單側(cè)饋電的供電線路中的故障識別和故障定位的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定單側(cè)饋電的供電線路（10a）中有故障的區(qū)段的方法，該供電線路被開關(guān)裝置（13a-d）劃分為多個區(qū)段（14a-c），其中，每個開關(guān)裝置（13a-d）配備有測量裝置（15a-d）。為了盡可能靈敏并可靠地實施該方法，建議在所述方法中執(zhí)行以下步驟：每個測量裝置（15a-d）在各自開關(guān)裝置（13a-d）的區(qū)域中布置的測量點（16a-d）處采集電流信號，該電流信號表明在各自測量點（16a-d）處流動的電流，在形成電流采樣值的條件下對該電流信號進行采樣，并且從電流采樣值中確定電流測量參數(shù)；每個測量裝置（15a-d）形成作為瞬時電流測量參數(shù)與先前的電流測量參數(shù)的差的δ電流值，該先前的電流測量參數(shù)是之前確定的電流信號的、規(guī)定數(shù)量的周期，比較δ電流值與電流閾值，并且如果δ電流值高于電流閾值，則識別到電流跳躍；每個測量裝置（15a-d）當(dāng)其識別到電流跳躍時發(fā)送表明電流跳躍的第一狀態(tài)消息；并且故障定位裝置將故障識別為位于供電線路（10a）的以下區(qū)段（14a-c）中，該區(qū)段的一個末端由其測量裝置（15a-d）識別到電流跳躍的開關(guān)裝置（13a-d）限定，而另一個末端由其測量裝置（15a-d）未識別到電流跳躍的開關(guān)裝置（13a-d）限定。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的測量設(shè)備。
【專利說明】單側(cè)饋電的供電線路中的故障識別和故障定位
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定單側(cè)饋電的供電線路中有故障的區(qū)段的方法，該供電線路被開關(guān)裝置劃分為多個區(qū)段，其中，每個開關(guān)裝置配備有測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在中壓或低壓層上的電能供應(yīng)網(wǎng)被用于將電能傳輸?shù)絾为毜慕K端用電器。自從放寬能量供應(yīng)以來，在許多國家還更多地進行分散式饋入到能量供應(yīng)網(wǎng)。這種分散式饋入例如是所謂的可再生式產(chǎn)能器，即基于短期可恢復(fù)的能量源(如風(fēng)或太陽輻射)提供電能的產(chǎn)能器。這樣的產(chǎn)能器例如可以是風(fēng)力設(shè)備或光電設(shè)備。
[0003]在中壓或低壓層上的能量供應(yīng)網(wǎng)經(jīng)常包括單側(cè)饋電的供電線路，為了有效的監(jiān)控而將供電線路劃分成多個區(qū)段。相對于交織網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)形式也被稱為輻射網(wǎng)絡(luò)。在此，借助開關(guān)裝置對每個區(qū)段在其終端進行限定，根據(jù)其開關(guān)性能可以將開關(guān)裝置以功率開關(guān)或隔離開關(guān)的形式構(gòu)造。利用單獨的區(qū)段可以連接以電力負(fù)載形式的單獨的終端用電器或者以饋入形式的產(chǎn)能器；這種結(jié)構(gòu)特別是在以美國為標(biāo)志的市場中常見。但是，在以西歐為標(biāo)志的市場中，也使用具有這樣的單側(cè)饋電的供電線路的能量供應(yīng)網(wǎng)，例如在較低的中壓范圍(大約20kV)內(nèi)的電纜網(wǎng)絡(luò)。
[0004]對于中壓和低壓的輻射網(wǎng)絡(luò)，在供電線路的區(qū)段之一出現(xiàn)故障的情況下，特別是出現(xiàn)短路情況下，應(yīng)當(dāng)在短時間內(nèi)進行準(zhǔn)確的故障識別和故障定位，即，必須快速并可靠地識別并切斷故障涉及的區(qū)段。
[0005]為了故障識別和故障定位，經(jīng)常使用機電式短路指示器，其被直接安裝在供電線路的各個區(qū)段。但這只在明顯超過供電線路的額定電流的高短路電流時才起作用。對設(shè)備的讀取大多數(shù)手動進行，即，經(jīng)常在相對長時間后，才確定具有短路故障的區(qū)段。例如在德國專利文件DE 10 2007 020 955 B4中公知了一種這樣的短路指示器。
[0006]根據(jù)歐洲專利文件EP O 554 553 BI還公知了一種通過開關(guān)裝置(所謂的分段器(iiSectionalizerO)對供電線路的區(qū)段互相限定的方法。為開關(guān)裝置分別配備了保護裝置。通過通信導(dǎo)線將各個保護裝置互相連接，并且與主保護裝置連接。由主保護裝置識別故障情況。主保護裝置向各個保護裝置發(fā)送請求，各個保護裝置根據(jù)電壓信號檢測是否在其所屬的區(qū)段上存在故障，并且返回相應(yīng)的響應(yīng)。根據(jù)響應(yīng)識別到要將無故障區(qū)段與有故障區(qū)段分離的保護裝置促使相應(yīng)的開關(guān)裝置的開關(guān)觸點斷開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種盡可能靈敏并可靠的開頭給出類型的方法以及一種執(zhí)行這種方法的測量裝置。
[0008]為了解決該技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明建議一種方法，其中，每個測量裝置在各自開關(guān)裝置的區(qū)域中布置的測量點處采集電流信號，該電流信號表明在各自測量點處流動的電流，在形成電流采樣值的條件下對該電流信號進行采樣，并且從電流采樣值中確定電流測量參數(shù)；每個測量裝置形成作為瞬時電流測量參數(shù)與先前電流測量參數(shù)的差的S電流值，該先前的電流測量參數(shù)是之前確定的電流信號的、規(guī)定數(shù)量的周期，比較S電流值與電流閾值，并且當(dāng)8電流值高于電流閾值時識別到電流跳躍；每個測量裝置當(dāng)其識別到電流跳躍時發(fā)送表明電流跳躍的第一狀態(tài)消息。故障定位裝置將故障識別為位于供電線路的以下區(qū)段中:該區(qū)段的一個末端由其測量裝置識別到電流跳躍的開關(guān)裝置限定，而另一個末端由其測量裝置未識別到電流跳躍的開關(guān)裝置限定。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，通過形成8電流值可以進行非常靈敏的故障識另IJ，因為排除了電力負(fù)載或者流入或流出的電流的影響，而只考慮故障重要的部分。由此使該方法能夠達到低于供電線路的額定電流的靈敏度，從而也能探測高電阻的故障。
[0010]為形成8電流值而使用的先前電流測量參數(shù)例如可以是在當(dāng)前電流測量參數(shù)之前確定的電流信號的2或3個周期。規(guī)定的數(shù)量不必是整數(shù)，但是通常建議選擇整數(shù)，以避免拍頻效應(yīng)(Schwebungseffekt)。例如利用在600Hz和IkHz之間的采樣頻率進行對電流信號的米樣。
[0011]第一狀態(tài)消息例如可以包括二進制信息，從而不需要高帶寬的通信連接對其進行傳輸。
[0012]在多相供電線路的情況下，對于每一相特別執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施方式設(shè)置了，從電流采樣值中確定電流測量參數(shù)作為有效值或基波分量。
[0014]該實施方式的優(yōu)點在于，為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法只需測量電流信號，從而在此可以不必使用昂貴的電壓轉(zhuǎn)換器。于是，僅利用測量的電流進行S電流參數(shù)的計算以及故障識別和故障定位。
[0015]但是，如果本來具有電壓轉(zhuǎn)換器，或者應(yīng)當(dāng)將其也用于其它目的，則可以設(shè)置為，根據(jù)電流采樣值和對應(yīng)的電壓采樣值來計算電流測量參數(shù)。在該情況下，電流測量參數(shù)例如可以是電功率(例如有功功率或無功功率)。
[0016]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式可以設(shè)置為，靜態(tài)地規(guī)定電流閾值。
[0017]靜態(tài)規(guī)定的優(yōu)點在于，相對少的設(shè)備配置對其就已足夠，并且因此可以進行相對簡單的設(shè)備參數(shù)設(shè)定。在該情況下，必須這樣規(guī)定靜態(tài)電流閾值，使得由于在各自區(qū)段內(nèi)的負(fù)載變化或裝載過程造成的電流波動不被評估為電流跳躍。用于設(shè)定靜態(tài)電流閾值的合適的值處于對于各自區(qū)段有效的額定電流的例如大約5%至15%之間。
[0018]替代靜態(tài)規(guī)定電流閾值，也可以按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式，動態(tài)規(guī)定電流閾值。
[0019]以這種方式可以使各自使用的電流閾值匹配于各自區(qū)段的當(dāng)前運行狀態(tài)。
[0020]具體地，在此可以設(shè)置為，根據(jù)差電流值動態(tài)地形成電流閾值，通過使用在供電線路的區(qū)段兩端處確定的電流測量參數(shù)之間的差來形成該差電流值。
[0021]由此某種程度上在區(qū)段的兩端處進行了對正常運行下的負(fù)載電流和饋入的測量，從而在運行期間可以進行響應(yīng)靈敏度的適應(yīng)性匹配(例如匹配于自身適度改變的負(fù)載關(guān)系或饋入關(guān)系)。為了對各自區(qū)段上的故障情況不進行無意的適應(yīng)性匹配，應(yīng)當(dāng)為形成差電流值而引用這樣的電流測量參數(shù)，對其未識別到電流跳躍。
[0022]按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選實施方式，還可以設(shè)置為，如果先前的電流測量參數(shù)超過預(yù)先給定的對比閾值，則代替先前的電流測量參數(shù)，使用規(guī)定的最大值來形成δ電流值。
[0023]由此可以有利地避免在故障過程中的轉(zhuǎn)換器飽和情況下，出現(xiàn)測量裝置的不希望的電流跳躍識別。
[0024]例如可以根據(jù)差電流值來形成對比閾值，通過使用在供電線路的一個區(qū)段兩端處確定的電流測量參數(shù)之間的差來形成該差電流值。
[0025]具體地，例如可以通過使用差電流和額定電流，按照以下公式形成對比閾值:
[0026]Iv-1n, i+lDiff, i，
[0027]其中，Iv表示對比閾值，Iiu表示在測量位置i處有效的額定電流，并且Illifti表示在測量位置i處形成的差電流值。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選實施方式設(shè)置為，故障定位裝置是至少一個測量裝置的組成部分。
[0029]在這種情況下，通過一個或多個測量裝置本身執(zhí)行故障的識別和定位。
[0030]但是，替代地也可以設(shè)置為，故障定位裝置是與測量裝置不同的中央評估裝置的組成部分。
[0031]評估裝置例如可以是單獨的裝置，其中集成了設(shè)置于供電線路饋入處的保護設(shè)備，或者是網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)(例如SCADA系統(tǒng)，SCADA監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集)的組成部分。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選實施方式設(shè)置為:只要測量裝置未識別到電流跳躍，則該測量裝置在有規(guī)律的時間間隔內(nèi)發(fā)送表明未識別到電流跳躍的第二狀態(tài)消息，并且測量裝置在小于發(fā)送第二狀態(tài)消息的時間間隔的時間間隔內(nèi)重復(fù)第一狀態(tài)消息。
[0033]在該情況下，第二狀態(tài)消息表示循環(huán)消息，其有規(guī)律地報告各自區(qū)段的正常運行狀態(tài)。為此使用的時間間隔例如可以在秒的間隔范圍(例如在大約I至10秒之間)。第一狀態(tài)消息相反表示自發(fā)性消息，其在識別到電流跳躍時立即中止，并且在極短時間內(nèi)(幾毫秒內(nèi))重復(fù)。以這種方式，一方面可以根據(jù)按規(guī)定接收的第二狀態(tài)消息檢查各個測量裝置與故障定位裝置之間的通信連接的功能性，另一方面可以確保在識別到可能指出故障的電流跳躍時，直接產(chǎn)生第一狀態(tài)消息。通過經(jīng)常重復(fù)第一狀態(tài)消息可以確保關(guān)于電流跳躍的信息安全到達接收器，而不會由于通信連接上的單獨的電報損失而丟失。
[0034]例如可以設(shè)置，將狀態(tài)消息作為廣播消息或組播消息發(fā)送。由此實現(xiàn)將狀態(tài)消息中包含的信息不只傳輸給一個接收器，而是幾乎同時傳輸給全部(廣播)或多個(組播)接收器。
[0035]可以通過任意方法傳輸狀態(tài)消息。在最簡單的情況下，為此可以在銅導(dǎo)線(PilotWire，控制線)處施加二進制信號。另外可以使用不同的傳輸協(xié)議(例如DNP3 (分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議))或控制協(xié)議(例如Modbus )。
[0036]按照一種特別優(yōu)選的實施方式，例如可以設(shè)置，按照標(biāo)準(zhǔn)IEC61850將狀態(tài)消息形成為GOOSE消息。
[0037]在特別是規(guī)定了電力開關(guān)設(shè)備中的通信的標(biāo)準(zhǔn)IEC61850中描述了 GOOSE消息(Generic Object Oriented Substation Event,通用面向?qū)ο笞冸娬臼录?,其特別是適合于極快速地傳輸短內(nèi)容(特別是二進制)。
[0038]對于傳輸?shù)谝粻顟B(tài)消息，例如關(guān)于IEC61850的GOOSE消息,按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實施方式不需要精確的時間同步?？紤]關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)的最大運行時間已經(jīng)足夠。在此可以設(shè)置，如果在利用在區(qū)段的一個末端處的測量裝置識別到電流跳躍之后的最大時間段之內(nèi)，未出現(xiàn)在該區(qū)段的第二末端處的測量裝置的第一狀態(tài)消息，則故障定位裝置將故障識別為位于供電線路的特定區(qū)段上。
[0039]最大時間段例如可以考慮在各自測量裝置與故障定位裝置之間的傳輸時間，以及對于電流信號在各自測量位置處的非同步采樣的儲備時間。
[0040]為了進一步提高針對故障判斷的安全性，可以按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選實施方式設(shè)置，只有在識別到電流跳躍的測量裝置的S電流值超過根據(jù)差電流值形成的確認(rèn)閾值時，故障定位裝置才將故障識別為位于特定區(qū)段上，其中通過使用在供電線路的一個區(qū)段兩端處確定的當(dāng)前電流測量參數(shù)之間的差來形成該差電流值。
[0041]由此特別在基于識別電流跳躍的情況下，可以將相對小選擇的電流閾值設(shè)置為用于識別實際存在的故障的另外的條件。
[0042]如果在各個區(qū)段處的開關(guān)裝置是適合關(guān)斷故障電流的功率開關(guān)，則可以按照根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種優(yōu)選實施方式設(shè)置，在供電線路的特定區(qū)段上識別到故障的情況下，直接斷開對供電線路的該區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置。
[0043]替代地，為此也可以設(shè)置，在供電線路的特定區(qū)段上識別到故障的情況下，首先斷開在開關(guān)裝置饋入側(cè)前置的功率開關(guān)，在斷開該功率開關(guān)之后，才斷開對供電線路的該區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置。
[0044]在該替代方案中，區(qū)段處的開關(guān)裝置可以是比功率開關(guān)成本更低的具有相對低開關(guān)功率的隔離開關(guān)，因為通過在饋入側(cè)設(shè)置的功率開關(guān)來關(guān)斷故障電流，該功率開關(guān)近似構(gòu)成了供電線路的主開關(guān)。
[0045]在此還可以設(shè)置，在斷開對有故障的區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置之后，再次接通功率開關(guān)。
[0046]以這種方式，可以及時恢復(fù)直到有故障區(qū)段的終端用電器的能量供應(yīng)。
[0047]為了也能夠?qū)ξ挥谟泄收蠀^(qū)段后的負(fù)載盡可能快地恢復(fù)能量供應(yīng)，在此可以另外設(shè)置，在斷開對有故障的區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置之后，還接通連接開關(guān)，其將供電線路的與有故障區(qū)段的饋入遠(yuǎn)離的末端相鄰的部分與另外的饋入連接。
[0048]由此可以及時再次向布置在未涉及故障的區(qū)段上的負(fù)載和饋入供電。
[0049]上述技術(shù)問題也通過一種用于確定單側(cè)饋電的供電線路中有故障區(qū)段的測量裝置來解決，其中該供電線路通過開關(guān)裝置劃分為多個區(qū)段，并且其中可以將該測量裝置配備給開關(guān)裝置之一。
[0050]根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，測量裝置用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法。
[0051]多個這樣的測量裝置與故障定位裝置共同構(gòu)成了用于確定單側(cè)饋電的供電線路中有故障區(qū)段的系統(tǒng)。在此，故障定位裝置可以是測量裝置的組成部分、作為單獨的設(shè)備實施或者集成在上級設(shè)置的保護或控制裝置中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]以下結(jié)合實施例詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖中:
[0053]圖1示出了具有兩個單側(cè)饋電的供電線路的電能供應(yīng)網(wǎng)的第一實施方式的示意圖；
[0054]圖2示出了具有中央故障定位裝置的電能供應(yīng)網(wǎng)的第二實施方式的示意圖。【具體實施方式】
[0055]圖1以示意圖形式示出了電能供應(yīng)網(wǎng)10的一部分，其中該電能供應(yīng)網(wǎng)例如可以是中壓配電網(wǎng)。能量供應(yīng)網(wǎng)10包括第一供電線路IOa和第二供電線路10b。由變壓器11a、I Ib單側(cè)地給供電線路10a、IOb饋入電能?？梢杂梢粋€或多個源進行變壓器初級側(cè)的饋電。供電線路10a、10b在其與饋入遠(yuǎn)離的末端借助通常斷開的連接開關(guān)12在特定情況下可以互相稱接。對此將在之后詳細(xì)研究。
[0056]在按照圖1的實施例中，為了簡單起見，兩個供電線路IOa和IOb的結(jié)構(gòu)相同，從而在以下說明中除了明確指出的地方，借助供電線路IOa來代表兩個供電線路IOa和10b。
[0057]借助開關(guān)裝置13a_d將供電線路IOa劃分為多個區(qū)段14a_c。在此，每個區(qū)段14a-c由開關(guān)裝置13a_d中的兩個來限定。根據(jù)開關(guān)性能，開關(guān)裝置13a_d可以是隔離開關(guān)或功率開關(guān)。饋入側(cè)設(shè)置了功率開關(guān)13e，其可以將整個供電線路IOa與通過變壓器Ila的饋入斷開，并且由此某種程度上被用作供電線路IOa的主開關(guān)。
[0058]各個開關(guān)裝置13a_d配備有測量裝置15a_d。測量裝置獲取在各自開關(guān)裝置13a_d附近布置的測量位置16a_d處的電流信號，該電流信號表明在供電線路中各自測量位置16a-d處流動的電流。功率開關(guān)13e配備有保護設(shè)備15e。
[0059]利用供電線路IOa的每個區(qū)段14a_c，可以連接以負(fù)載形式的用電器或者以源形式的產(chǎn)能器。例如在圖1中示出了負(fù)載17a和17b以及源17c，它們與區(qū)段14a_c相連。
[0060]通過通信連接19將各個測量裝置15a_d互相連接，從而可以在測量裝置15a_d之間交換信息。將保護設(shè)備15e同樣與通信連接19連接。在此，通信連接可以任意地實施，在最簡單的情況下，其可以是銅導(dǎo)線(控制線“Pilot Wire”)，通過其可以傳輸電信號。此夕卜，也可以使用例如基于以太網(wǎng)的復(fù)雜的通信連接，特別是通信總線。
[0061]在圖1中以所謂的“單線視圖”示出了能量供應(yīng)網(wǎng)10，在該“單線視圖”中只示出了能量供應(yīng)網(wǎng)的一相。實際上，能量供應(yīng)網(wǎng)10通常是多相(例如三相)網(wǎng)絡(luò)。因此相應(yīng)地，針對每個存在的相執(zhí)行以下描述的方法。
[0062]如果在區(qū)段上出現(xiàn)故障(例如短路)，則一方面盡可能快地識別故障并關(guān)斷故障電流。另一方面，必須識別并隔離供電線路的故障涉及的區(qū)段，以便能夠盡可能快地給正常的區(qū)段再次供應(yīng)電能。
[0063]以下借助在區(qū)段14b存在短路18的例子，解釋用于確定有故障區(qū)段的方法。
[0064]每個測量裝置通過在測量位置16a_d布置的電流轉(zhuǎn)換器來為每一相采集電流信號。由采樣裝置在形成與相相關(guān)的電流采樣值的條件下對該采集的電流信號進行采樣。例如可以按照600Hz至IkHZ的采樣率進行這樣的采樣。根據(jù)采樣值，利用計算裝置(例如測量裝置的數(shù)字信號處理器(DSP)或中央處理器(CPU))確定電流測量參數(shù)。在此，電流測量參數(shù)例如可以是基波(例如電流信號的50Hz分量)的有效值或絕對值。通過基于電流采樣值的數(shù)字濾波獲得基波的絕對值，其中，一個相應(yīng)匹配到基波的濾波器確定采樣值的正弦分量，并且另一個匹配到基波的濾波器確定采樣值的余弦分量。為了構(gòu)造基波的絕對值，確定分量(正弦和余弦)平方和的開方。如果應(yīng)當(dāng)抑制電流測量參數(shù)中的調(diào)和諧波，其例如通過接通測量位置16a-d之間的變壓器產(chǎn)生，則使用了基波的絕對值。如果電流測量參數(shù)中的調(diào)和諧波應(yīng)當(dāng)一起被評估，則可以通過形成有效值來實現(xiàn)。一般可以在出現(xiàn)強的諧波分量的情況下，暫時短暫抑制測量裝置15a_d中和/或保護設(shè)備15e中的保護功能。使用基波的有效值或絕對值的優(yōu)點在于，為此除了采集電流信號之外，不必執(zhí)行其它的測量，從而只需要電流轉(zhuǎn)換器。但是，如果已經(jīng)存在電壓轉(zhuǎn)換器或者為了其它目的需要附加的電壓轉(zhuǎn)換器，則也可以根據(jù)電流采樣值和對應(yīng)的電壓采樣值的運算關(guān)系來形成電流測量參數(shù)(例如以有功功率或無功功率的形式)。通過測量設(shè)備的合適的參數(shù)設(shè)定，可以由能量供應(yīng)網(wǎng)的運營者選擇應(yīng)當(dāng)如何形成電流測量參數(shù)的方式。
[0065]電流測量參數(shù)的確定在每個測量裝置中提供值L⑴，其中，j表示各自的測量裝置(例如由供電線路IOa的第二測量裝置15b形成電流測量參數(shù)I2 (t))。這里為簡單起見只考慮一相。實際上，如前所述為供電線路IOa的全部相進行電流信號的測量和電流測量參數(shù)的計算，并且為全部測量位置持續(xù)執(zhí)行。
[0066]從當(dāng)前計算的電流測量參數(shù)的值減去先前的電流測量參數(shù)，從而得到作為差的δ電流參數(shù)Dlj(t)。先前的電流測量參數(shù)已經(jīng)在電流信號的幾個(例如2至3個)周期(N)之前被形成，并且被存儲在各自的測量裝置中(例如在環(huán)形存儲器中)。先前的電流測量參數(shù)不必一定是先前確定的電流信號的整數(shù)數(shù)量的周期，但是為了避免拍頻效應(yīng)而建議使用整數(shù)數(shù)量。例如在使用在兩個周期(N)之前形成的電流測量參數(shù)的情況下，按照以下公式確定δ電流參數(shù):
[0067]0Ι」(?)=Ι」(?)-Ι」(?_2Ν)。
[0068]δ電流參數(shù)Dlj(t)在穩(wěn)定運行下具有接近零的值，因為在供電線路IOa的各自區(qū)段14a_c上不出現(xiàn)電流變化。
[0069]在每個測量裝置15a_d中，將各自的δ電流值與電流閾值S1進行比較，并且如果δ電流值高于電流閾值，則識`別到在各自區(qū)段上的電流跳躍。在此，電流跳躍被理解成特定最小參數(shù)的正向電流變化。在識別到電流跳躍之后，測量裝置15a_d通過通信連接19直接發(fā)送第一狀態(tài)消息Slp其表明在測量位置j處識別了電流跳躍。第一狀態(tài)消息SI例如可以是簡單的二進制信號(低，高)。在一種優(yōu)選的實施方式中，將這樣的二進制信號作為以所謂GOOSE消息形式的組播消息，按照標(biāo)準(zhǔn)IEC61850進行傳輸。
[0070]在圖1的例子中，故障電流If流過短路位置18，由變壓器Ila饋入該故障電流。保護設(shè)備15e識別到電流跳躍。測量裝置15a和15b同樣識別到電流跳躍，并且發(fā)送第一狀態(tài)消息Sl1和Sl2。其余的測量裝置15c和15d相反未識別到電流跳躍(例如因為流過的電流保持相等或甚至下降)，并且不發(fā)送第一狀態(tài)消息。替代地可以設(shè)置，所有未識別到電流跳躍的測量裝置在有規(guī)律的間隔內(nèi)、即周期性地發(fā)送第二狀態(tài)消息S2p其中，發(fā)送這樣的第二狀態(tài)消息的時間間隔例如可以是幾秒。特別地，如果狀態(tài)消息是GOOSE消息，則也重復(fù)發(fā)送第一狀態(tài)消息Slp其中，重復(fù)第一狀態(tài)消息的時間間隔遠(yuǎn)小于(例如幾毫秒)用于第二狀態(tài)消息的時間間隔。
[0071]例如可以使用靜態(tài)值作為用于評估δ電流值的電流閾值S1，例如在對于各自區(qū)段14a-c有效的額定電流In的大約5%至15%的情況下可以這樣設(shè)定(即在電流閾值是額定電流的5%的情況下，δ電流值的變化小于額定電流的5%不產(chǎn)生電流跳躍識別)。在此，恒定的δ電流值、微小的電流變化、負(fù)載下降或關(guān)斷外部的短路電流不觸發(fā)電流跳躍識別。[0072]但是，也可以動態(tài)確定電流閾值，并且將其與差電流值的聞度(例如差電流值的25%)相匹配，通過使用相鄰測量裝置之間的電流采樣值的差的絕對值來確定該差電流值。具體地，例如可以按照以下公式構(gòu)造差電流值:
[0073]Ιdiff, j-Ikorr+k* (Ij_lj+1) I。
[0074]在此，Ikm是各自區(qū)段的修正值，其應(yīng)當(dāng)平衡在確定電流采樣值時(例如通過負(fù)載電流、轉(zhuǎn)換器誤差等)的誤差。安全因子k影響靈敏度，即，在更高k值的情況下，提高了用作δ電流值的電流閾值的差電流值，并且用于識別電流跳躍的方法因此變得不敏感(安全因子例如可以取k=l...1.2的值)。為了確定差電流值，必須將各自的電流測量參數(shù)Ij在測量裝置15a-d之間按相進行交換。這通過GOOSE消息經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)例如在I秒的間隔內(nèi)進行，并且只能在S電流值近似零的情況下進行。選擇動態(tài)的閾值的優(yōu)點在于，在差電流值中考慮了在區(qū)段14a_c上由于負(fù)載或源而流出或流入的電流。如果不存在負(fù)載或源，則該方法具有最大的靈敏度。
[0075]第一狀態(tài)消息被傳輸?shù)焦收隙ㄎ谎b置，故障定位裝置例如可以是一個測量裝置(或全部測量裝置)的組成部分或者被集成在保護設(shè)備15e。在保護設(shè)備中，故障定位裝置例如可以與那里的觸發(fā)條件相關(guān)聯(lián)(例如過電流保護或距離保護)。故障定位裝置識別到短路位于以下區(qū)段:該區(qū)段被這樣的測量裝置限定，其中一個識別到電流跳躍，而另一個未識別到電流跳躍。在圖1的情況下，測量裝置15b識別到電流跳躍，而測量裝置15c未識別到電流跳躍。這可以由故障定位裝置根據(jù)存在或缺少各自的第一狀態(tài)消息來進行識別。在該情況下，故障定位裝置因此識別到短路在區(qū)段14b。
[0076]如果開關(guān)裝置13a_d是適合關(guān)斷短路電流的功率開關(guān)，則可以直接斷開對供電線路IOa的有故障區(qū)段14b進行限定的開關(guān)裝置13b和13c。這可以由測量裝置15b和15c自身操縱，或者由保護設(shè)備15e借助相應(yīng)的觸發(fā)命令來觸發(fā)。
[0077]如果開關(guān)裝置13a_d僅是具有較小開關(guān)性能的隔離開關(guān)，則在定位了故障在區(qū)段14b之后，首先斷開在饋入側(cè)前置于開關(guān)裝置13a_d的功率開關(guān)13e。由此，如果通過功率開關(guān)13e關(guān)斷的供電線路IOa上的全部測量位置16a_d處的電流下降到電流閾值之下，則在測量裝置15a和15b中的電流跳躍識別回退，由此構(gòu)造第一狀態(tài)消息。在斷開功率開關(guān)13e之后，才通過操縱斷開開關(guān)裝置13b和13c來斷開限定區(qū)段14b的開關(guān)裝置13b和13c。這可以通過測量裝置15b和15c本身進行。替代地，通過功率開關(guān)控制裝置或保護設(shè)備15e導(dǎo)致開關(guān)裝置13b和13c的斷開。利用開關(guān)裝置的處于斷開狀態(tài)的反饋信號，可以再接通功率開關(guān)13e。在斷開對有故障區(qū)段14b進行限定的開關(guān)裝置13b和13c之后，可以接通連接開關(guān)12，其將供電線路IOa的與有故障區(qū)段14b的饋入遠(yuǎn)離的末端相鄰的部分(即區(qū)段14c)和第二供電線路IOb連接，從而可以重新建立對該正常區(qū)段14c的能量供應(yīng)。
[0078]為了能夠更可靠地形成δ電流值，并且避免由可能在短路期間出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換器飽和造成的影響，還可以設(shè)置，如果先前的電流測量參數(shù)超過預(yù)先給定的對比閾值，則代替先前的電流測量參數(shù)，使用規(guī)定的最大值來形成δ電流值。在此，對比閾值Ivgl例如也可以匹配于差電流值，另外還可以考慮對各自測量位置有效的額定電流:
[0079]IvgI,廠1隊 j+lDiff，j。
[0080]在此,最大值同樣可以取對比閾值的大小。由此對于較大的電流(特別是短路電流)，根據(jù)當(dāng)前計算的電流測量參數(shù)與對比閾值Ivgl的恒定值的差來形成δ電流值。這避免了待評估的S電流值在一定數(shù)量的周期之后變成零，并且避免了由于之后的電流轉(zhuǎn)換器飽和而通過由此產(chǎn)生的δ電流導(dǎo)致超越函數(shù)。這樣，在短路期間流經(jīng)的電流被限制到與短路關(guān)系重要的分量。
[0081]例如可以通過將各自測量裝置15a_d的第一狀態(tài)消息Slj與時間標(biāo)記(Zeitstempel)相對應(yīng)，并且在測量裝置15a_d中同步進行電流信號的采樣，由此來輔助由故障定位裝置進行的故障定位。特別簡單地，但是也可以利用非同步工作的測量裝置15a_d來執(zhí)行以上描述的方法，方法是:如果在利用區(qū)段14b的一個末端處的測量裝置15b識別到電流跳躍之后的最大時間段內(nèi)，未出現(xiàn)在區(qū)段14b的第二末端處的測量裝置15c的第一狀態(tài)消息Sl3，則故障定位裝置將故障識別為位于供電線路的特定區(qū)段。在此假定測量裝置15a-d在識別到電流跳躍后直接發(fā)送第一狀態(tài)消息Slp因此，最大時間段包括從各自的測量裝置15a-d到故障定位裝置的最大傳輸時間加上在各個測量裝置中用于非同步執(zhí)行電流跳躍識別的儲備時間段。最大傳輸時間段相當(dāng)于各自測量裝置15a_d與故障定位裝置之間的平均傳輸時間的兩倍，或者相當(dāng)于消息來回傳輸所需的傳輸時間。這可以通過測試消息的簡單的時間標(biāo)記進行測量。
[0082]為了能夠利用該方法更可靠地區(qū)分由于較大負(fù)載變化(例如接通大功率的用電器)引起的電流跳躍和由于短路引起的電流跳躍，可以另外設(shè)置，只有在識別到電流跳躍的測量裝置(這里是測量裝置15b)的δ電流值高于根據(jù)差電流值形成的確認(rèn)閾值時，故障定位裝置才將故障識別為位于特定區(qū)段。差電流值自適應(yīng)于較慢的負(fù)載變化，從而通過該附加的可靠性檢查可以更好地將電流跳躍分類為屬于負(fù)載或者屬于故障。對S電流值的高度的檢查可以通過故障定位裝置來執(zhí)行，或者通過各自的測量裝置本身來實現(xiàn)。在最后提到的情況下，在不滿足可靠性條件時，通過各自的測量裝置來抑制第一狀態(tài)消息的發(fā)送。
[0083]最后，圖2示出了能量供應(yīng)網(wǎng)的實施例，其中，只是故障定位裝置的位置與圖1中的情況不同。代替集成在測量裝置或保護設(shè)備中，故障定位裝置按照圖2被集成在網(wǎng)絡(luò)控制中心(例如SCADA系統(tǒng))的數(shù)據(jù)處理裝置20中，該網(wǎng)絡(luò)控制中心控制并監(jiān)督能量供應(yīng)網(wǎng)的運行。除此之外，對故障識別和故障定位會應(yīng)用已經(jīng)對應(yīng)圖1描述的措施，所以在此不再特別討論。
[0084]總而言之，以上描述了一種能夠在單側(cè)饋電的供電線路中進行故障識別和故障定位的方法。針對供電線路的區(qū)段上的饋入或用電器，該故障識別和故障定位是可靠的，并且是通過靈敏的電流測量方法實現(xiàn)的，在監(jiān)視各自線路區(qū)段的測量設(shè)備中執(zhí)行該電流測量方法。原則上只需要通過電流轉(zhuǎn)換器測量的電流，從而不必設(shè)置昂貴的電壓轉(zhuǎn)換器(但是在存在電壓轉(zhuǎn)換器的情況下，也可以參考電壓信號)。本方法的特征在于，只傳輸小(大部分為二進制)的參數(shù)，其例如可以按照IEC61850以GOOSE消息的形式形成?？梢栽跍y量設(shè)備本身或上級設(shè)置的設(shè)備(例如可以設(shè)置于饋入處)中進行信號的評估。通過斷開對有故障線路區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置可以將其從網(wǎng)絡(luò)中隔離。利用另外的開關(guān)操作，可以給網(wǎng)絡(luò)的未涉及短路的線路區(qū)段再次供應(yīng)電流。由此可以在秒范圍內(nèi)再次建立未涉及的線路區(qū)段的電流供應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定單側(cè)饋電的供電線路(IOa)中有故障的區(qū)段的方法，該供電線路被開關(guān)裝置(13a-d)劃分為多個區(qū)段(14a_c)，其中，每個開關(guān)裝置(13a_d)配備有測量裝置(15a_d)，其特征在于，在所述方法中執(zhí)行以下步驟: -每個測量裝置(15a-d)在各自開關(guān)裝置(13a-d)區(qū)域中布置的測量點(16a_d)處采集電流信號，該電流信號表明在各自測量點(16a_d)處流動的電流； -每個測量裝置(15a_d)在形成電流采樣值的條件下對該電流信號進行采樣，并且從電流采樣值中確定電流測量參數(shù)； -每個測量裝置(15a_d)形成作為瞬時電流測量參數(shù)與先前的電流測量參數(shù)的差的δ電流值，該先前的電流測量參數(shù)是之前確定的電流信號的、規(guī)定數(shù)量的周期； -每個測量裝置(15a_d)比較δ電流值與電流閾值，并且如果δ電流值高于電流閾值，則識別到電流跳躍； -每個測量裝置(15a_d)當(dāng)其識別到電流跳躍時發(fā)送表明電流跳躍的第一狀態(tài)消息；并且 -故障定位裝置將故障識別為位于供電線路(IOa)的以下區(qū)段(14a-c)中，該區(qū)段的一個末端由其測量裝置(15a_d)識別到電流跳躍的開關(guān)裝置(13a_d)限定，而另一個末端由其測量裝置(15a_d)未識別到電流跳躍的開關(guān)裝置(13a_d)限定。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， -從所述電流采樣值中來確定電流測量參數(shù)作為有效值或基波分量，或者從所述電流采樣值和對應(yīng)的電壓采樣值中來計算電流測量參數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， -靜態(tài)地規(guī)定所述電流閾值。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， -動態(tài)地規(guī)定所述電流閾值。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， -根據(jù)差電流值動態(tài)地形成所述電流閾值，通過使用在供電線路(IOa)的一個區(qū)段(14a-c)的兩端處確定的電流測量參數(shù)之間的差來形成所述差電流值。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -如果先前的電流測量參數(shù)超過預(yù)先給定的對比閾值，則代替先前的電流測量參數(shù)，使用規(guī)定的最大值來形成δ電流值。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， -根據(jù)差電流值來形成所述對比閾值，通過使用在供電線路(IOa)的一個區(qū)段(14a-c )兩端確定的電流測量參數(shù)之間的差來形成所述差電流值。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -所述故障定位裝置是至少一個所述測量裝置(15a-d)的組成部分。
9.按照權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于， -所述故障定位裝置是與所述測量裝置(15a-d)不同的中央評估裝置(例如20)的組成部分。
10.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -只要所述測量裝置(15a-d)未識別到電流跳躍，則該測量裝置在有規(guī)律的時間間隔內(nèi)發(fā)送表明未識別到電流跳躍的第二狀態(tài)消息；并且 -所述測量裝置(15a-d)在小于發(fā)送第二狀態(tài)消息的時間間隔的時間間隔內(nèi)重復(fù)第一狀態(tài)消息。
11.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -按照標(biāo)準(zhǔn)IEC61850將狀態(tài)消息形成為GOOSE消息。
12.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -如果在利用區(qū)段(14a_c)的一個末端處的測量裝置(15a_d)識別到電流跳躍之后的最大時間段內(nèi)，未出現(xiàn)在該區(qū)段(14a_c)的第二末端處的測量裝置(15a_d)的第一狀態(tài)消息，則所述故障定位裝置將故障識別為位于供電線路(IOa)的特定區(qū)段(14a_c)。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于， -只有在識別到電流跳躍的測量裝置(15a_d)的8電流值高于根據(jù)差電流值形成的確認(rèn)閾值時，故障定位裝置才將故障識別為位于特定區(qū)段(14a_c)，其中通過使用在供電線路(IOa)的一個區(qū)段(14a_c)的兩端處確定的電流測量參數(shù)之間的差來形成所述差電流值。
14.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， -在供電線路(IOa)的特定區(qū)段(14a_c)上識別到故障的情況下，直接斷開對供電線路(IOa)的該區(qū)段進行限定的開關(guān)裝置(13a_d)。
15.按照權(quán)利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于， -在供電線路(IOa)的特定區(qū)段(14a_c)上識別到故障的情況下，首先斷開在饋入側(cè)前置于開關(guān)裝置(13a-d)的功率開關(guān)(13e)，并且在斷開該功率開關(guān)(13e)之后，才斷開對供電線路(IOa)的該區(qū)段(14a-c)`進行限定的開關(guān)裝置(13a_d)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于， -在斷開對有故障區(qū)段(14a_c)進行限定的開關(guān)裝置(13a_d)之后，再次接通所述功率開關(guān)(13e)。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于， -在斷開對有故障區(qū)段(14a_c)進行限定的開關(guān)裝置(13a_d)之后，還接通連接開關(guān)(12)，其將供電線路(IOa)的與有故障區(qū)段(14a_c)的饋入遠(yuǎn)離的末端相鄰的部分和另外的饋入相連接。
18.一種用于確定單側(cè)饋電的供電線路(IOa)中有故障的區(qū)段的測量裝置(15a_d)，該供電線路被開關(guān)裝置(13a_d)劃分為多個區(qū)段(14a_c)，其中，能夠?qū)⑺鰷y量裝置(15a-d)配備給所述開關(guān)裝置(13a-d)中的一個，其特征在于，-所述測量裝置(15a_d)被設(shè)計用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法。
【文檔編號】H02H1/00GK103688434SQ201180072363
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月21日
【發(fā)明者】N.舒斯特, M.斯潘格勒 申請人:西門子公司