通過計算行波到達時間使用行波進行故障定位的制作方法
【技術領域】
[0001] 本披露涉及基于行波計算電力線路上的故障位置。更具體地但并非排他性地，本 披露涉及用于使用各種用于分析與行波相關聯(lián)的數(shù)據(jù)的技術來計算故障位置的多種技術。 附圖簡述
[0002] 參照附圖描述了本披露的非限制性且非詳盡的實施例，包括本披露的各個實施 例，在附圖中：
[0003] 圖1展示了與本披露的某些實施例相一致的一種用于檢測行波并且使用所檢測到 的行波來計算故障的位置的系統(tǒng)的框圖。
[0004] 圖2A展示了梯格圖，示出了與本披露的各個實施例相一致的在由300英里 (482.8km)長的傳輸線路上的故障事件所引起的相對時間尺度之上的行波。
[0005] 圖2B展示了與本披露的各個實施例相一致的作為隨時間來自圖2A中所展示的故 障的電流的函數(shù)的行波。
[0006]圖2C展示了梯格圖，示出了與本披露的各個實施例相一致的在遠程終端與本地終 端處來自在400km長傳輸線路上的故障事件的行波。
[0007]圖3A展示了與本披露的某些實施例相一致的在內部故障事件期間在線路終端處 所捕捉到的行波。
[0008] 圖3B展示了用來捕捉圖3A的波形的模擬濾波器的階躍響應。
[0009] 圖4展示了與本披露的某些實施例相一致的可用來確定故障事件的三個波形和一 個閾值。
[0010] 圖6展示了與本披露的某些實施例相一致的應用到示出電流中的波峰的波形的低 通濾波器的輸出。
[0011] 圖7A展示了與本披露的某些實施例相一致的一種實現(xiàn)差分器-平滑器方式的波峰 估計系統(tǒng)的功能框圖。
[0012] 圖7B展示了故障與穩(wěn)定下來的電流中的上升相關聯(lián)的場景，連同圖7A中所示出的 框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0013] 圖7C展示了與圖7B中所展示的場景相比故障導致電流中的更慢上升的場景，連同 圖7A中所示出的框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0014]圖7D展示了故障與穩(wěn)定下來的電流中的上升相關聯(lián)的場景，連同圖7A中所示出的 框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0015] 圖8展示了與本披露的某些實施例相一致的擬合到一種使用差分器-平滑器的波 峰估計系統(tǒng)的輸出的拋物線。
[0016] 圖9展示了與本披露的某些實施例相一致的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置成用于在行 波沿著電力傳輸線路傳播時對該行波的分散進行補償。
[0017] 圖10展示了與本披露的某些實施例相一致的一種用于基于傳輸線路的已知分散 速率確定分散的方法的一個示例。
[0018] 圖11示出了與本披露的某些實施例相一致的具有三個導線交叉的傳輸線路。
[0019] 圖12A展示了電流波輸入，該電流波輸入在時間T上具有從0到振幅A的上升沿。
[0020] 圖12B展示了與本披露的各個實施例相一致的差分器的輸出，其中，輸入是圖12A 中所展示的電流波。
[0021] 圖12C展示了與本披露的某些實施例相一致的平滑器的輸出，其中，輸入是圖12B 中所不出的差分器的輸出。
[0022] 圖12D展示了與本披露的某些實施例相一致的圖12C中所展示的經(jīng)平滑的波形的 導數(shù)。
[0023] 圖13展示了與本披露的某些實施例相一致的一種在具有已知阻抗不連續(xù)點的傳 輸線路上操作的故障定位系統(tǒng)，該故障定位系統(tǒng)可用來針對行波反射建立附加時間窗口。
[0024] 圖14展示了與本披露的某些實施例相一致的一種用于使用行波估計故障位置的 方法的流程圖。
[0025] 圖15展示了與本披露的某些實施例相一致的一種用于檢測故障并且使用行波估 計故障位置的系統(tǒng)1500的功能框圖。 詳細說明
[0026] 行波故障定位(TWFL)系統(tǒng)商業(yè)上可用于專用故障定位設備或作為包括在某些數(shù) 字故障記錄器中的附加功能。在加拿大和美國的某些電力公共設施使用在公共設施內部開 發(fā)的TWFL系統(tǒng)以供內部使用。TWFL系統(tǒng)通常通過對來自故障的電流波形圖或電壓波形圖 (也被稱為事件報告)進行分析以事后方式來提供故障位置信息?？梢允褂脕碜詡鬏斁€路的 一個終端或所有終端的波形圖來對故障位置進行估計。多個終端TWFL系統(tǒng)使用電流樣本或 電壓樣本(它們的相應時間戳根據(jù)協(xié)調世界時間（UTC)時間）來簡化計算。這些系統(tǒng)從傳輸 線路終端獲得事件并且使用運行軟件的通用計算機來確定故障的位置。
[0027] 今天，大多數(shù)線路保護繼電器使用基于阻抗的算法實時地提供故障位置估計。這 些算法使用本地電壓信息和電流信息和/或來自遠程終端的電流信息和電壓信息。當使用 來自兩種終端的信息時，基于阻抗的故障定位估計的準確度可以在1.5%以內。此準確度可 以是線路長度的函數(shù)。在大多數(shù)應用中，此精度足以快速地定位具有長度20英里或更短的 線路中的故障。然而，此準確度對于長線路(例如，150英里的長度或更長)可能不是令人滿 意的，因為即使較小的百分數(shù)誤差也意味著有待巡邏的相對較長的物理距離。因此，公共事 業(yè)可能選擇使用專用TWFL系統(tǒng)。TWFL系統(tǒng)的準確度不必是線路長度的函數(shù)，并且通常在± 0.2英里之內。TWFL系統(tǒng)還適用于串聯(lián)補償線路，而基于阻抗的故障定位算法可能無法很好 地適用于這種應用。出于以上原因，在本行業(yè)中需要具有內置TWFL能力的保護繼電器。
[0028] TWFL系統(tǒng)的限制之一為：當在故障位置處的故障前電壓為零時，故障可能不會生 成行波。在這些環(huán)境中，基于阻抗的故障定位方法仍然可以定位故障。相應地，為了采集關 于行波的數(shù)據(jù)，可以采用連續(xù)的監(jiān)測。根據(jù)某些實施例，將TWFL系統(tǒng)包括在內可以被集成到 連續(xù)地監(jiān)測傳輸線路的保護繼電器中。根據(jù)本文所披露的某些實施例可以實現(xiàn)的另一個益 處為：當存在內部線路故障時計算故障位置，從而在所監(jiān)測的線路上不存在故障時避免讓 人討厭的故障定位警報?？梢詫崿F(xiàn)的附加益處為:保護繼電器可以被應用到具有雙重斷路 器的終端上，并且在斷路器之一不工作時提供故障位置信息。除了上述各項，本文的實施例 還可以實時地或以時間確定性的方式來計算故障位置。也就是，本文的實施例可以立刻提 供計算的故障位置，從而使得可以使用所計算的故障位置來采取保護動作。
[0029] 通過參考附圖，可以最佳地理解本披露的實施例，其中貫穿本文，相同的部件由相 同的參考標號指示。容易理解的是，如在本文附圖中總體上描述和展示的，所披露的實施例 的部件可以在各種各樣的不同配置中安排和設計。因此，下面對本披露的系統(tǒng)和方法的各 個實施例的詳細說明并不旨在限制所聲明的本披露的范圍，而是僅僅表示本披露的可能實 施例。此外，一種方法的步驟并不一定需要以任何特定順序、或者甚至順序地執(zhí)行，也不需 要僅僅執(zhí)行這些步驟一次，除非另有說明。
[0030] 在一些情況下，并未詳細地示出或描述眾所周知的特征、結構或操作。而且，在一 個或多個實施例中，所描述的這些特征、結構或操作可以通過任何適當?shù)姆绞竭M行組合。還 容易理解的是，如在本文附圖中總體上描述和展示的，實施例的部件可以在各種各樣的不 同配置中安排和設計。
[0031] 所描述的實施例的若干方面將被展示為軟件模塊或組件。如本文所使用的，軟件 模塊或組件可以包括位于存儲器裝置內和/或作為電子信號在系統(tǒng)總線或有線網(wǎng)絡或無線 網(wǎng)絡上傳輸?shù)娜魏晤愋偷挠嬎銠C指令或計算機可執(zhí)行代碼。舉例而言，軟件模塊或組件可 以包括一個或多個計算機指令物理塊或邏輯塊，這些物理塊或邏輯塊可以被組織為執(zhí)行一 個或多個任務或實現(xiàn)具體抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結構等。
[0032] 在某些實施例中，具體的軟件模塊或組件可以包括存儲于存儲器裝置的不同位置 中的不同指令，這些指令一起實現(xiàn)模塊的所描述的功能。實際上，模塊或組件可以包括單個 指令、或許多指令，并且可以分布在若干不同代碼段上、不同程序當中、和若干存儲器裝置 上。一些實施例可以在由通過通信網(wǎng)絡鏈接的遠程處理裝置執(zhí)行任務的分布式計算環(huán)境中 實踐。在分布式計算環(huán)境中，程序模塊或組件可以位于本地和/或遠程存儲器存儲裝置中。 此外，在數(shù)據(jù)庫記錄中被綁定或提供在一起的數(shù)據(jù)可以駐留在同一個存儲器裝置中或者跨 若干個存儲器裝置，并且可以跨網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)庫中的記錄的多個字段中被鏈接在一起。
[0033] 實施例可以作為計算機程序產(chǎn)品來提供，該計算機程序產(chǎn)品包括其上存儲有指令 的非瞬態(tài)計算機可讀介質和/或機器可讀介質，這些指令可以用來對計算機(或其他電子裝 置)進行編程以執(zhí)行本文所描述的過程。例如，非瞬態(tài)計算機可讀介質可以存儲有多條指 令，這些指令當由計算機系統(tǒng)的處理器執(zhí)行時使得該處理器執(zhí)行本文所描述的某些方法。 非瞬態(tài)計算機可讀介質可以包括但不限于硬盤驅動器、軟磁盤、光盤、CD-ROM、DVD-R0M、 ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光學卡、固態(tài)存儲器裝置、或適用于存儲電子指令和/或處 理器可執(zhí)行指令的其他類型的介質/機器可讀介質。
[0034] 圖1展示了與本披露的某些實施例相一致的一種用于檢測行波并且使用所檢測到 的行波來計算故障的位置的系統(tǒng)1〇〇的框圖。系統(tǒng)1〇〇可以包括生成系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、分配系 統(tǒng)和/或類似系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括導線106,如連接兩個節(jié)點的傳輸線路。雖然為了簡單起見 以單線路形式進行展現(xiàn)，系統(tǒng)100可以是多相系統(tǒng)，如三相電力傳送系統(tǒng)。系統(tǒng)100由在系統(tǒng) 的兩個位置處的IED 102和104所監(jiān)測，雖然還可以利用其他IED來監(jiān)測該系統(tǒng)的其他位置。 [0035] IED 102和104可以使用電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)、羅哥斯基線圈等等來 獲得電力系統(tǒng)信息。IED 102和104可以從公共時間源110接收公共時間信息。根據(jù)一個實施 例，IED 102和104可以被實施為線路電流差動繼電器(例如，可從華盛頓州普爾曼市施瓦哲 工程實驗（SEL)獲得的型號SEL-411L)。
[0036] 公共時間源110可以是能夠將公共時間信號傳送至每個IED 102和104的任何時間 源。公共時間源的一些示例包括全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，如傳送與IRIG相對應的時間信 號的全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)、WWVB或WWV系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)（如對應于IEEE 1588精確 時間協(xié)議)等等。根據(jù)一個實施例，公共時間源110可以包括衛(wèi)星同步時鐘（例如，可從SEL獲 得的型號SEL-2407)。進一步地，應當指出，每個IED 102、104都可以與單獨的時鐘（如衛(wèi)星 同步時鐘)進行通信，其中，每個時鐘為每個IED 102、104提供公共時間信號。公共時間信號 可以源自GNSS系統(tǒng)或其他時間信號。
[0037]數(shù)據(jù)通信信道108可以允許IED 102和104交換關于行波（除其他項外）的信息。根 據(jù)一些實施例，可以使用數(shù)據(jù)通信信道108將基于公共時間源110的時間信號分配給IED 102和104和/或分配于它們之間。數(shù)據(jù)通信信道108可以實現(xiàn)于各種介質內，并且可以利用 各種通信協(xié)議。例如，數(shù)據(jù)通信信道108可以利用物理介質(如同軸纜線、雙絞線、光纖等)來 實施。進一步地，數(shù)據(jù)通信信道108可以利用通信協(xié)議(如以太網(wǎng)、S0NET、SDH等）以便通信數(shù) 據(jù)。根據(jù)一個特定實施例，通信信道108可以實施為64kbps雙向通信信道。在進一步的實施 例中，數(shù)據(jù)通信信道108可以是利用任何合適的無線通信協(xié)議的無線通信信道(例如，無線 電通信信道）。
[0038] 兩端故障定位方法(本文中可以稱為D型方法)可以使用在沿