CN101981774B - 用于产生故障信号的方法、装置和现场设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生故障信号(F)的方法，该故障信号表明在两个导线末端(A，C)之间的导线(60)上接地故障的位置，其中，在该方法中在两个导线末端分别测量电压和电流以形成测量值并且在探测到接地故障之后或之时确定接地故障的位置。按照本发明，形成谐波向量测量参数(U0A，I0A，U0C，I0C)，并且将这些谐波向量测量参数用于确定接地故障的位置。

Description

用于产生故障信号的方法、装置和现场设备

技术领域

本发明涉及一种用于产生故障信号的装置和方法，该故障信号表明在两个导线末端之间的一条导线上接地故障的位置，其中，在该方法中在两个导线末端分别测量电压和电流以形成测量值并且在探测到接地故障之后或之时确定接地故障的位置。利用这样的方法例如可以采集并定位在具有孤立的中性点或具有谐振中性点接地(Resonanzsternpunkterdung)的电网中的接地故障。

背景技术

具有孤立的中性点或具有谐振中性点接地的电网中的接地故障导致在共同通过变压器去耦合的部分电网中的过压。接地故障的定位总是困难的并且导致费时的查找切换操作(Suchschaltungen)，因为迄今为止采用的用于接地故障识别的方法不能总是选择性地工作。

迄今为止的方法采用如下的设备用于接地故障定位：该设备利用瓦特制(Wattmetrisch)的接地故障采集原理、谐波方法或短时接地-继电器(Erdschlusswischer-Relais)。

按照瓦特制的接地故障采集原理的设备确定基波电流和电压的零序系统参数的复数向量。从这些参数中确定零序系统参数的有功功率和无功功率。该信号的有功分量表示从继电器安装地点看过去到接地故障的方向。所确定的方向信号必须通过监控技术或控制技术从设备被传输到中央分析单元。在那里可以借助手动或程序支持的分析确定涉及接地故障的导线。瓦特制的接地故障采集原理的前提条件是具有小的角度误差的非常精确的互感器。通常在启动时必须调整所采用的电缆电流互感器，以满足方法的高精度要求。因为互感器的待校正的角度误差取决于互感器的控制(Aussteuerung)，因此该调整是容易出错的并且会导致不可靠的显示。

在短时接地-继电器的原理中公知以下两种变形：在第一种变形中分析接地故障的瞬时振荡过程的第一半波的符号。然而在突然发生接地故障时该第一变形最可能仅在电压最大值工作。在第二变形、也称为qu方法中，从电压的瞬时值和待检查的导线的零序电容

计算位移电流并且利用测量的零序电流形成Lissajou图形。该曲线的上升使得可以确定接地故障方向。

在谐波方法中人工地通过变压器中性点施加谐波，并且将该施加的谐波用于接地故障定位。由于主动馈入谐波，需要在电网中附加的初级技术

该方法仅用于接地故障方向的确定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于接地故障定位的可靠方法。

按照本发明，利用测量值对于两个导线末端的每一个确定在零序电压或零序电流中包含的谐波分量以及其衰减时间常数，利用谐波分量和衰减时间常数对于每个导线末端分别形成谐波向量测量参数的绝对值和相位，其中，谐波向量测量参数的相位的时间基准点涉及在各个导线末端上的接地故障探测的时刻，将第一导线末端的第一谐波向量测量参数在从第一导线末端到第二导线末端的方向上，在时间上旋转到先前的时刻，同样将第二导线末端的第二谐波向量测量参数在从第二导线末端到第一导线末端的方向上，在时间上旋转到先前的时刻，并且确定，在先前的哪个时刻并且在导线上的哪个位置，向回旋转的第一和第二谐波向量测量参数至少近似地具有相同的绝对值并且至少近似地具有相同的相位，并且以这种方式确定的位置被视为接地故障的位置并且利用故障信号输出。

本发明方法的一个主要优点在于，在该方法中分析谐波，由此允许非常精确的故障定位。同样对于采用的互感器的测量精度仅必须提出小的要求，因为在本发明方法中还可以利用非特别调整的互感器非常精确的确定接地故障的位置。

本发明方法的另一个主要优点在于，与本文开头部分描述的公知方法不同，本方法还可以在所谓的瞬时接地故障中可靠工作。瞬时接地故障的定位在公知方法中不能总是可靠的，因为仅瞬时地存在瞬时接地故障。

本发明方法的第三主要优点在于，可以无需同步地进行在两个导线末端上电压的测量，并且在两个导线末端上电压测量值可以是不同步的。

按照本发明方法的一种优选实施方式，在考虑描述电磁波在导线上的传播的电报方程(Telegraphengleichung)的条件下，对于在导线上的可选的位置，在使用在两个导线末端上的零序电流和零序电压的谐波向量测量参数的条件下，对于以传播至可选的位置的时间位于先前中的时刻，计算第一和第二零序电压向量，其中，计算从第一导线末端到第二导线末端的方向上的第一零序电压向量，和从第二导线末端到第一导线末端的方向上的第二零序电压向量，将以这种方式计算的两个零序电压向量互相比较并且选择在其上所计算的零序电压向量最佳地一致的那个位置，并且将以这种方式确定的导线位置视为接地故障的位置。利用电报方程可以非常简单和快速地定位。

按照本发明方法的另一种优选实施方式，分别在基于预先给出的模拟在接地故障的情况下零序电压的时间上的变化的信号模型的条件下，借助估计方法来确定两个谐波向量测量参数的绝对值和相位，其中，预先给出的信号模型至少考虑具有确定的向量角频率的待确定的谐波向量测量参数、谐波分量的确定的衰减时间常数和具有零序电压的基频的零序电压向量测量参数，并且其中在估计方法的范围内这样调整谐波向量测量参数的绝对值和相位，使得在信号模型的模拟的信号的时间上的信号变化与零序电压的测量值的所测量的时间上的信号变化之间的偏差最小。作为估计方法优选地使用最小平方估计方法、卡尔曼滤波算法或ARMAX估计方法。

此外具有优势的是，从谐波分量的频谱中选择对于谐波分量主导的频率并且分别这样确定谐波向量测量参数的向量角频率，使得其相应于主导的频率。例如可以确定在谐波分量中的那些其振幅为最大的谐波频率，并且将其确定为向量角频率。

优选地这样确定对于为确定谐波向量测量参数而使用的数据的时间窗，即，将时间窗开始确定在零序电压对预先给出的阈值的超过的开始。

优选地通过如下确定谐波分量：在探测接地故障之后对于每个导线末端分别打开一个测量窗，对于该测量窗借助傅里叶变换确定零序电压的频谱，并且对所述频谱进行高通滤波，在该高通滤波中将谐波与基频分离以形成谐波分量。

可以特别简单并由此具有优势地确定所述衰减时间常数，方法是，确定谐波分量的有效值并且确定该有效值的衰减时间常数并且将有效值的所确定的衰减时间常数视为谐波分量的衰减时间常数。

为了实现尽可能小的设备开销，具有优势的是，在该方法中无需同步地进行在两个导线末端上的电压和电流的测量，并且在两个导线末端上的电压和电流值是不同步的。

本发明还涉及一种用于产生故障信号的装置，该故障信号表明在第一和第二导线末端之间的一条导线上接地故障的位置，其中所述装置具有：在导线的第一导线末端上的第一测量设备和在导线的第二导线末端上的第二测量设备。

按照本发明具有与两个测量设备相连的分析装置，其适合于，利用两个测量设备的测量值进行如上面所述的方法。

分析装置例如可以通过编程的数据处理设备形成。

分析装置可以设置在与两个测量设备相连的中央装置中。可替换地，两个测量设备可以互相连接，其中，分析装置在测量设备中的一个中实现。

本发明还涉及一种现场设备、特别是保护设备，用于连接到电导线的导线末端并且用于识别在电导线上的接地故障。按照本发明现场设备具有：适合于执行如上所述的方法的分析装置，以及用于连接到测量设备的数据连接端(Datenanschluss)以用于接收涉及电导线的该另一个导线末端的测量值。

附图说明

以下借助实施例详细解释本发明。附图中示例性地，

图1示出了一种具有三个现场设备的装置，

图2示出了按照图1的装置的等效电路图，

图3和4示出了按照图1的装置的简化等效电路图，

图5示出了发生接地故障的电能传输导线的等效电路图，

图6示出了在接地故障时零序参数的典型变化，

图7示出了用于数据窗和时间常数确定的信号处理步骤，

图8示出了零序电流和零序电压的频谱，

图9示出了(整个数据窗的)所测量的和所估计的信号的一致，

图10示出了所测量的和所估计的信号(片段)的一致，

图11示出了所计算的复数向量，

图12示出了成本函数的变化，

图13示意性示出了波在导线上的传播，并且

图14示出了本发明的现场设备的实施例。

在附图中为清楚起见，对于相同或相似的组件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了包括了三个变电站10、20和30的电气装置。在变电站10中包含两个现场设备40和41，在两个变电站20和30中各包含一个。四个现场设备40、41、42和43例如可以是相同结构的，然而这不是必须的。

变电站10的连接点A和变电站20的连接点B通过一个例如三相的电能传输导线50互相相连；变电站10的连接点A和变电站30的连接点C通过一个例如三相的电能传输导线60互相连接。

在使用对于每个现场设备的固定预先给出的IP地址的条件下，现场设备通过其数据接头D40、D41、D42和D43与局域网70、路由器80以及例如因特网的WAN(WAN：wide area network，广域网)90，并且由此还互相地处于例如按照以太网标准的数据连接中。

变电站10的现场设备40例如可以通过该数据连接与变电站30的现场设备42交换数据，例如在各个连接点A和C上的电流和电压的测量值和/或从中导出的测量值，例如谐波向量测量参数的绝对值和相位。因此例如谐波向量测量参数U0A和I0A可以从现场设备40被传输到现场设备42并且谐波向量测量参数U0C和I0C可以从现场设备42被传输到现场设备40。

图2和3示例性示出了按照图1的装置的简化等效电路图。可以看出，变电站10的变压器100的右边的子网络具有谐振中性点接地。如果在该子网络中对于正序和逆序系统形成等效电阻和等效电压源，则形成在图4中示出的简化的等效电路图。

图14示出了对于现场设备42的实施例。图1的现场设备40、41和43可以是结构相同或类似的。

在图14中可以看出在输入侧连接于变电站30的连接点C并且包含电流测量值Mi和电压测量值Mu的零序电压形成器120以及零序电流形成器125。在零序电压形成器120和零序电流形成器125之后连接了用于确定衰减时间常数τ的装置130、用于确定谐波频率fm的装置135以及估计装置140。

用于确定衰减时间常数τ的装置130包括高通滤波器145、有效值形成器150以及时间常数确定器155。

用于确定谐波频率fm的装置135包括FFT装置(FFT：Fast FourierTransformation)160以及最大值搜索器165。

装置130和135的输出端连接到估计装置140的其它输入端。估计装置140在输出侧与故障位置确定装置170相连，故障位置确定装置170在输入侧还连接到数据接头D42。

例如可以如下操作现场设备42：

首先，零序电压形成器120以及零序电流形成器125形成零序电压值和零序电流值。

用于确定衰减时间常数的装置130利用其高通滤波器145从零序电压中过滤出谐波分量并且利用有效值形成器150形成谐波分量的有效值。利用谐波分量的有效值的时间变化，时间常数确定器155确定有效值的时间上的降落以形成衰减时间常数τ，其到达估计装置140。

装置135的最大值搜索器165在由FFT装置160形成的电压频谱中搜索出主导的频率并且将其传输到估计装置140。例如最大值搜索器165在谐波分量中确定其振幅为最大的那个谐波频率，并且将该频率作为主导的频率fm输出。

在估计装置140中存储信号模型，该信号模型模拟在接地故障情况下零序电压的时间上的变化。信号模型考虑具有主导频率fm的谐波向量测量参数、衰减时间常数τ、和具有零序电压的基频的零序电压向量测量参数，作为确定信号变化的影响参数。按照预先给出的估计方法，估计装置140在引入该信号模型的条件下这样一直调整谐波向量测量参数的绝对值和相位，直到在信号模型的模拟的信号的时间上的信号变化与零序电压的测量值的所测量的时间上的信号变化之间的偏差最小。以这种方式对于电压并且以相应的方式对于电流，在输出侧利用谐波分量和衰减时间常数τ形成根据绝对值和相位的谐波向量测量参数，其中，谐波向量测量参数的相位的时间上的基准点涉及在各个导线末端上的接地故障探测的时刻。对于电流和电压的谐波向量测量参数利用附图标记U0C和I0C来表示。

谐波向量测量参数U0C和I0C以及谐波向量测量参数U0A和I0A到达故障位置确定装置170，该故障位置确定装置将以所述方式形成的谐波向量测量参数在时间上在先前从其各个导线末端A或C出发数学地旋转并且确定，在先前的哪个时刻并且在导线60上的哪个位置上，两个向回旋转的谐波向量测量参数U0C和I0C以及两个向回旋转的谐波向量测量参数U0A和I0A至少近似地具有相同的绝对值并且至少近似地具有相同的相位。以这种方式确定的位置被视为接地故障的位置并且利用故障信号F输出。

例如，在考虑描述电磁波在导线上的传播的电报方程的条件下，在数学上向回旋转谐波向量测量参数。在此对于可选的位置，对于位于先前的、对应于到可选的位置的传播时间的时刻，从各自的导线末端的零序电流和零序电压的谐波向量测量参数，计算在另一个导线末端的方向上的零序电压的谐波向量测量参数的绝对值和相位。将零序电压的以这种方式(从两个导线末端的每个出发)计算的向量互相比较，并且选择在其上所计算的向量最佳一致的那个位置。

现场设备42的组件120、125、130、135、140和170形成分析装置200；该分析装置例如可以通过数据处理设备来形成。

上述用于确定故障位置的过程例如可以是如下的：

如果假定，对于网络节点A和C，存在零序电压和零序电流的测量值，则对于出故障的导线建立零序系统的如图5所示的等效电路图。

在图5中可以看出两个网孔，其在故障位置F上包含对于在故障位置U0F上的零序系统中的电压的共同电压。两个四端网络KA和KC代表从节点A或C的导线末端直到故障位置F的零序系统的导线模型。以下公式示出了对于该四端网络的链接矩阵：

$\left(\begin{array}{c}{U}_2\\ I_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{k}_{11}& k_{12}\\ k_{21}& k_{22}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{U}_1\\ I_1\end{array}\right)$

其中：

$K=\left(\begin{array}{cc}\cosh (\mathrm{\γ}\left(\mathrm{j\ω}\right)\·l)& Z_W\left(\mathrm{j\ω}\right)\·\sinh (\mathrm{\γ}\left(\mathrm{j\ω}\right)\·l)\\ \frac{1}{Z_W\left(\mathrm{j\ω}\right)}\·\sinh (\mathrm{\γ}\left(\mathrm{j\ω}\right)\·l)& \cosh (\mathrm{\γ}\left(\mathrm{j\ω}\right)\·l)\end{array}\right)$

并且

$Z_W\left(\mathrm{j\ω}\right)=\sqrt{\frac{R^{\′}+\mathrm{i\ω}\·L^{\′}}{G^{\′}+\mathrm{i\ω}\·C^{\′}}}$

$\mathrm{\γ}\left(\mathrm{j\ω}\right)=\sqrt{(R^{\′}+\mathrm{i\ω}\·L^{\′})\·(G^{\′}+\mathrm{i\ω}\·C^{\′})}$

参数R′、L′、G′和C′表示导线的串联电阻、串联电感、并联电导和并联电容的千米制参数。对于故障位置此时可以建立以下两个公式：

U_0rA＝U_0rC＝U_0F

其中，

U_0F＝U_0rA＝k₁₁(jω，l)·U_0A+k₁₂(jω，l)·I_0A

U_0F＝U_0rC＝k₁₁(jω，1-l)·U_0C+k₁₂(jw，1-l)·I_0C

对于给定的导线长度取决于频率的函数k可以假定为已知的。由此对于上面建立的方程组仅故障距离l保持为未知。如果存在对于U0A、I0A、U0C和I0C的复数向量，则可以通过直接求解所给出的公式来确定该参数.

通过建立成本函数可以将上面表示的函数转换为非线性优化问题。在这种情况下可以附加地记录待优化的参数的矢量中的千米的阻抗的参数。作为成本函数可以使用在故障位置上的电压的平方的模型误差：

e(l，jω，R′，L′，G′，C′)＝(Re{U_0rA}-Re{U_0rC})²+(Im{U_0rA}-Im{U_0rC})²

其中，

U_0rA＝k₁₁(jω，l)·U_0A+k₁₂(jω，l)·I_0A

U_0rC＝k₁₁(jω，1-l)·U_0C+k₁₂(jω，1-l)·I_0C

通过应用例如从文章“A Fast Algorithm For Fast Nonlinearly ConstrainedOptimization Calculations”(Powell，M.J.D.，Numerical Analysis，G.A.Watson ed.，Lecture Notes in Mathematics，Springer Verlag，Vol.630，1978)中公知的非线性优化方法，可以求解以下优化问题：

$\begin{array}{cc}\underset{l}{\min }& e(l,\mathrm{j\ω},R^{\′},L^{\′},G^{\′},C^{\′})\end{array}$

其中

l∈[0 1]。

对于复数的向量U0A、I0A、U0C和I0C，在此不是使用基波的向量，而是使用对于主导的过渡频率(Einschwingfrequenz)的向量。这些向量例如可以如下被确定：在零序系统中从位于馈电变压器的中性点中的Petersen线圈的电抗和整个网络对地的电容形成一个调谐到电网频率的并联谐振电路。该信号在良好调整的情况下对于基波向量提供相关联的分量，并且由此在向量确定中会引起极大的测量误差。然而，电网的串联电感与导线的地电容形成另一个串联和并联谐振电路，其在发生接地故障时通过涉及接地故障的导体的放电和未涉及的导体的充电，在其固有频率上激励为过渡过程。

图6示出了在发生接地故障时零序电流和电压的典型变化。在图6中明显看出零序电压(上面的图)和零序电流(下面的图)的过渡过程。在此明显的是，在过渡过程期间的零序电流的振幅为稳态(eingeschwungenen Zustand)期间电流振幅的数倍。

图7示出了电压的过渡过程的片段；在此，u0表示测量的零序电压，u0eff表示零序电压的有效值，u0hp表示高通滤波的零序电压并且u0eff-hp表示零序电压的高通滤波的有效值。

为了确定数据窗开始，例如使用对U0阈值的超过作为开始值。为了两个导线末端的数据窗的同步，例如可以结合正常导线的零序模型使用预故障参数

替换地，可以将数据窗的时间差一起引入到非线性优化的解中。此外如下地考虑波从故障位置直到测量位置的传播时间(参见图13)：借助电报方程的传播时间常数，可以将故障位置与测量位置的距离换算为波从故障位置到测量位置的传播时间：

T_A＝Im{γ}·l

T_C＝Im{γ}·(1-l)。

如果此时从零序电压的上升开始精确确定在测量位置上波的到达的时刻，则该时刻相对于故障发生时刻的时间偏差可以在测量位置A上通过TA并且在测量位置C上通过TC给出。此时可以如下考虑该时间偏移：

e(l，jω，R′，L′，G′，C′)＝(Re{U_0rA}-Re{U_0rC})²+(Im{U_0rA}-Im{U_0rC})²

其中，

U_0rA＝k₁₁(jω，l)·U_0A·e^-jIm{γ}·l+k₁₂(jw，l)·I_0A·e^-jIm{γ}·l

U_0rC＝k₁₁(jω，1-l)·U_0C·e^{-jIm{γ}·(1-l)}+k₁₂(jω，1-l)·I_0C·e^{-jIm{γ}·(1-l)}

关于数据窗开始的复数向量的向量被旋转回故障发生时刻。

借助高通滤波，可以消除基波分量。如果对该信号进行有效值形成，则产生一个与过渡过程成比例的信号的包络线。从该信号中可以借助系数比较来确定衰减的e函数的时间常数：

$\mathrm{\τ}=\frac{t_2-t_1}{\ln \left(\frac{f\left(t_1\right)}{f\left(t_2\right)}\right)}$

其中：

f(t₁)   在时刻t₁处的包络线

f(t₂)   在时刻t₂处的包络线

图8示出了零序电流和零序电压的借助FFT(傅里叶变换)确定的频谱。从电压的频谱在额定频率的之上的范围中搜索最大值。

在利用渗漏效果(Leakage-Effekt)的对称性的条件下，可以借助线性插值从电压频谱的借助FFT计算的采样值中确定中间频率。利用此时已知的信号参数-主导的谐波的中间频率fm和包络线的衰减时间常数，以下的最小平方估计器可以对于这些参数建立如下定义的信号模型：

$\mathrm{\δ}=\left(\begin{array}{ccc}{e}^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}}\·\sin (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_1)& & e^{-\frac{t_N}{\mathrm{\τ}}}\·\sin (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_N)\\ e^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}}\·\cos (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_1)& & e^{-\frac{t_N}{\mathrm{\τ}}}\·\cos (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_N)\\ \sin (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_1)& \·\·\·& \sin (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_N)\\ \cos (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_1)& & \cos (2\mathrm{\π}\·f_m\·t_N)\\ e^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}}& & e^{-\frac{t_N}{\mathrm{\τ}}}\end{array}\right)$

k＝inv(δ·δ^T)·δ

Θ＝k·I₀

其中：

I₀＝(i_0(l)...i_0(N))

估计器计算最优滤波器k。对于零序电流或零序电压的复数的向量的计算，足够的是，计算参数向量的前两个元素。这些元素代表主导的平衡振荡的复数的向量的实部和虚部。

图9和10示出了零序电压u0和零序电流i0的所测量的信号通过(由估计器的信号模型在使用估计的参数的条件下形成的)以分别不同的时间辨率所估计的信号u0est和i0est的近似：在此，图9以完整的数据窗示出了所测量的和所估计的信号的一致，并且图10以片段示出了所测量的和所估计的信号的一致。

图11示出了由参数形成的复数的向量。在图11中可以明显看出在基波向量U50和I50和过渡过程的主导的频率fm的向量Uos和Ios之间的参数特性。谐波向量Uos和Ios允许基本上可靠的方向确定和故障定位，因为电流向量Ios的绝对值明显大于基波电流向量I50。

图12示例性示出了利用向量计算的成本函数e(d)＝(ΔUf)²。该函数示出了利用主导的过渡频率的复数向量计算的故障位置处的电压的差。对于相应于故障的故障距离，由两侧计算的故障电压一致并且成本函数达到其最小值。成本函数的最小值例如可以借助Matlab函数“fmin-search”来计算。该函数基于单纯形算法(Simplex-Algorithms)。可以看出，故障距离位于d＝0.04(d＝39.86％)。

以下详细描述对于接地故障识别的第二实施例。

第二实施例利用在接地故障时形成的过渡过程并且对于具有指数衰减的包络线的该过渡过程计算零序电流和零序电压的复数向量。为此，使用接地故障过渡过程的在零序电压中存在的主导的固有频率。从零序电流和零序电压的该复数向量的相位中确定接地方向。此外，以这种方式确定的复数向量通过通信装置被传输到保护设备，该保护设备保护待监视的导线的另一端。为此可以使用基于IP的网络技术，该网络技术仅在需要时短时地建立到另一个变电站的连接并且在一个定义的时间之后又结束。

借助预故障数据(Vorfehlerdaten)或者借助通过用于在发生故障的状态中的信号的信号模型对发生时刻的识别，将两个导线末端的复数向量以共同的时间基准同步。从零序参数的复数向量中，通过按照图5的网孔方程的求解来计算接地故障位置的从一个导线末端到另一个的百分比距离。可以直接或在使用本身公知的用于非线性优化的算法来进行该求解。

对于求解网孔方程所必须的零序系统的导线数据，利用导线数据的估计值来最初设置并且在位于外部的接地故障的情况下被自动地测量并且被存储以便用于以后的应用。零序系统的网孔方程的求解还可以利用零序系统参数的50Hz向量来进行。

在每个现场设备中在零序电压上升时通过可设置的阈值产生触发信号，使得触发连接于现场设备的抽头(Abgang)的零序电流和零序电压的记录。从该时刻起，选择数据窗并且借助FFT确定零序电压的信号频谱。

通过确定在光谱中主导的谐波的最大值的对称轴，确定主导的谐波的频率。

通过高通滤波，将过渡过程的谐波分量与基波分离并且确定谐波分量的有效值。通过系数比较或借助最小平方估计方法从滤波的有效值信号中确定谐波分量的衰减时间常数。

利用此时已知的信号参数-过渡频率和包络线的衰减时间常数，借助最小平方估计器计算过渡过程的复数向量。

故障发生的绝对时间和过渡过程的复数向量被相互地传输到在另一个导线末端上的设备。

在两个导线末端的相同的方向指示的情况下，根据已经结合图1至14解释的方法来计算故障位置。

在不同的方向指示的情况下，计算零序系统的四端网络参数并且为了在本身的导线上的接地故障的情况下的应用而存储。

通过确定过渡过程的复数向量，还可以利用非特别调整的互感器来确定涉及接地故障的导线。也就是说，可以对所采用的互感器的测量精度提出非常小的要求。

Claims (15)

1.一种用于产生故障信号(F)的方法，该故障信号表明在两个电导线末端(A，C)之间的电导线(60)上接地故障的位置，其中，在该方法中在两个电导线末端分别测量电压和电流，以形成测量值，并且在探测到接地故障之后或之时确定接地故障的位置，

其特征在于，

-利用所述测量值，对于两个电导线末端的每一个，确定在零序电压或零序电流中包含的谐波分量以及其衰减时间常数(τ)，

-利用所述谐波分量和衰减时间常数，对于每个电导线末端分别形成谐波向量测量参数(U0A，I0A，U0C，I0C)的绝对值和相位，其中，谐波向量测量参数的相位的时间基准点涉及在各个电导线末端上的接地故障探测的时刻，

-将第一电导线末端的第一谐波向量测量参数在从第一电导线末端到第二电导线末端的方向上，在时间上旋转到先前的时刻，同样将第二电导线末端的第二谐波向量测量参数在从第二电导线末端到第一电导线末端的方向上，在时间上旋转到先前的时刻，并且确定，在先前的哪个时刻并且在电导线上的哪个位置，向回旋转的第一和第二谐波向量测量参数至少近似地具有相同的绝对值并且至少近似地具有相同的相位，

-并且以这种方式确定的位置被视为接地故障的位置并且利用故障信号输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-考虑描述电磁波在电导线上的传播的电报方程，对于在电导线上的可选的位置，对于以传播至可选的位置的时间位于先前中的时刻，使用在两个电导线末端上的零序电流和零序电压的谐波向量测量参数，计算第一和第二零序电压向量，其中，计算从第一电导线末端到第二电导线末端的方向上的第一零序电压向量，和从第二电导线末端到第一电导线末端的方向上的第二零序电压向量，

-将以这种方式计算的两个零序电压向量互相比较并且选择在其上所计算的零序电压向量最佳地一致的那个位置，并且

-将以这种方式确定的电导线位置视为接地故障的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-分别在基于预先给出的、模拟在接地故障的情况下零序电压的时间上的变化的信号模型的条件下，借助估计方法来确定两个谐波向量测量参数的绝对值和相位，

-其中，预先给出的信号模型至少考虑具有确定的向量角频率的待确定的谐波向量测量参数、谐波分量的确定的衰减时间常数和具有零序电压的基频的零序电压向量测量参数，并且

-其中，在估计方法的范围内这样调整谐波向量测量参数的绝对值和相位，使得在信号模型的模拟的信号的时间上的信号变化与零序电压的测量值的所测量的时间上的信号变化之间的偏差最小。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

作为估计方法使用最小平方估计方法、卡尔曼滤波算法或ARMAX估计方法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-从谐波分量的频谱中选择对于谐波分量主导的频率，并且

-分别这样确定两个谐波向量测量参数的向量角频率，使得其相应于主导的频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-在谐波分量中确定那些其振幅为最大的谐波频率，并且

-分别这样确定两个谐波向量测量参数的向量角频率，使得其相应于该谐波频率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这样确定对于为确定谐波向量测量参数而使用的数据的时间窗，即，将时间窗开始确定在零序电压对预先给出的阈值的超过的开始。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过如下确定谐波分量：

-在探测接地故障之后对于每个电导线末端分别打开一个测量窗，对于该测量窗借助傅里叶变换确定零序电压的频谱，并且

-对所述频谱进行高通滤波，在该高通滤波中将谐波与基频分离以形成谐波分量。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

通过如下确定所述衰减时间常数：

-确定谐波分量的有效值并且确定该有效值的衰减时间常数，并且

-将有效值的所确定的衰减时间常数视为谐波分量的衰减时间常数。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

无需同步地进行在两个电导线末端上的电压和电流的测量，并且在两个电导线末端上的电压和电流值是不同步的。

11.一种用于产生故障信号的装置，该故障信号表明在第一和第二电导线末端(A，C)之间的电导线(60)上接地故障的位置，其中所述装置具有：

-在电导线的第一电导线末端(A)上的第一测量设备(40)，

-在电导线的第二电导线末端(C)上的第二测量设备(42)，和

-与两个测量设备相连的分析装置(200)，其适合于，利用两个测量设备的测量值进行按照权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述分析装置通过编程的数据处理设备形成。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，

所述分析装置被设置在与所述两个测量设备相连的中央装置中。

14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，

-所述两个测量设备互相连接，并且

-所述分析装置在所述测量设备中的一个中实现。

15.一种现场设备(42)，用于连接到电导线(60)的电导线末端(C)并且用于识别在电导线上的接地故障，具有：

-适合于执行按照权利要求1至10中任一项所述的方法的分析装置(200)，以及

-用于连接到测量设备(40)的数据连接端(D42)以用于接收涉及电导线的另一个电导线末端(A)的测量值(U0A，I0A)。

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