，从而导致装置的自动重新协调来解决。即使装置不协调存在时，再次通过确保仅隔离有故障的分段，还可在这些情况下引起装置的串联或组操作，以改善总的***操作。

再次参考图4，馈电线400的每个部分具有它自己的故障保护装置，即故障保护装置406-410。从这些部分的每一个可延伸出由保险丝保护的横向负载，诸如由保险丝414保护的从部分418延伸出的负载412。负载412/保险丝414组合是示例性的，而且虽然未在图4中示出，附加的负载/保险丝组合以及未受保险丝保护的负载可从其它部分中的任一个或全部延伸出。而且，如上所述，故障保护装置409和410可能必须具有相同的故障响应特性，例如用来确保与下游的负载保护装置协调。

以下描述的方法允许包含预定和已知工作顺序的多个串联的故障保护装置以隔离单个出故障的部分。可将装置410设置成以与装置409一样的故障保护特性(例如同一TCC)工作。可由故障保护装置409和410应用操作和重新合闸逻辑，以确保仅正确的装置对故障416保持断开。

装置409与410之间的部分418中的故障412会由装置409发现，而且它会正确地断开。装置410不会响应，因为它并未发现故障，例如过载电流。如果部分418中的故障412是可通过装置409的初始操作清除的“临时故障”，则装置409可被设置成重新合闸以对部分418和420重新供电，从而提供故障情境下的最小中断时间。即使装置409和410分别具有相同的故障保护参数，也不需要在装置409和410中实现特殊的逻辑。

如图4所示，可通过使故障保护装置409和410实现响应逻辑来解决部分420中的故障416。可能存在若干种情境。注意即使故障保护装置409和410均被设置成在同一故障保护参数上工作，在这些装置中的每一个中也存在固有公差，从而对于同一故障电流，任一装置可在另一装置之前工作，或两个装置可基本同时地工作。可能不能在装置自身中消除这些固有差别，但可使该逻辑适合于响应这些不同情况。

示例1：

装置409和410检测到故障电流，并且装置410在装置409跳闸之前跳闸并清除故障电流。这是期望的工作模式，而且不需要另外的逻辑。装置409可以了解下游的故障被另一保护装置清除，但不需要采取进一步行动。

示例2：

装置409和410分别感测到故障电流，并基本上同时跳闸以清除部分418和420。装置409和410均被设置成重新合闸并测试此电路。然而，装置410发现过载电流并使断续器跳闸，而且也发现了由装置409跳闸引起的电压损失。装置410可被配置成不试图重合闸，直到源侧的电压恢复。装置409可执行它的重新合闸操作并对部分418供电，该部分418未出故障而且将恢复对装置410的端子的电压。装置410一旦检测到电压，则重新合闸以针对部分420中的故障测试电路。如果故障416是临时的，则对部分420恢复服务，从而当装置410重新合闸时不会检测到故障。然而，如果故障416继续，则装置410会中断该故障并继续其测试/重合闸程序。由于以下两个原因之一，装置409在测试程序期间不会工作：

1.当进行该测试程序时，装置410可使用“探测(pinging)”类型测试，诸如在2006年10月4日提交的共同受让的题为“故障中断和重合闸装置(Fault Interrupting and Reclosing Device)”的国际专利申请(PCT)S/N PCT/US2006/038472、律师卷号5388中所描述的，该专利的公开内容通过引用明确地结合于此。因为仅使用瞬时电流脉冲来测试该线路部分，所以装置409不会“发现”该测试电流；而且因此不会在它的默认保护参数上停工。以此方式，当装置410测试部分420时，可在装置409与410之间实现协调。

2.如果使用更常规的重合闸其中装置410对部分420重新供电测试扩展的故障电流，则在了解在测得的故障电流上跳闸和成功地合闸以恢复对分段418的服务的情况下，装置409可被配置成移动至较慢的故障保护参数集。较慢的故障保护参数集提供装置409与410之间必须的协调。例如，如果两个装置均被设置成共同的TCC，则在清除初始故障并成功地重合闸之后，装置409可在时间上移动TCC至等于或大于分配给装置410的重合闸顺序的延时周期。以此方式，装置409暂时延迟其响应，以便实现部分420中的故障的协调。

3.替代地，当重合闸时，装置410可采用更快的TCC以避免使装置409跳闸。

示例3：

装置409在装置410跳闸之前清除故障416。然而，装置410将感测到过载电流，但在到达其跳闸设置之前，装置410将发现源电压损失。利用此信息，装置410可自动地断开并进入如示例2所述的工作模式。如果有必要，基于由装置410实现的测试程序，装置409可适当地调节或不调节它的时间故障保护响应。

总体上，即使响应必须被设置成相同或几乎相同的故障保护参数以正确地协调上游和/或下游的装置，也可将两个故障保护装置设置成作为组或串联地工作，以提供对适当的出故障的部分的清除。在存在非预期的不协调——例如装置409上的故障保护参数被不正确地设置成快于装置410的参数——的状况下，可使用此相同的工作情形。

故障保护装置的附加工作注意事项和此处描述的故障保护***的优点是它们可被配置成提供保险丝节省。即，故障保护装置可被配置成用于在线路保险丝熔断之前隔离出有故障的分段，即故障保护装置不会与保险丝协调地工作。如果故障在保险丝上游，则故障保护装置可以自动化方式工作，以恢复服务或锁定以隔离出有故障的分段，直到修复生效。然而，对于充分大的故障或持续故障，如上所述可能使用短时间重新供电或线路探测的故障保护装置的操作和可能自动化的服务恢复会引起对负载的服务中断，对负载的该服务本来可能不受该故障影响。因此，在考虑保险丝节省的情况下，应当使故障保护操作特性减少对用户的服务干扰，尤其是位于保险丝与故障保护装置之间的那些用户。

虽然将描述的保险丝节省装置协调可应用于且可适用于此处所描述的实施例中的任一个，但图7是包括耦合至配电线704的电源702的配电***700的示意图，该***700可显示出保险丝节省以及减少的服务中断。电源702可由例如电路断路器等等合适的源保护装置(未在图7中示出，但一般在图1和4中所示的实施例中示出)保护。线路可被故障保护装置714分段成对负载716’供电的第一分段710和对负载716供电的第二分段712，其中第二分段712中的负载716进一步由保险丝708保护。概念上类似，如图4所示，负载可从配电线横向地延伸，而且这些横向负载受保险丝保护，例如保险丝414保护故障保护装置(例如装置406、407、408以及409)下游的横向负载416。故障保护装置714可大部分类似以上结合故障保护装置200所描述地被配置。负载716’从第一分段710延伸，而负载716”从第二分段712延伸。虽然被示为单个配电线，应当理解的是，可能存在至少三条线路与三相配电***相关联，每一条如结合图7所描述地配置。此外，虽然保险丝708和故障保护装置714被示为单独的元件，但其物理结构和/或功能可被组合，而且这些装置可与诸如开关、分段装置等其它设备组合。

通常，故障保护装置714将用于隔离第二分段712中的故障，而且优选在保险丝708熔断之前持续地中断对第二分段712的服务。第二分段712中的故障可能是瞬时的，在这种情况下，故障保护装置可用于暂时隔离故障，然后恢复服务。然而，如果故障充分大，即高电流或连续，则恢复第二分段712中的服务的这些努力会导致保险丝708的熔断，从而在第二分段712上产生可能连续的服务中断。为减少此可能性，故障保护装置714的工作特性可根据保险丝708的工作特性(例如最小熔断特性)来设置。

例如，保险丝708具有基于电流的熔断特性，而故障保护装置714具有例如故障电流工作参数之类的故障保护特性。可基于保险丝708的基于电流的熔断特性来确定故障保护特性，从而故障保护装置714仅当故障电流在确定的电流值范围内时工作，即使它能够隔离更高电流值的特定故障。

因此，可通过基于保险丝熔断电流和/或保险丝最小熔断电流(例如大约是在4个周期中熔断保险丝的电流)的下限电流值和上限电流值定义电流值范围。上限电流值可以是小于故障保护装置的最大工作电流的电流值。替代地，上限电流值可以是对应于高于该电流则故障保护装置就不能防止保险丝熔断的电流值。可将下限电流值设置成约为保险丝最小熔断电流的150％的电流值。可例如基于电流故障电抗-电阻比(X/R)针对故障电流不对称性对电流值范围进行调节或修正。根据以下讨论，附加的注意事项将变得显而易见。

可根据上述方程表征故障保护装置714的时间-电流工作特性(TCC)。还可进一步扩大这些方程以考虑附加的参数，诸如最小响应截止电流、最大响应截止电流和最小反响应时间，从而为保险丝708提供TCC模型。然后可使用根据对保险丝708的建模而产生的TCC参数来设置故障保护装置714 TCC。

保险丝熔断表征可基于保险丝最小熔断数据的经调节的子集。因此该数据的经调节的子集可被称为经调节的或智能保险丝节省(IFS)保险丝数据。对于故障保护装置(例如装置714)，可将保险丝节省设置成对于限定电流值范围的最小值与最大值——例如保险丝的经修改的最小熔断电流和故障保护装置可在保护的保险丝在若干次循环中熔断之前隔离的最大电流——之间的故障电流为有效。例如，可将经修改的最小熔断电流设置为额定的最小熔断电流的约150％，而将最大电流设置为在约4个周期中熔断保险丝的电流。因此，在此范围以外的保险丝数据是无关的而且可被忽略。

还可进一步调节这些数据以解决诸如预载调节、不对称性以及电抗-电阻比(X/R)之类的各种因子。为解决预载调节，可应用修正因子。例如，可将熔断时间数据乘以75％以解决保险丝的25％预载。可将最小保险丝熔断电流数据除以不对称因子，以允许使用对称的电流数据来驱动故障保护装置。这可用来代替熔断保险丝的真实的RMS电流。不对称因子可以是不对称故障电流与对称RMS故障电流的比例。不对称因子还取决于故障电路的X/R。考虑有关馈电线X/R、源X/R以及可用的故障电流的若干合理假定，可如下地作出X/R近似：

然后可如下地确定不对称因子：

不对称因子

其中I_rms是对称故障电流，而t是熔断时间。

优选收集并归类多个保险丝装置的表征数据。如上所述，此数据可存储在用户可访问的数据库或自动化协调***中，该数据可被存储或与一个或多个智能***装置相关联。因此用户仅需考虑：基于其类型、制造商、速度以及额定电流的保险丝特性；是否要使用可选的较高最小响应截止电流以及指定适当的故障保护装置TCC(例如更快的TCC)的索引/曲线号，同时考虑与活动的上游故障保护装置协调，如上所述。保险丝可根据以下方程来表征：

可任意地将TD选择为1。可定义参数p、B、TS以及C，以使具有常数I²*t的公共特性的所有常规保险丝在高电流下熔断且在最小熔断电流下无响应，而且可将p选择成2，B和TS选择成0以及C选择成1，从而强制I_{最小-启动}等于保险丝最小熔断电流。参数A和I_{最小-启动}取决于具体的保险丝元件。可通过对处于最小保险丝熔断电流的150％与200％之间的任何两个毗邻的IFS保险丝数据点求解TCC方程来计算I_{最小-启动}电流。在此情况下，I_{最小-启动}应当取所计算出的电流的最小值。在许多情况下，I_{最小-启动}可能接近保险丝的最小熔断电流，但不一定如此。可通过将(所有IFS保险丝数据点的)最小I²*t除以I_{最小-启动} ²来选择参数A。所得的参数产生低于和在相关电流范围的IFS保险丝数据点左边的TCC。图8示出S&C 100KSR保险丝的未经调节的保险丝熔断数据802和根据此处描述的实施例调节的相应的IFS保险丝数据804。轨迹806示出如所示地向IFS保险丝数据点以下和向左移动的TCC。

除已描述的服务中断减少的保险丝节省协调之外，可采用此处描述的附加的故障保护装置协调技术来协调将包括保险丝的配电线路分段的N个故障保护装置。因此，故障保护装置可提供经协调的故障保护，同时还提供保险丝节省并减少服务中断。

据此，一种隔离配电***的配电线中的故障的方法可包括确定与也设置在该配电线中的保险丝的熔断特性有关的电流值范围。然后可相对于该电流值范围设置故障保护装置的响应，例如TCC。例如，该电流值范围可受一电流值约束，超过该电流值则故障保护装置不能阻止保险丝的熔断，该电流值可以是小于故障保护装置的最大工作电流的电流值和约为保险丝的保险丝最小熔断电流的150％的电流值。可针对电流不对称性和电流故障电抗-电阻比(X/R)调节电流值范围。

根据本文和附加描述的实施例的一种产生保险丝节省故障保护装置响应曲线的方法可包括：以要节省的给定保险丝类型的保险丝数据点开始；可选地确定最佳拟合方程。已知最佳拟合方程，将最佳拟合方程向下调节最佳拟合曲线与实际保险丝数据点之间的最大误差；将时间值乘以0.75以解决标准保险丝降额因子，然后将最佳拟合曲线向下调节一因子以解决典型的故障保护装置清除时间，例如500秒以解决典型装置的0.0333秒。还可将最佳拟合曲线进一步向下调节表示固定时间公差的因子，例如0.0167秒；针对时间公差将时间值向下移动一因子，例如4％；以及将电流值向左移动一因子以解决电流误差，例如移动9％以解决故障保护装置与保险丝之间的4％电流公差和5％负载公差。故障保护装置的典型最小响应时间可以是约0.0167秒，这对应于其中IFS保险丝数据曲线变平的点(参见图9)。在曲线平坦的任何电流值处，不需要保持所需余量，因此那里的故障保护装置的响应曲线可被截断。

更具体地参考图9和图10-12，定义故障保护装置的操作的IFS TCC曲线基于保险丝数据点902。该方法的输出是定义故障保护装置的操作的TCC 904。如图9所示，下电流截止906可被定义为保险丝的最小熔断电流的150％。高电流截止908可被定义为不能保持保险丝数据点902的所需余量的位置。图10示出下电流截止906和高电流截止908。图10中还示出了在调节保险丝节省操作之前故障保护装置的TCC 910。应当注意的是，对于特定的工作状况集合，故障保护装置可被配置成在TCC 904和TCC 910下工作。在此方面中，故障保护装置可被配置成以混合曲线(912，图11)工作，该混合曲线具有用于保险丝节省操作的第一部分914和用于高电流操作的第二部分916。替代地，故障保护装置可被配置成以保险丝节省TCC(例如TCC 904)工作，直到第一故障操作。在初始故障操作之后，故障保护装置可采用它的初始TCC 910或混合TCC 912，从而提供对可能的过载电流的全范围的故障保护。应当理解的是，在初始操作、一组操作或其它标准之后，故障保护装置可实现为服务恢复/测试顺序操作指定的另一TCC，例如TCC 918(图12)。

如图9和10所示，故障保护装置可被配置成实现初始操作上的第一TCC和对后续操作的第二TCC。此外，如所描述地，故障保护装置可采用一个或若干个重合闸策略，包括用来测试前述的持续故障的脉冲合闸。在用来实现保险丝节省同时还减少服务中断的一个可能的实施例中，初始或“快速的”响应曲线可以是保险丝节省曲线，如所描述地。在指示持续故障的一个或多个不成功的重合闸尝试或通过脉冲合闸线路测试等检测到持续故障之后，可实现第二或“被延时”的响应曲线。初始的快曲线使故障保护装置在下行线保险丝熔断或烧断之前工作。例如，故障保护装置714可在保险丝708熔断之前响应于部分712中的故障而工作。当仅有负载716”遭受故障时，故障保护装置714的操作中断对负载716’和716”的服务。在随后的操作中、或一旦确定故障为持续、或一旦有其它工作状况、或通过用户设置，故障保护装置714可实现随后操作的第二经延时的响应曲线。其结果是在保险丝708烧断/熔断而隔离分段712之前，故障保护装置714不会工作。对未遭受该故障的负载716’的服务被恢复。

可预见许多其它的多曲线操作策略。故障保护装置714可提供多次测试和重合闸尝试能力，并根据服务恢复、***保护策略采用为特定测试/重合闸尝试选择的一个、两个或更多响应曲线。一种此类策略可考虑故障保护装置714的初始操作是否满足了除快速的、节省保险丝的工作曲线之外的工作曲线。如果是这样，则装置714可实现对随后操作的常规合闸的脉冲测试，以最小化至出故障的线路的合闸。然而，如果故障保护装置714仅响应于快速、节省保险丝的曲线上的故障工作，即使故障保护装置714能进行脉冲测试，它也可使用对非法保险丝熔断故障隔离的经延时的曲线提供常规的重合闸。

虽然已经根据被协调以提供保险丝节省的电路或故障中断装置的若干优选实施例描述了本发明，但应当理解的是，本发明不限于电路中断和断开装置。可结合包括电路断路器、重合闸器等等任何数量的装置来使用本发明的概念。

虽然本公开内容易受各种修改和替代形式影响，但通过附图和此处描述的实施例中的示例示出了某些实施例。然而，应当理解的是，此公开内容不旨在将本发明限制为所描述的特定形式，恰巧相反，本发明旨在覆盖所附权利要求所定义的所有修改、替代物以及等价物。

还应当理解的是，除非在此专利中使用句子“如此处所使用地，该术语‘____’在此处被定义为表示……”或类似的句子来明确地定义一术语，否在就不旨在明确地或隐含地限制该术语的意义超过它的原意或普通意义，而且此类术语不应当被解释为受限于基于此专利的任何部分中作出的任何陈述的范围(除权利要求的语言之外)。以在此专利中所附的权利要求中陈述的任何术语在此专利中以与单个意思一致的方式被引用为限，那是为了清楚起见以不使读者困惑，并不意味着这些权利要求术语隐含地受限于该单个意思。除非通过陈述单词“装置”和没有陈述任何结构的功能来定义权利要求元素，否则任何权利要求元素的范围不应当基于35U.S.C.§112第六段来解释。

Claims (16)

1.一种用于配电***的故障保护***，所述配电***具有耦合至配电线的电源和耦合至受保险丝保护的所述配电线的负载，所述保险丝具有基于电流的熔断特性；所述故障保护***包括： 

故障保护装置，其耦合至所述电源与所耦合的负载之间的配电线； 

所述故障保护装置具有第一故障保护特性和第二故障保护特性，其中所述故障保护装置可操作地响应于配电线上的故障特性以选择第一故障保护特性和第二故障保护特性之一，从而根据所述第一故障保护特性和所述第二故障保护特性中被选中的一个隔离所述故障；以及 

其中所述第一故障保护特性包括保险丝节省电流范围，而第二故障保护特性包括基于所述保险丝的基于电流的所述熔断特性的电流值范围。 

2.如权利要求1所述的故障保护***，其特征在于，所述第一故障保护特性包括操作以隔离少于所述电源的所有相的所述电源的一个或多个相上的故障，而所述第二故障保护特性包括响应于故障操作以隔离所述电源的所有相。 

3.如权利要求1所述的故障保护***，其特征在于，所述第一故障保护特性包括提供保险丝节省的第一故障操作曲线，而所述第二故障保护特性包括提供保险丝熔断的第二故障操作曲线。 

4.如权利要求1所述的故障保护***，其特征在于，所述第一故障保护特性包括在重合闸之前的第一故障测试程序，而所述第二故障保护特性包括在重合闸之前的第二故障测试程序。 

5.如权利要求4所述的故障保护***，其特征在于，所述第一故障测试程序包括脉冲测试。 

6.如权利要求4所述的故障保护***，其特征在于，所述第一故障测试程序或所述第二故障测试程序基于所述配电***中的故障的特性执行。 

7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述电流值范围被表征为：具有基于保险丝熔断电流的界限，所述保险丝熔断电流小于所述故障保护装置的最小工作电流；或者具有基于一电流值的界限，所述电流值对应于 所述故障保护装置不能防止所述保险丝熔断的最小电流；或者具有基于所述保险丝的保险丝最小熔断电流的界限；或者具有基于所述保险丝的保险丝最小熔断电流的约150%的电流值的界限；或者具有基于针对电流不对称性而调节的所述保险丝的保险丝最小熔断电流的界限；或者具有基于针对电流故障电抗－电阻比而调节的所述保险丝的保险丝最小熔断电流的界限；或者具有用户确定的电流值范围。 

8.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述故障保护装置将所述配电线分段成所述电源与所述故障保护装置之间的第一分段和从所述故障保护装置延伸的第二分段，所述故障保护装置可操作地响应于所述故障保护特性，以将所述第二分段与所述第一分段隔离。 

9.一种隔离配电***的配电线中的故障的方法，所述配电线耦合至电源和故障保护装置，所述故障保护装置耦合至所述电源与负载之间的配电线，所述负载耦合至受保险丝保护的所述配电线，所述方法包括： 

基于所述保险丝的保险丝熔断特性确定电流值范围， 

设置所述故障保护装置的第一响应，以使所述第一响应受限于对所述电流值范围内的电流工作； 

设置所述故障保护装置的第二响应，以使所述第二响应受限于对所述电流值范围内的电流工作； 

基于故障的特性选择所述第一响应和所述第二响应之一；以及 

根据所述第一响应和所述第二响应中被选中的一个隔离所述故障。 

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，确定电流值范围包括基于所述保险丝熔断特性确定所述电流值范围的界限；或者确定电流值范围包括确定对应于所述保险丝熔断特性的所述电流值范围的界限，所述界限小于所述故障保护装置的最大工作电流；或者确定电流值范围包括确定对应于所述故障保护装置不能防止所述保险丝熔断的最大电流的电流值范围的界限；或者确定电流值范围包括确定基于所述保险丝的保险丝最小熔断电流的所述电流值范围的界限；或者确定电流值范围包括确定所述电流值范围的界限，所述界限约为所述保险丝的保险丝最小熔断电流的150%；或者确定电流值范围包括基于针对电流不对称性而调节的所述保险 丝的保险丝最小熔断电流确定所述电流值范围的界限；或者确定电流值范围包括基于针对电流故障电抗－电阻比而调节的所述保险丝的保险丝最小熔断电流确定电流值范围的界限；或者确定用户选择的电流值范围。 

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述故障保护装置的所述响应包括用来提供保险丝节省的第一响应特性和用来提供高电流故障保护的第二响应特性。 

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一响应特性提供保险丝节省而所述第二响应特性提供正常工作故障保护特性。 

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述故障保护装置的响应包括混合响应特性。 

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述混合响应特性包括第一响应特性和第二响应特性，所述第一响应特性是保险丝节省特性。 

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述混合响应特性包括第一响应特性和第二响应特性，所述第一响应特性是所述故障保护装置的正常响应特性。 

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述混合响应特性包括第一响应特性和第二响应特性，所述第二响应特性是保险丝熔断特性。 

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