專利名稱：瞬時(shí)故障檢測(cè)電路的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說(shuō)來(lái)涉及斷路器的電子脫扣機(jī)構(gòu)，更具體地說(shuō)，涉及給斷路器檢測(cè)瞬時(shí)故障的電子脫扣機(jī)構(gòu)。
電子脫扣機(jī)構(gòu)是眾所周知的，它一般有電壓傳感器和電流傳感器提供表示輸電線信號(hào)的模擬信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后由微控制器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。脫扣機(jī)構(gòu)還包括RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、ROM(只讀存儲(chǔ)器)和EEPROM(電子可擦可編程存儲(chǔ)器)，所有這些存儲(chǔ)器都與微控制器接口。ROM存有脫扣機(jī)構(gòu)應(yīng)用碼，例如主功能度程序包，這包括初始化參數(shù)，還存有引導(dǎo)碼。EEPROM存有應(yīng)用碼的操作參數(shù)。
這些脫扣機(jī)構(gòu)需要符合某些標(biāo)準(zhǔn)，例如UL/ANSI/IEC標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了擬訂在什么條件下必須脫扣的技術(shù)條件的脫扣時(shí)間曲線，技術(shù)條件例如有短時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間、瞬時(shí)間或接地故障等。所有這些都是眾所周知的。這些標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定從脫扣機(jī)構(gòu)必須準(zhǔn)備好脫扣時(shí)通電的瞬間起短暫的時(shí)延。
本發(fā)明是針對(duì)瞬時(shí)脫扣情況提出的。瞬時(shí)保護(hù)歷來(lái)采用了各種電子電路(模擬電子線路)和定制的集成電路(專用集成電路(ASIC))。常規(guī)的低壓電子脫扣機(jī)構(gòu)采用簡(jiǎn)單比較法檢測(cè)瞬時(shí)脫扣狀況。這類電路將瞬時(shí)電流與固定的閾值比較，達(dá)到該閾值時(shí)，電子脫扣機(jī)構(gòu)會(huì)觸發(fā)斷路器使其斷開(kāi)。由于周知的負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程(例如電動(dòng)機(jī)起時(shí)沖擊性的過(guò)渡過(guò)程)的原因，這種方法的效果幾乎總是保護(hù)作用過(guò)頭，從而導(dǎo)致麻煩討厭的跳閘狀況。
此外，由于叫做不對(duì)稱的過(guò)渡過(guò)程現(xiàn)象，頭半個(gè)周期理論上會(huì)出現(xiàn)達(dá)兩倍電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流或十六倍正常工作電流的情況。盡管如此，各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求還是規(guī)定了斷路器需要跳閘的瞬時(shí)設(shè)定值。
在不對(duì)稱的情況下，出現(xiàn)的實(shí)際峰值電流是隨線路/負(fù)荷組合的閉路角和阻抗(X/R)的變化而變化的。舉例說(shuō)，斷路器十倍額定電流的故障理論上會(huì)以特定半個(gè)周期內(nèi)二十倍額定電流的形式出現(xiàn)。這里，還是不大的阻抗(X/R)將此理論最大值限制到穩(wěn)態(tài)電流的1.7至1.9倍。照這樣，在饋電線路系統(tǒng)中采用一般的電子比較法，跳閘的并不只是最靠近負(fù)荷的斷路器，而是兩個(gè)斷路器都跳閘。
峰-峰電流比較法是高電壓負(fù)荷繼電保護(hù)領(lǐng)域中所熟悉的。例如，通用電氣公司出售的DEP-100，DEP-200和F30型保護(hù)斷電器就采用了應(yīng)用峰-峰電流值的算法。然而，這類保護(hù)繼電器通常是獨(dú)立應(yīng)用或與斷路器分開(kāi)安裝裝配在架子上的器件。此外，由于分開(kāi)安裝的，因而這些器件通常是自備電源的，而且是先于斷路器或負(fù)荷獲得供電的。因此，保護(hù)繼電器在斷路器合上之前開(kāi)始取樣，并將零電流作為電流流通之前的電平正確記錄下來(lái)。這在電子脫扣機(jī)構(gòu)的情況下通常是不會(huì)發(fā)生的，這是因?yàn)閿嗦菲骱仙蠒r(shí)電流通常是同時(shí)流到負(fù)荷和流到電子脫扣機(jī)構(gòu)的。本發(fā)明提供一種根據(jù)這個(gè)同時(shí)流通電流的峰-峰電流值保護(hù)負(fù)荷使其不致因瞬時(shí)或栓鎖電流而過(guò)載同時(shí)最大限度地減少現(xiàn)行因負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程引起的麻煩討厭的跳閘問(wèn)題的方法和設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它缺點(diǎn)和不足之處因本發(fā)明的方法和設(shè)備而得以克服或緩和。本發(fā)明的算法通過(guò)檢測(cè)真實(shí)的電氣尖峰信號(hào)同時(shí)精確確定何時(shí)出現(xiàn)電流過(guò)載保護(hù)電氣系統(tǒng)。
本發(fā)明的電子脫扣機(jī)構(gòu)特別適用于選擇性斷路系統(tǒng)。選擇性系統(tǒng)可以包括例如一個(gè)電流源、一個(gè)上游斷路器和脫扣機(jī)構(gòu)、多個(gè)下游斷路器和脫扣機(jī)構(gòu)和相應(yīng)的負(fù)荷。下游斷路器和脫扣機(jī)構(gòu)的等級(jí)都取得使其符合相應(yīng)負(fù)荷的需要，且應(yīng)使其在低于上游斷路器和脫扣機(jī)構(gòu)的峰值下跳閘。斷路器脫扣機(jī)構(gòu)包括一個(gè)電流互感器給一個(gè)整流器件提供輸入電流，隨后檢測(cè)所述輸入電流的某個(gè)極性并將其轉(zhuǎn)換成低級(jí)電壓信號(hào)供處理。接著低級(jí)電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理器處理，在信號(hào)處理器中信號(hào)受到一系列算法的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，處理裝置有一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)微處理器。若算法的某些條件得到滿足，例如外部信號(hào)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)系會(huì)使脫扣電磁線圈得電，從而使斷路器件的觸點(diǎn)打開(kāi)。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，算法系統(tǒng)由一套算法組成，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)可用以下兩步程序說(shuō)明步驟1將電流信號(hào)的絕對(duì)值與X值比較，x=22*]]>瞬時(shí)設(shè)定值；若電流值大于N個(gè)連續(xù)取樣值，則使斷路器跳閘，否則往前進(jìn)入步驟2；步驟2求出峰-峰電流的電流值，將其與y值比較，y=22*]]>瞬時(shí)設(shè)定值的均方根值；若峰-峰電流更大，則使斷路器跳閘，否則返回步驟1。
本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖領(lǐng)會(huì)和理解本發(fā)明的上述和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在參看附圖。附圖中類似的元件都用類似的編號(hào)標(biāo)出。


圖1是和選擇性電路跳閘系統(tǒng)的原理方框圖。
圖2是電子脫扣機(jī)構(gòu)的原理方框圖。
圖3是本發(fā)明算法程序的流程圖。
參看圖1，圖中示出了選擇性系統(tǒng)10。選擇性系統(tǒng)10包括一個(gè)源12、一個(gè)上游器件(斷路器和脫扣機(jī)構(gòu))14、一個(gè)下游器件(斷路器和脫扣機(jī)構(gòu))16和至少一個(gè)相應(yīng)的負(fù)荷18?？梢约由先我鈹?shù)量的另外一些下游器件(斷路器和脫扣機(jī)構(gòu))20連同相應(yīng)的負(fù)荷22。下游器件16，20的等級(jí)取得使其滿足相應(yīng)負(fù)荷18，22的需要，且設(shè)定得如稍后即將說(shuō)明的那樣跳閘。上游器件14的等級(jí)取得使其滿足和系統(tǒng)要求，且設(shè)定得如稍后即將說(shuō)明的那樣跳閘。
現(xiàn)在參看圖2，圖中示出了脫扣機(jī)構(gòu)30的一般原理圖。稍后談到的兩步算法系統(tǒng)最好獨(dú)立應(yīng)用于斷路器所保護(hù)的各相電流。脫扣機(jī)構(gòu)30有一個(gè)極性傳感器32和一個(gè)電流傳感器36，極性傳感器32提供表示信號(hào)線路34上輸電線信號(hào)極性狀態(tài)的模擬信號(hào)，電流傳感器36提供表示信號(hào)線路38上輸電線信號(hào)的電流測(cè)定值。線路34和38上的模擬信號(hào)由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器40處理，將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在總線42上傳送信號(hào)處理器或微控制器44，例如市面上可從日立公司買到的那一種(即HA/300系列微控制器)。微控制器44沿控制總線52與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)46、只讀存儲(chǔ)器(ROM)48和電子可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)50聯(lián)系。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器40、ROM48和EEPROM50或它們的任何組合可以裝在微控制器44內(nèi)，這是本技術(shù)領(lǐng)域所周知的。EEPROM50最好是非易失性的，這樣系統(tǒng)信息和程序設(shè)計(jì)內(nèi)容才不能在中途停電或供電中斷期間丟失。輸出控制器件54沿控制總線52接收來(lái)自微控制器44控制信號(hào)。控制器件54通過(guò)線路58控制脫扣模件56。電源62由市電供電，沿線路64給脫扣機(jī)構(gòu)30的各組成部分提供操作需用的電能?；蛘邩O性傳感器32和電流傳感器36也可以由輸電線直接供電。ROM48存有脫扣機(jī)構(gòu)應(yīng)用碼或算法，這些主要是一些功能度程序包，包括初始化參數(shù)和引導(dǎo)碼。應(yīng)用碼包括本發(fā)明算法系統(tǒng)用的代碼。EEPROM存有操作參數(shù)碼，例如設(shè)定脫扣需用的峰值數(shù)或脫扣機(jī)構(gòu)靈敏度的代碼。這些參數(shù)一般是在制造廠就存入脫扣機(jī)構(gòu)中，選擇得使其合乎客戶的要求，但也可以根據(jù)客戶的需要配置，這是本技術(shù)領(lǐng)域所周知的。
現(xiàn)在參看圖3更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的算法系統(tǒng)。圖3繪出了算法程序70，這個(gè)程序是對(duì)各電流樣本反復(fù)執(zhí)行的。電流樣本的頻率隨電流傳感器速率、A/D轉(zhuǎn)換器速率、微控制器處理能力和其它操作變量的變化而變化。電流樣本I(獲自電流傳感器36且最好經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理)在步驟72傳送給微控制器44和ROM48、RAM46和EEPROM 50所存的相關(guān)軟件。在第一算法74中，遴選過(guò)的故障很快就檢測(cè)出來(lái)了。在方框76，第一算法將電流的絕對(duì)值(|I|)與由下式確定的A值進(jìn)行比較A＝2ISP21/2(2×RMSISP)(1)
其中ISP為瞬時(shí)設(shè)定值極限。這里瞬時(shí)設(shè)定值由采用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和待保護(hù)的具體負(fù)荷確定。這樣，若|I|＞A (2)則即使頭半個(gè)周期的瞬時(shí)電流因不對(duì)稱的直流偏差而增加，故障電流也通常會(huì)超過(guò)穩(wěn)態(tài)的均方根值(RMS)瞬時(shí)電流。
為避免因瞬時(shí)故障或其它瞬時(shí)電流短暫脈沖波形擾動(dòng)引起的麻煩討厭的跳閘，脫扣機(jī)構(gòu)在單一電流值超過(guò)A之后最好不脫扣。不是區(qū)別真故障電流與瞬時(shí)短暫脈沖波形擾動(dòng)的發(fā)生，而是將多個(gè)連續(xù)電流樣本與A比較。跳閘所需要的樣本數(shù)n是預(yù)先確定得使n隨脫扣機(jī)構(gòu)取樣率的變化而變化，且應(yīng)選取使其歷時(shí)1-2毫秒左右。
若|I|大于A，算法流程就從方框76往前進(jìn)入方框80，這時(shí)連續(xù)脫扣總計(jì)數(shù)值[n(tc)]增加1。下一個(gè)方框82將n(tc)與n比較。若超過(guò)n，微控制器44會(huì)通過(guò)輸出端54給脫扣模件56發(fā)送脫扣信號(hào)，將斷路器打開(kāi)，這在流程圖70的方框20表示出來(lái)。當(dāng)n(tc)不超過(guò)n時(shí)，程序如圖中所示繼續(xù)向流程圖中總的以算法90表示的第二算法前進(jìn)，這里稍后即將說(shuō)明。
若|I|不大于A，算法就往前進(jìn)入流程圖的方框78，將n(tc)復(fù)置到0。通常，若|I|大于A的幅度小于n倍，第二算法是不會(huì)引起跳閘的，尖峰信號(hào)是短暫故障引起的。比較對(duì)象是連續(xù)的樣本而不是單一的樣本對(duì)避免因瞬時(shí)短暫脈沖波形擾動(dòng)引起的麻煩討厭的脫閘有幫助。
轉(zhuǎn)到第二算法90時(shí)，將峰-峰電流(圖3中以pk-pk標(biāo)出)與RMS(均方根值)瞬時(shí)故障電流設(shè)定值ISP相比較。檢測(cè)到兩個(gè)峰值使可能下降的故障電流果真下降了，這是在隨后的后半周發(fā)生的，原因是下游斷路器斷路或不對(duì)稱現(xiàn)象的消逝。通常，第二算法確定早先存儲(chǔ)或先前的峰值[peak(-2)]和最新峰值[peak(-1)]與當(dāng)前樣本電流絕對(duì)值(|I|)的平均值之和。這個(gè)和數(shù)與兩倍瞬時(shí)設(shè)定值的RMS值(2ISP21/2)比較，若和數(shù)更大，則會(huì)精確檢測(cè)出故障情況，斷路器會(huì)跳閘。
要確定所要求的兩個(gè)峰值需要第二算法的某些變量。在某時(shí)刻處理的樣本以I表示。過(guò)去處理的樣本以I(-1)表示。在啟動(dòng)情況下，每次系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，第一或第二算法引起跳閘之后，或系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位之后，還需要確定最新峰值電流值peak(-1)和先前的峰值電流值peak(-2)并/或?qū)⑵浯嫒氪鎯?chǔ)器中。因此，用標(biāo)志來(lái)表示所存儲(chǔ)峰值的存在。這些標(biāo)志這里以負(fù)值表示，若某一峰值不存在，則將標(biāo)志設(shè)為no-peak(-1)和no-peak(-2)，則必須確定peak(-2)并存儲(chǔ)起來(lái)。此外，如這里更詳細(xì)說(shuō)明的那樣，用極性標(biāo)志確定半周期是否變化，即目前樣本I的極性是否與先前樣本I(-1)的極性不同。在確定peak(-1)之前是不會(huì)設(shè)極性標(biāo)志的(清除)。在初始啟動(dòng)情況下是要確定I(-1)的。
因此，在啟動(dòng)情況下，第一樣本具有下列變量值I＝目前的電流值；I(-1)＝(待確定)；No-peak(-1)＝定下來(lái)了；no-peak(-2)＝定下來(lái)了；peak(-1)＝(待確定)；peak(-2)＝(待確定)；極性標(biāo)志＝清除。
方框92確定no-peak(-2)是否定下來(lái)了。從方框82的否定回應(yīng)繼續(xù)下去的啟動(dòng)情況(即由于電流的絕對(duì)值已一次而不是n次超過(guò)兩倍RMS瞬時(shí)故障設(shè)定值而不跳閘)或從方框78的否定回應(yīng)繼續(xù)下去的啟動(dòng)情況(即由于電流的絕對(duì)值未超過(guò)兩倍RMS瞬時(shí)故障設(shè)定值和方框76而不跳閘，且脫扣計(jì)數(shù)值n(tc)在方框78保持0)，因而定下no-peak(-2)。方框92的答案是肯定的，因而算法往前進(jìn)入方框100，開(kāi)始存儲(chǔ)peak(-1)和peak(-2)連同其后的各樣本的程序。
方框100確定極性標(biāo)志是否業(yè)已設(shè)置。由于peak(-1)未確定，所以不會(huì)設(shè)置初始樣本的極性標(biāo)志，算法會(huì)轉(zhuǎn)入方框102。Peak(-1)確定并存儲(chǔ)下來(lái)時(shí)就會(huì)設(shè)置極性標(biāo)志，這里將進(jìn)一步說(shuō)明，而當(dāng)極性傳感器32檢測(cè)出極性變化時(shí)就會(huì)返回到未定記。若方框100確定極性標(biāo)志業(yè)已設(shè)置，算法就往前進(jìn)入方框120。算法處理初始樣本時(shí)，方框102確定當(dāng)前樣本的電流絕對(duì)值|I|是否大于以前樣本的電流絕對(duì)值|I(-1)||I|＞|I(-1)|(3)第一樣本沒(méi)有I(-1)時(shí)，則估計(jì)可能|I|大于|I(-1)|，因而算法會(huì)繼續(xù)從方框102轉(zhuǎn)到120。在方框120，確定I的極性是否與I(-1)的極性不同。然而，在初始樣本I的情況下，I(-1)不存在，因而對(duì)方框120的答案是否定的。程序繼續(xù)從方框120否定的回應(yīng)往前進(jìn)入方框124，在方框124調(diào)定前一個(gè)樣本I(-1)使其等于當(dāng)前樣本I的電流值。在方框126，流程返回步驟72，這時(shí)開(kāi)處理新樣本I。在處理緊接著的樣本時(shí)，設(shè)置no-peak(-1)和no-peak(-2)的標(biāo)志，清除極性標(biāo)志，I(-1)業(yè)已定下來(lái)了(前一樣本的I值)。至于對(duì)所有的樣本，流程圖如前面談過(guò)的那樣按第一算法74進(jìn)行處理。若脫扣計(jì)數(shù)值不超過(guò)n，或者若|I|小于A，流程就返回到第二算法。對(duì)第二樣本，方框92的答案又是肯定的，方框100的答案又是否定的。
往前進(jìn)入方框102，由于I(-1)有一個(gè)值，因而算法方案與原始樣本不同。若當(dāng)前樣本的電流絕對(duì)值|I|超過(guò)先前樣本的電流絕對(duì)值|I(-1)|，流程就往前進(jìn)入方框120。在方框120，比較當(dāng)前樣本和先前樣本的極性。
若I的極性與先前樣本I(-1)的極性不同，則在方框122清除極性標(biāo)志(然而在啟動(dòng)情況下，這個(gè)步驟是多余的，因?yàn)闃O性標(biāo)志未設(shè)置)，于是流程往前進(jìn)入方框124。在方框124，給當(dāng)前樣本定下I(-1)的值，并清除以前的I(-1)。若在方框120 I和I(-1)的極性相同，流程就直接往前進(jìn)入方框124，并給當(dāng)前的I取新的I(-1)。
若在方框102，樣本的電流絕對(duì)值小于或等于前一樣本的電流絕對(duì)值，流程就會(huì)著手確定peak(-1)，在方框104開(kāi)始。在方框104，確定peak(-1)是否已定下來(lái)。在圖中所示的算法流程中，這一點(diǎn)no-peak(-1)標(biāo)志完成，此標(biāo)志表示peak(-1)值的存在。在初始化時(shí)，設(shè)置no-peak(-1)標(biāo)志，表明peak(-1)沒(méi)有值。這樣，第一次接下去的樣本的電流小于前一個(gè)樣本時(shí)，流程會(huì)往前進(jìn)入方框106，這時(shí)(由于在下一個(gè)步驟會(huì)確定peak(-1)的值，因而)清除no-peak(-1)。從方框106往前進(jìn)入方框114，定下peak(-1)，從而使peak(-1)＝|I(-1)|。此外，給電流在本半周的極性設(shè)置極性標(biāo)志。至于對(duì)接下去的各樣本，在極性變化和極性標(biāo)志清除之前是不測(cè)定峰值的(方框120和122)。
下一個(gè)步驟，步驟120(此步驟是從方框100、方框102和方框114流過(guò)來(lái)的)確定當(dāng)前樣本的極性|I|是否與前一樣本的極性I(-1)不同。若不同，算法流程就往前進(jìn)入方框122。在方框122，清除極性標(biāo)志，然后用當(dāng)前電流值I替換先前的I(-1)(方框124)。當(dāng)I的極性與I(-1)的極性相同時(shí)，算法流程直接往前進(jìn)入方框124。在方框124，當(dāng)前的I代替先前的I(-1)。
因此，這里，在算法流程中，peak(-1)確定下來(lái)了，no-peak(-1)清除掉，(由于peak(-1)定下來(lái)了因而)設(shè)置極性標(biāo)志，peak(-2)未確定，no-peak(-2)的標(biāo)志仍然設(shè)置。下一個(gè)樣本是從方框72通過(guò)第一算法著手進(jìn)行的，若n(TC)超過(guò)n時(shí)斷路器會(huì)跳閘。若不超過(guò)，流程就往前進(jìn)入方框92。如上面說(shuō)過(guò)的一樣，由于peak(-2)還有待確定因而仍然設(shè)置no-peak(-2)標(biāo)志，于是流程往前進(jìn)入方框100。在方框100，確定是否已設(shè)置極性標(biāo)志。流程繞過(guò)方框102(含(3)式)往前進(jìn)入方框120。在方框120確定極性是否從已從先前的樣本I(-1)變?yōu)楫?dāng)前的樣本I。另一個(gè)[peak(-1)]在相電流極性改變之前是不能加以確定的。出現(xiàn)這種情況時(shí)，清除極性標(biāo)志(方框122)，I(-1)取當(dāng)前I值(方框124)，流程等待下一個(gè)樣本(方框126)。
因此，當(dāng)極性改變且peak(-2)待定時(shí)，情況如下I＝當(dāng)前電流值；I(-1)＝(確定下來(lái))；
N-peak(-1)＝清除掉；No-peak(-2)＝定下來(lái)；peak(-1)＝(確定下來(lái))；peak(-2)＝(待確定)；和極性標(biāo)志＝清除掉。
從方框126至方框72，通過(guò)第一算法處理新樣本。若斷路器尚未跳閘(即|I|不大于兩倍RMS瞬時(shí)故障設(shè)定值或脫扣計(jì)算不大于n)，流程就往前進(jìn)入第二算法的方框92。此外，若方框92的回應(yīng)又是(和peak(-2)待定時(shí)的情況一樣)是肯定的，流程就和往前進(jìn)入方框100。在方框100，由于極性標(biāo)志已清除，因而流程往前進(jìn)入方框102，按(3)式比較，若|I|大于|I(-1)|，算法流程就從方框102轉(zhuǎn)入方框120，如前面說(shuō)過(guò)的那樣將當(dāng)前樣本I的相電流極性與先前樣本I(-1)的極性進(jìn)行比較(方框120)。若|I|小于或等于|I(-1)|，算法流程就著手設(shè)置peak(-2)，重新設(shè)置peak(-1)。這時(shí)，(由于peak(-1)定下來(lái)了因而)清除no_peak標(biāo)志，因而方框104的回應(yīng)是否定的，于是流程進(jìn)入方框108。在方框108，確定是否設(shè)no-peak(-2)標(biāo)志。這時(shí)，(由于peak(-2)尚未定下來(lái)因而)設(shè)置no-peak(-2)標(biāo)志，于是方框108的回應(yīng)是肯定的，因而流程轉(zhuǎn)入方框110，清除no-peak(-2)標(biāo)志(因?yàn)闀?huì)調(diào)定peak-(-2))。從方框110轉(zhuǎn)入方框112，取peak(-2)使其等于當(dāng)前的peak(-1)。取新peak(-1)使其等于先前樣本的電流絕對(duì)值，并在方框114設(shè)置極性標(biāo)志。
從方框114轉(zhuǎn)入方框120，如上述那樣將當(dāng)前相電流的極性與先前樣本的電流極性相比較。在方框122相電流極性改變、極性標(biāo)志清除之前是不會(huì)測(cè)定峰值的。從方框112(若相電流極性從前一個(gè)樣本變過(guò)來(lái))或方框120(若相電流極性不變)將先前電流樣本I(-1)復(fù)置成當(dāng)前的電流樣本I(方框124)，并使算法等待下一個(gè)樣本(方框126)。這樣，當(dāng)極性變化且峰值已定時(shí)，情況如下I＝當(dāng)前電流值；
I(-1)＝確定下來(lái)；No-peak(-1)標(biāo)志＝清除掉；No-peak(-2)標(biāo)志＝清除掉；peak(-1)＝(確定下來(lái))；peak(-2)＝(確定下來(lái))；和極性標(biāo)志＝清除掉。
在此階段，兩峰值已定，且第二算法準(zhǔn)備好根據(jù)peak(-1)、peak(-2)和|I|計(jì)算峰-峰電流。這時(shí)，峰-峰電流可與瞬時(shí)設(shè)定值或其周數(shù)比較。
再?gòu)姆娇?26轉(zhuǎn)入方框72，處理新的電流樣本|I|。若斷路器不因超過(guò)第一算法方框82的脫扣計(jì)數(shù)值而跳閘，則樣本I在方框92開(kāi)始的第二算法處理。方框92否定的回應(yīng)(即no-peak(-2)標(biāo)志清除掉)使流程轉(zhuǎn)入方框94，在方框94按下式可確定峰-峰電流pk-pk＝[|I|+peak(-2)]/2+peak(-1) (4)peak(-1)和peak(-2)都存在或方框92的回應(yīng)是否定時(shí)，對(duì)每一個(gè)電流樣本反復(fù)計(jì)算。得出的值pk-pk在方框96與兩倍受保護(hù)裝置或斷路器RMS瞬時(shí)設(shè)定值相比較如下pk-pk＞2×21/2ISP， (5)其中21/2ISP表示RMS瞬時(shí)故障電流設(shè)定值。
若pk-pk超過(guò)2倍RMS瞬時(shí)設(shè)定值，則斷路器會(huì)如方框200所示的那樣跳閘。這樣做是恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)檫@表明當(dāng)前的電流I夠大，因而求出其與先前峰值([|I|+peak(-2)]/2)的平均值并將平均值與最新峰值[peak(-1)]相加時(shí)超過(guò)兩倍RMS瞬時(shí)設(shè)定值。
Pk-pk小于或等于兩倍RMS瞬時(shí)設(shè)定值時(shí)不會(huì)跳閘，第二算法會(huì)轉(zhuǎn)入方框100。若在當(dāng)前的半周內(nèi)確定了一個(gè)新峰值peak(-1)，則會(huì)設(shè)置極性標(biāo)志，且方框100肯定的回應(yīng)會(huì)使算法流程轉(zhuǎn)入方框120。在方框120(或在出現(xiàn)新的半周期時(shí))檢測(cè)出極性變化、在方框122清除極性之前是不會(huì)將新峰值存儲(chǔ)起來(lái)的。對(duì)新半周內(nèi)以后的樣本則如上述那樣，清除極性標(biāo)志，從而從方框100做出否定的回應(yīng)，使算法流程檢查要存儲(chǔ)的預(yù)期新峰值。
為舉例說(shuō)明這里所述的計(jì)算方法，讓我們舉幾個(gè)例子說(shuō)明各處理步驟。讓我們看看一個(gè)250安斷路器由400安母線供電、兩斷路器調(diào)定在10倍額定電流的瞬時(shí)故障的情況。若此系統(tǒng)在相當(dāng)于起碼兩個(gè)“半周期”的時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行，則調(diào)定peak(-1)和peak(-2)值并分別計(jì)算方框94和96的(4)和(5)式。若舉例說(shuō)，在頭半個(gè)周期內(nèi)發(fā)生1.5不對(duì)稱度的4,100安故障，則系統(tǒng)會(huì)“看到”超過(guò)6,000安的故障。若這類故障持續(xù)n個(gè)樣本的時(shí)間，例如1毫秒(即不是僅僅的“過(guò)渡過(guò)程短時(shí)脈沖波形波動(dòng)”)，則由于電流的絕對(duì)值(大于6,000安RMS)超過(guò)兩倍設(shè)定值(即5,000安)，因而額定電流250安的下游斷路器在頭半個(gè)周期期間會(huì)跳閘。這里由總的以74標(biāo)出的第一算法完成的。然而，這里由于電流絕對(duì)值不超過(guò)設(shè)定的兩倍(即8,000安)因而額定電流400安的上游斷路器并不跳閘。應(yīng)該指出的是，在這種場(chǎng)合，過(guò)去的電子瞬時(shí)電路保護(hù)方法會(huì)促使兩斷路器即刻斷開(kāi)，從而使400安母線供電的其它斷路器或負(fù)荷發(fā)生麻煩討厭的跳閘。
若4,100安故障不加以限制，則在下半個(gè)周期期間，另一個(gè)峰值會(huì)作為peak(-1)存儲(chǔ)起來(lái)，舊峰值(-1)作為peak(-2)存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)處理緊接著的樣本I時(shí)若故障仍然存在(或I的值大得足以使pk-pk值升高兩倍RMS設(shè)定值或上游斷路的8,000安)，(4)式(方框94)的pk-pk值就會(huì)超過(guò)兩倍上游400安斷路器的RMS瞬時(shí)故障設(shè)定值。
頭半個(gè)周期之后，不對(duì)稱現(xiàn)象會(huì)消作。這樣，peak(-2)(看到的第一個(gè)尖峰)等于6,150安，peak(-1)和絕對(duì)值|I|等于4,100安。進(jìn)行計(jì)算，pk-pk＝[(6,150+4,100)/2+4,100]＝9,235安，這個(gè)電流會(huì)使400安斷路器跳閘(9,225＞2×400×10)。
若發(fā)生的是4,100安在頭半個(gè)周期沒(méi)有不對(duì)稱現(xiàn)象(或1.0不對(duì)稱值)的故障，則無(wú)論下游250安斷路器或上游400安斷路器在第一算法之后都不會(huì)跳閘。但兩個(gè)“半周期”之后，若故障仍然存在，則[Peak(-1)]、[peak(-2)和|I|]會(huì)等于4,100安左右，pk-pk會(huì)等于8,200安，從而即使沒(méi)有不對(duì)稱現(xiàn)象，兩個(gè)斷路器也會(huì)因4,100安故障而正確跳閘。
上面已就一些最佳實(shí)施例加以列舉和說(shuō)明，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的前提下是可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行種種修改和替換的。因此，不言而喻，說(shuō)明本發(fā)明的目的是舉例說(shuō)明本發(fā)明而不是想將本發(fā)明局限于這個(gè)說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)中的一種保護(hù)方法，其特征在于，它包括下列步驟檢測(cè)電流流動(dòng)的電信號(hào)，以提供所述電流流動(dòng)的當(dāng)前電流值；比較所述當(dāng)前電流值與第一電流閾值(74)之間的瞬時(shí)電流；和比較多重峰值和與第二電流閾值(90)之間的峰-峰電流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬時(shí)電流的比較步驟(74)還包括將所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值與所述第一電流閾值(76)進(jìn)行比較；和當(dāng)所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值等于或大于所述第一電流閾值(76-是)時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟產(chǎn)生所述信號(hào)時(shí)(80)開(kāi)始計(jì)數(shù)；若以后電流的絕對(duì)值超過(guò)所述第一電流閾值時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值；當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)某計(jì)數(shù)極限值時(shí)(200)產(chǎn)生脫扣信號(hào)；和若所述以后電流值的絕對(duì)值不超過(guò)所述第一電流閾值(76-否)，則將計(jì)數(shù)值清零。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述計(jì)數(shù)極限值(82)選取得使起碼1毫秒電流流動(dòng)的所述電信號(hào)可以檢測(cè)出來(lái)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述計(jì)數(shù)極限值(82)選擇得使起碼1毫秒和不多于2毫秒電流流動(dòng)的所述電信號(hào)可以檢測(cè)出來(lái)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)有一個(gè)預(yù)定的瞬時(shí)設(shè)定值，其中所述第一電流閾值(76)等于兩倍所述瞬時(shí)設(shè)定值。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)有一個(gè)均方根瞬時(shí)設(shè)定值，其中所述第一電流閾值(76)等于兩倍所述均方根瞬時(shí)設(shè)定值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述峰-峰電流比較步驟還包括下列步驟存儲(chǔ)最新峰值電流值(114)；存儲(chǔ)先前的峰值電流值(112)；計(jì)算出所述最新峰值電流值和所述當(dāng)前電流信號(hào)及所述先前峰值電流值(94)兩者的平均值的峰值和；將所述峰值和與所述閾電流值(96)進(jìn)行比較；和當(dāng)所述峰值和超過(guò)所述第二電流閾值(200)時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步檢測(cè)電氣信號(hào)(72，100，120)的正極性半周期或負(fù)極性半周期的極性信號(hào)的當(dāng)前電流值；和通過(guò)在半周期(102)內(nèi)比較所述當(dāng)前電流樣本電流值的絕對(duì)值和先前電流值的絕對(duì)值確定各所述順次峰值電流值，而在半周期內(nèi)所述先前電流值的絕對(duì)值等于或大于所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值時(shí)，廢除所述現(xiàn)有先前峰值電流值，將所述現(xiàn)有最新的峰值電流值作為所述先前峰值電流值(112)存儲(chǔ)起來(lái)，將所述先前電流值的絕對(duì)值作為所述最新峰值電流值(114)存儲(chǔ)起來(lái)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)具有一個(gè)預(yù)定的瞬時(shí)設(shè)定值，其中所述第二電流閾值(96)等于兩倍所述瞬時(shí)設(shè)定值。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)有一個(gè)均方根瞬時(shí)設(shè)定值，其中所述第二電流閾值(96)等于兩倍所述均方根瞬時(shí)設(shè)定值。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，它還包括步驟設(shè)置表示不存在最新峰值電流值(104)的第一標(biāo)志；設(shè)置表示不存在先前峰值電流值(108)的第二標(biāo)志；當(dāng)獲得最新峰值電流值(106)時(shí)清除所述第一標(biāo)志；當(dāng)獲得先前峰值電流值(110)時(shí)清除所述第二標(biāo)志；從而只有當(dāng)所述第二標(biāo)志清除掉時(shí)(92)才進(jìn)行比較所述峰值和與第二閾值的步驟。
13.一種電子脫扣機(jī)構(gòu)，其特征在于，它包括一個(gè)電流傳感器(36)，供提供表示當(dāng)前電流(72)的電流值；和一個(gè)微控制器(44)，供進(jìn)行所述當(dāng)前電流值與第一電流閾值之間的瞬時(shí)電流比較(74)，并供進(jìn)行多重峰值和與第二電流閾值峰-峰電流比較(90)。
14.如權(quán)利要求13所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于，所述微控制器(44)通過(guò)下列步驟進(jìn)行所述瞬時(shí)電流比較(74)將所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值與所述第一電流閾值進(jìn)行比較(76)；當(dāng)所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值等于或大于所述第一電流閾值(76-是)時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。
15.如權(quán)利要求13所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征還在于產(chǎn)生所述信號(hào)(80)時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)；若以后的電流值的絕對(duì)值超過(guò)所述第一電流閾值(80)時(shí)增加計(jì)數(shù)值；當(dāng)所述計(jì)數(shù)值達(dá)預(yù)定極限值(200)時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)；和若所述以后的電流值的絕對(duì)值不超過(guò)所述第一電流閾值時(shí)(76-否)清除所述計(jì)數(shù)值。
16.如權(quán)利要求15所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于，所述計(jì)數(shù)極限值(82)選擇得使起碼檢測(cè)出一毫秒電流流動(dòng)的所述電信號(hào)。
17.如權(quán)利要求13所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于，所述計(jì)數(shù)極限值(82)選擇得使起碼檢測(cè)出一毫秒但不多于2毫秒電流流動(dòng)的所述電信號(hào)。
18.如權(quán)利要求13所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于，所述微控制器(44)通過(guò)下列步驟進(jìn)行所述峰-峰電流比較(90)；存儲(chǔ)最新峰值電流值(114)；存儲(chǔ)先前峰值電流值(112)；計(jì)算所述最新峰值電流值和當(dāng)前電流信號(hào)的電流值與所述先前峰值電流值(94)兩者的平均值的峰值和；將所述峰值和與第二閾值電流值(96)比較；和當(dāng)所述峰值和超過(guò)所述第二電流閾值(200)時(shí)產(chǎn)生脫扣信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于進(jìn)一步檢測(cè)所述當(dāng)前電流值表示電氣信號(hào)(72，100，120)的正極半周期或負(fù)極半周期的極性信號(hào)；和通過(guò)比較半周期內(nèi)當(dāng)前電流值的絕對(duì)值與先前電流值的絕對(duì)值進(jìn)一步確定各所述序列峰值電流值(102)，當(dāng)所述先前電流值的絕對(duì)值在半周期內(nèi)等于或大于所述當(dāng)前電流值的絕對(duì)值時(shí)，廢除所述現(xiàn)行的先前峰值電流值，將所述現(xiàn)行最新峰值電流值作為所述先前峰值電流值(112)存儲(chǔ)起來(lái)，將所述先前電流值的絕對(duì)值作為所述最新峰值電流值(114)存儲(chǔ)起來(lái)。
20.如權(quán)利要求18所述的電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征還在于設(shè)置表示最新峰值電流值(104)不存在的第一標(biāo)志；設(shè)置表示先前峰值電流值(108)不存在的第二標(biāo)志；當(dāng)獲得最新峰值電流值時(shí)清除所述第一標(biāo)志；當(dāng)獲得先前峰值電流值時(shí)清除所述第二標(biāo)志；當(dāng)清除所述第二標(biāo)志時(shí)(92)將所述峰值和與第二閾值比較。
21.一種受保護(hù)的電氣系統(tǒng)，包括一個(gè)交流電源(12)；一個(gè)電負(fù)荷(18，22)；一個(gè)斷路器，電氣上配置在所述交流電源與所述電負(fù)荷之間(14，16，20)；和一個(gè)電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，與所述斷路器(14，16，20)接口；所述電氣系統(tǒng)的特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)包括一個(gè)電流傳感器(36)和一個(gè)微控制器(44)，電流傳感器(36)供定期提供表示當(dāng)前電流(72)的電流值，微控制器(44)供進(jìn)行所述當(dāng)前電流值與第一電流閾值(74)之間的瞬時(shí)電流比較，和供進(jìn)行多重峰值和與第二電流閾值(90)之間的峰-峰值電流比較。
22.一種受保護(hù)的電氣系統(tǒng)(10)，供保護(hù)由交流電源(12)供電的電負(fù)荷(18，22)，包括一個(gè)斷路器(14，16，20)，電氣上配置在所述交流電源(12)與所述電氣負(fù)荷(18，22)之間；和一個(gè)電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，與所述斷路器(14，16，20)接口；所述電氣系統(tǒng)的特征在于，所述電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)包括一個(gè)電流傳感器(36)和一個(gè)微控制器(44)，電流傳感器(36)供定期提供表示當(dāng)前電流(72)的電流值，微控制器(44)供進(jìn)行當(dāng)前電流值與第一電流閾值(74)之間的瞬時(shí)電流比較，和供進(jìn)行多重峰值和與第二電流閾值(90)之間的峰-峰電流比較。
23.一種電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)，其特征在于，它包括一個(gè)傳感器件，供對(duì)電流取樣并提供電流值(36，72)；第一比較器件，供將所述當(dāng)前電流值與第一電流閾值(74)相比較；第二比較器件，供將峰-峰電流值與第二電流閾值(90)相比較；和信號(hào)發(fā)生器件，供產(chǎn)生表示所述當(dāng)前電流值超過(guò)所述第一電流閾值或表示所述峰-峰電流值超過(guò)所述第二電流閾值(200)的信號(hào)。
全文摘要
電子脫扣機(jī)構(gòu)(30)的一種算法系統(tǒng),可以進(jìn)行可靠的瞬時(shí)保護(hù)。多重計(jì)算方法采用了算法(74)和另一算法(90),算法(74)根據(jù)電流與閾值的直接比較結(jié)果檢測(cè)經(jīng)遴選的故障,算法(90)根據(jù)峰－峰電流(94)與另一電流閾值的比較結(jié)果(96)檢測(cè)電流過(guò)載。
文檔編號(hào)H02H1/04GK1306329SQ0013707
公開(kāi)日2001年8月1日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月20日
發(fā)明者J·J·多爾蒂 申請(qǐng)人:通用電氣公司