一种分级延时式多级电弧故障分级协同保护方法与流程

本发明属于飞机供配电系统电弧故障检测领域，具体涉及一种分级延时式多级电弧故障分级协同保护方法。

背景技术：

1、电弧是一种气体游离放电现象，在正常状态下，气体具有良好的电气绝缘性能，但是当在气体间隙的两端加上足够大的电场时，就可气体游离放电，产生电弧。电弧的特点是温度很高，可在几微秒内达到大约2000～4000℃的高温，甚至上万摄氏度，短时间内产生大量的热，危及飞机线路和设备安全，严重时将引燃周围的易燃易爆物，发生火灾和爆炸。

2、尤其是随着飞机供配电电压等级的不断提高，如直流28v到高压直流270v，新一代飞机使用的高压直流540v和未来电推进飞机1kv以上，电弧故障发生的几率也呈现直线上升的趋势。在飞机高空飞行过程中，电弧故障的产生通常是偶发和随机的的，且产生电弧的位置也随机，分布于供配电系统的各个节点及线路中。在飞机上，电弧故障检测是为了确保飞机电力系统在飞机发生电弧故障后及时检测和保护，提供飞机飞行的安全性和可靠性。

3、在飞机分层(分布式)供配电网络中，当上游主馈线路(汇流条)中和下游多条支路之间发生电弧故障时，能够实现电弧的分级保护功能。当下游支路中发生电弧故障时，电弧电流会对上游主馈线电流以及同一主馈线下相邻支路的电流造成影响，下游支路发生的电弧不仅可能导致下游电弧保护开关(如sspc)跳闸，还可能导致上游电弧保护开关跳闸，因为通过上游主馈线的电流将发生变化，引发上游电弧保护开关可能检测出电弧故障。

4、当主馈线发生电弧故障时，主馈线上电弧电流会对主馈线上的支路电流产生影响，造成主馈线上所有支路上的设备工作产生影响，触发上游和下游所有电弧检测装置跳闸。

5、按照电弧发生的顺序及危害程度，使用一定的方法实现多级分级协同策略，可以将发生电弧支路的电弧保护开关及时断开，将电弧故障支路从飞机供配电系统中隔离，但不影响其他线路电弧保护开关断开，确保电弧故障不会向上游线路传播，避免飞机大范围或者整个系统范围的停电。从而达到隔离电弧故障，保护供配电网络正常运行的目的。

6、现阶段电弧检测技术仅适用于飞机供配电系统单一位置的单点检测，对于复杂的配电网络及多样化的负载特性下多级故障分级协同保护研究仍处于研究阶段。采用多级电弧故障分级协同保护方法对各级电弧保护开关跳闸状态统筹控制，能够实现一次配电和二次配电(或上游线路和下游支路)电弧故障分级协同保护，在飞机供配电应用中，目标是只有距离电弧故障位置距离最近的一个支路的电弧故障保护开关会立即跳闸，从而使其他位置和上游位置的电弧保护开关状态保持闭合，或者各级电弧保护开关有序跳闸，实现电弧故障检测技术从单点保护到系统级保护的跨越，提高飞机供配电系统安全性。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种分级延时式多级电弧故障分级协同保护方法，原理是飞机供配电系统中的电弧保护开关根据其所在上下游位置和电流等级，进行归类分级，划分不同的上下游优先级。当飞机供配电系统线路中任意处发生电弧故障时，处于不同级别的电弧保护开关将根据自身所在级别及电弧故障电弧等级，首先有下游低电流等级低优先级的电弧保护开关检测电弧故障后经过ta时间执行保护跳闸动作，此时电弧故障清除则其他保护开关仍处于闭合状态。如等待td时间电弧后，上游高电流等级高优先级的电弧保护开关仍检测电弧故障存在，上游电弧保护开关在tb时间进行跳闸保护。保证对于发生在下游级位置的电弧故障能够及时被检测并隔离出来，而较上游位置发生电弧则按照下游跳闸包会结果是否进行保护。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种分级延时式多级电弧故障分级协同保护方法，所述方法包括：

4、s1，将不同电弧保护开关进行归类分级，进行多级管理并设置电弧保护优先级；

5、s2，设置低优先级电弧保护开关电弧故障跳闸保护时间为ta，发生电弧故障后，低优先级电弧保护开关检测到电弧特征后在ta时间首先进行跳闸保护，优先级越低电弧保护开关跳闸保护所需时间越短；

6、s3，发生电弧故障后，低优先级电弧保护开关检测到电弧特征后在ta时间进行跳闸保护后，如果优先级高的电弧保护开关在等待时间td仍检测到电弧故障存在，则在tb时间跳闸保护，ta<tb。

7、进一步的，s1具体为：根据电弧保护开关在飞机供配电系统所处上下游位置、电流等级、所连接负载关键程度，将不同电弧保护开关进行归类分级，进行多级管理并设置电弧保护优先级；处于飞机供配电系统下游、电流等级小、非关键负载的电弧保护开关为低优先级，处于飞机供配电系统上游、电流等级大、属关键负载的电弧保护开关为高优先级。

8、进一步的，存在一级电弧保护开关d1和二级电弧保护开关d2～d5，以二级电弧保护开关d4所在支路发生电弧故障为例，产生出电弧电流信号iarc，此时id4＝iarc，id1＝∑(id2+id3+iarc+id5)；

9、所述方法包括：

10、s11，电弧保护开关d4所在支路发生电弧故障后，电弧保护开关d4和上游电弧保护开关d1均能够检测到电流中存在电弧特征；下游支路的电弧保护开关d2、d3、d4、d5同处于低优先级，因此电弧保护开关d4首先在ta时间进行电弧保护跳闸；

11、s12，电弧保护开关d4跳闸断开后，此时电弧保护开关d4无电流，则电弧故障清除；

12、s13，上游高优先级电弧保护开关d1在等待时间td未检测到电弧故障，因此d1仍保持闭合状态。

13、进一步的，所述方法还包括：

14、电弧保护开关d4跳闸断开后，上游高优先级电弧保护开关在等待时间td仍检测到电弧故障存在，则在tb时间进行电弧保护跳闸。

15、进一步的，电源侧电弧保护开关d1，一次配电组件pda1中的电弧保护开关d2～dn，二次配电区域电气负载管理中心elmc1中的电弧保护开关sspc1～sspcn，以二次配电区域电气负载管理中心elmc1中的电弧保护开关sspc3所在支路发生电弧故障为例，isspc3＝iarc，此时一次侧电弧保护开关d2流过的电流为

16、id2＝∑(isspc1+isspc2+iarc+……+isspcn)，

17、电源侧流过的电流id1＝∑(id2+id3+……+idn)；

18、所述方法包括：

19、s21，电弧保护开关sspc3所在支路发生电弧故障后，电弧保护开关d2和上游电弧保护开关d1均能够检测到电流中存在电弧特征，下游支路的电弧保护开关sspc1～sspcn同处于低优先级，sspc3首先在ta时间进行电弧保护跳闸,电弧保护开关d1～dn状态保持不变；

20、s22，sspc3跳闸断开后，此时sspc3无电流，则电弧故障清除；上游高优先级电弧保护开关d2在等待时间td未检测到电弧故障，因此d2仍保持闭合状态。

21、进一步的，所述方法还包括：

22、sspc3跳闸断开后，上游高优先级电弧保护开关d2在等待时间td仍检测到电弧故障存在，则在tb时间进行电弧保护跳闸。

23、进一步的，电源侧电弧保护开关d1，一次配电组件pda1中的电弧保护开关d2～dn，二次配电区域电气负载管理中心elmc1中的电弧保护开关sspc1～sspcn，以一次配电组件pda1中的电弧保护开关d2所在支路发生电弧故障为例，此时一次侧电弧保护开关d2流过的电流为电弧电流id2＝iarc，电源侧流过的电流id1＝∑(iarc+id3+……+idn)，id2＝iarc＝∑(isspc1+isspc2+isspc3+……+isspcn)；

24、所述方法包括：

25、s31，电弧保护开关d2所在支路发生电弧故障后，故障所在支路电弧保护开关d2和上游电弧保护开关d1、下游电弧保护开关sspc1～sspcn均能够检测到电流中存在电弧特征，因为下游支路的电弧保护开关(sspc1～sspcn)同处于最低优先级，sspc1～sspcn首先在ta时间进行电弧保护跳闸；

26、s32，sspc1～sspcn跳闸断开后，sspc1～sspcn全部无电流通过，此时上游电弧保护开关d2无电流，则电弧故障清除；上游高优先级电弧保护开关d1在等待时间td未检测到电弧故障，因此d1仍保持闭合状态。

27、进一步的，所述方法还包括：

28、s33，sspc1～sspcn跳闸断开后，sspc1～sspcn全部无电流通过，此时上游电弧保护开关d2无电流，此时如果上游高优先级电弧保护开关d2在等待时间td仍检测到电弧故障存在，则在tb时间进行电弧保护跳闸；

29、s34，sspc1～sspcn和电弧保护开关d2跳闸断开后，sspc1～sspcn和d2全部无电流通过，此时如果上游高优先级电弧保护开关d1在等待时间td仍检测到电弧故障存在，则次优先级电弧保护开关d3～dn按照步骤s31～s33执行。

30、发明的有益效果是：

31、1)将当发生电弧故障时，可以通过该方案将距离电弧故障发生位置最近的电弧保护开关首先跳闸断开，确保故障不会向上游传播。

32、2)可以通过该方案将故障限制在发生问题的电气系统分支上，而不会影响到系统的其他部分。

33、3)可以通过该方案防止电路中正常电弧保护开关出现误跳闸，最小化电力中断的范围。避免飞机整个系统范围的停电。

34、4)除了将跳闸保护限制在故障所在的分支电路上，跳闸电弧保护开关还可以使飞机维护人员更容易找到故障位置和原因。

35、5)可以通过该方案将仅隔离配电系统受电弧故障影响的部分并最大限度地缩短电弧持续时间。

36、6)可以通过该方案将最大限度地减少电弧故障对设备损坏。

37、7)可以不需要第三方决策单元和相互通信，实现分级协同保护功能。

38、本发明所述分级延时式分级协同保护方案，除应用于军用飞机和民航客机供配电系统电弧故障分级协同保护外，还可推广应用与其他领域，如民用电网中的上下游不同分支电路电弧故障分级协同保护、工厂配电电弧故障分级协同保护、舰船潜艇供配电电弧故障分级系统保护等场景和领域中。