CN107078498A - 用于使用智能熔断器定位故障并将网络操作状态通信至公用事业工作人员的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种智能熔断器将安装熔断器的功率网络的操作状态提供至远程用户的移动设备。嵌入熔断器的熔断器保持件中的熔断器电子电路捕获功率网络的特征值并将数据发送至移动设备。移动设备具有安装在其上的应用程序以使用熔断器电子电路捕获的数据计算出从记录的熔断器到故障位置的距离。熔断器电子电路捕获的数据被进一步用于使在安装熔断器的电系统的测量点处收集的数据可视化。

Description

用于使用智能熔断器定位故障并将网络操作状态通信至公用 事业工作人员的系统和方法

技术领域

本申请涉及一种用于保护功率分配馈线器(feeder)的熔断器(fuse)，其可操作成将功率网络的经历故障的部分隔离、确定故障位置并将故障位置和大体功率网络操作状态通信至公用事业工作人员或控制中心。

背景技术

电配电网络经常跨越长距离并且归因于人类、动物或天气有关的相互作用而经受到沿着分配线路的故障。故障位置必须尽可能快地检测到以恢复配电网络的正常操作。

熔断器经常被用于保护分配线路和安装在其上的设备以免受发生故障的损害。传统的熔断器具有当暴露于高于熔断器额定值的持久的过电流时熔化的内部组成部件。已知的熔断器不能将操作状态提供给维护功率系统的公用事业工作人员。另外，位于熔断器下游的故障没有通过传统的熔断器被通信至公用事业工作人员。

这意味着公用事业工作人员必须手动地定位烧断的或发生故障的熔断器，这是耗时的任务。公用事业工作人员可以典型地通过视觉检查来找出所操作的熔断器，但是不能准确指出确切的故障位置或故障区段，因为它可能在所操作的熔断器的下游的任何地方。时常地，公用事业工作人员使用迭代分岔技术来标识故障区段。

迭代技术牵涉到通过断开两个区段之间的联络开关将烧断的熔断器下游的有故障的侧枝(lateral)分在两个区段中、发生故障的熔断器的更换、至电路的重新连接和故障排除的验证。如果故障仍存在，则该技术必须在第一区段上重复直到标识到故障区段。如果故障已排除，则该过程在第二区段上重复直到标识到故障区段。因此，在本领域中存在有用于保护电网络和故障位置的改进的熔断器的需要。

附图说明

在附图中，图示出与下面提供的详细描述一起描述了能够通信熔断器和安装有熔断器的电网络的操作状态的熔断器的示例性实施例的结构实施例。本领域技术人员将领会的是，组成部件可以被设计为多个组成部件，或者多个组成部件可以被设计为单个组成部件。

此外，在附图和接下来的描述中，相似的部件贯穿附图和书面描述分别用相同的附图标记指示出。图未按比例绘制并且某些部件的比例被夸大了用于方便说明。

图1是在其上安装有将诸如电流和电压值等的物理量通信至公用事业工作人员的移动设备或网关装置的熔断器的示例性高架和地下配电网络的示意图；

图2示出被安装在示例性保险装置(cutout)应用中的熔断器；

图3描绘了通过移动应用程序从由分开地安装在配电网络的相应的相a、b和c之上的熔断器的电子电路所捕获的数据产生的示例性波形图；

图4是具有由依照本公开体现的熔断器监测和保护的高架和地下电路的示例性功率网络的网络模型和叠置在其上的故障位置；和

图5是熔断器电子电路的方块图；

图6a是具有将数据通信至变电站计算机和/或网络控制中心的电子电路的熔断器的分层网络的图；

图6b是具有将数据通信至变电站计算机和/或网络控制中心的电子电路的熔断器的网状网络的图；和

图7描绘了运行从智能熔断器和配电网络上的其他设备提供到故障位置的距离和功率网络操作状态的应用程序的移动设备的屏幕。

具体实施方式

参照图1，示出携带了从大约5千伏至大约38千伏的电压范围内的电力的示例性中压高架和地下电配电网络40、60，在其上安装有保险装置20以保护功率网络40。熔断器保险装置20具有熔断器保持件22和熔断器10。应该理解的是，依照本公开体现的熔断器保险装置20和熔断器10也可以用在高-或低压配电网络中。

高架配电网络40具有熔断器保险装置20，安装以保护侧枝、区段65和负载78。在熔断器保险装置20里面的熔断器10是智能熔断器10，可操作以接收、解析和通信诸如导体42的电流、电压、温度等的特征值以及在熔断器10位置处的周围环境的诸如湿度和温度等的天气条件。熔断器10可操作成接收如将在下面更详细地描述的被存储在熔断器10位置处的EPROM、EEPROM或类似的存储器存储上的或者来自公用事业网络控制中心(NCC)处的数据库的历史特征值。

继续参照图1，高架配电网络40沿着立杆19过渡至地下配电网络60。高架网络线缆40经由保险装置20被连接至地下电路60。保险装置20可操作成在地下电路60上发生故障时使地下电路60与高架电路40断开连接。保护地下电路的熔断器10使用电子电路16记录并处理特征值，并且将经过处理的特征值发送至移动设备32。移动设备32具有安装在其上的应用程序，在发生故障时使用特征值来计算出从熔断器10位置到故障的距离。到故障位置的距离的计算向公用事业工作人员提供故障位置估计，使得公用事业工作人员知道到哪里去发掘以访问经历着故障的地下线缆或进行维修。

立杆线缆21和设备27、46由避雷器17保护。立杆线缆21沿立杆19的长度走向直到线缆21达到地面水平高度并接着被埋入地下。地下线缆23经由线缆终端被连接至底座安装型的开关装置柜27。地下线缆23进一步将开关装置27连接至底座安装型的变压器46以使电流和电压下降至可由负载78使用的值。

熔断器保险装置20保护高架侧枝40和地下60免受潜在故障的损害并且将配电网络40、60上的发生故障的位置通知移动设备32和在变电站处的或被安装在公用事业杆上的网关装置配电网络。熔断器10可操作成将熔断器状态和配电网络操作特征值通信至移动设备和在NCC处的计算机。熔断器10接收来自被安装在配电网络40上或被嵌入熔断器10组件中的传感器12的诸如电流和电压等的特征值信号、解析信号并且将功率网络操作特征发送至移动设备32。可替代地，熔断器10可以将特征值发送至现场装置、SCADA系统、位于NCC处的计算机或者在云34上的数据存储库。

温度传感器可以被嵌入到熔断器10内以针对导体42测量并监测热过载条件。具有若干天气传感器的天气站可以被安装在熔断器10位置附近以监测诸如用风速、湿度和其他条件等的天气条件以确定导体42是否正在接触中。天气站可以接收本地天气信息以当预定天气条件存在时激活照相机或视频记录仪以捕获在风暴条件期间的显示出倒下的导体或杆的照片或视频。

继续参照图1，公用事业工作人员36到达工作现场并且用移动设备32执行接收来自功率网络40、60上的熔断器10的通信30和数据的计算机应用程序(即，“移动应用程序”、“移动app”、“计算机app”或“app”)。移动设备32是智能电话、平板计算机、手持计算机、RFID标签读取器或者能够接收来自无线、有线、短程或远程通信介质30的数据用于显示给用户的任何其他装置。移动设备32具有计算机可读介质和用于执行安装在其上的计算机应用程序的计算机可读指令的处理器。

继续参照图1，本公开的熔断器10可操作成标识故障的位置并且即使当故障发生在跨越相对长的距离并具有多个区段65的配电网络上时也能通知公用事业工作人员配电网络。高架配电网络40具有被安置或安装在三相功率系统的长形导体42之上的传感器12。传感器12使较高的电压和电流至下降至用于被安装在高架配电网络40上的计量器、继电器和其他测量与保护装置58的较低的可用值配电网络。传感器12进一步测量长形导体42的特征值，诸如电流、电压、导体温度和导体所在的周围环境的诸如环境温度和湿度等的特征值。

在一个实施例中，电流传感器被嵌入熔断器10的熔断器保持件22中以测量经过熔断器10的电流值。应该理解的是，无论使用嵌入的传感器还是紧挨着熔断器的仪用变压器来测量跨/经过熔断器的特征值，在作为测量点的熔断器10位置处进行的测量都增加测量精度并消除与导体线路建模和分支线路相关联的不确定性。

可替代地，传感器12可以体现为具有组合电压和电流传感器的仪用变压器，组合电压和电流传感器具有被钳位至配电网络馈线器的导体42的电流传感器的初级侧，用于测量导体42的特征值。电压传感器将功率供给至熔断器10和被嵌入熔断器10的组件中的相应的电子电路16。仪用变压器被额定处于从大约4毫安至大约20毫安并提供模拟输出测量。此外，仪用变压器在从大约5千伏至大约13.8千伏的计量等级中。

仪用变压器的次级侧输出下降的电流和电压值及测量。电压变压器的次级或低电压侧还将功率提供给相应的熔断器10，使熔断器10呈现自供电装置。可替代地，使用来自位于配电网络上的太阳能存储容器(receptacle)的存储的能量或标准电池给熔断器10供电。熔断器10可以使用存储的太阳能操作持续大约二十四小时。在一个实施例中，熔断器10电子电路16具有在短期基础上将功率提供给熔断器10的超级电容器或小电池，当主供电归因于电路的故障状态和熔断器10中断的发生而不可得到时，允许熔断器自供电。功率要求可以小到几秒以发出最后时刻“供电关断”消息，或者大到几小时的存储的或电池功率，直到主供电恢复。

另外，电子电路16具有短程通信能力，包括但不限于在检测到至熔断器10的通信的时候被激活的唤醒蓝牙能力。应该理解的是，其他短程通信介质是可由发明人设想到的并且不限于上面提到的示例。

由传感器12测得的特征值被输出至传感器12的端子14并且特征值通过硬有线连接或无线地发送至熔断器10电子电路16。熔断器10电子电路16如图2所描绘的接收并解析来自传感器12的电流和电压信号。熔断器电子电路16将信号转换成可由移动设备32或功率分配馈线器管理系统80使用或存储的特征值。

可替代地，电压传感器在熔断器10的外部并且被安置在长形导体42之上并且电流传感器12被嵌入熔断器保持件22中。在该布置中，熔断器10电子电路16直接接收电流信号并且电压传感器12将电压信号输出至端子14以供发送至熔断器10电子电路16。熔断器电子电路16接着将代表测量点的特征值的电压和电流信号转换成输出数据，该输出数据被进一步发送至诸如移动设备32或配电网络馈线器管理系统80等的接收器。嵌入熔断器保持件的电流传感器可以体现为基于印刷电路板的罗氏线圈(Rogowski coil)。外部电压传感器可以体现为霍尔效应电压测量传感器。

熔断器10电子电路16接着凭借诸如蓝牙、WiFi、WiMAX、ZigBee或任何其他适用的网络通信标准等的双向通信介质30发送经电子电路解析的数据。可替代地，可以利用诸如蜂窝网络、光纤线路、电力线载波(PLC)或串行有线连接等的通信介质30。通信介质取决于应用而支持短程和/或远程通信。

经过电子线路解析的数据经由短程无线被发送至公用事业工作人员的移动设备。在一个实施例中，经由蜂窝链路的间接通信被用于将经过电子电路捕获的数据通信至公用事业NCC，并且同时，蜂窝链路用来自正被监测的分配网络上的各熔断器10位置的特征值、时间戳和其他捕获的数据来更新公用事业工作人员的移动设备。在一个实施例中，经过熔断器电子电路捕获的数据被发送至云34、NCC中的计算机58的数据库、现场装置、现场控制器、SCADA系统或具有数据库82的任何分配馈线器管理系统80。

现在参照图2，更详细地描绘了利用熔断器10的示例性保险装置20的实施例。保险装置20具有熔断器10、熔断器保持件22和嵌入的电子电路16。应该理解的是，熔断器10可以与自动重合开关(recloser)、继电器、断路器、开关装置一起用或者被用作具有嵌入的电子电路16的独立的熔断器10，并且熔断器保险装置20是通过非限制性示例的方式呈现的。

继续参照图2，熔断器10具有被安置在熔断器保持件22中或以其他方式被连接至熔断器保持件22的熔断器元件5。熔断器保持件22与标准熔断器元件兼容或者可以改型成容纳非标准的熔断器元件。熔断器保持件22被用于使熔断器元件5就座并且具有夹子(未示出)以与熔断器元件5接合和/或保持熔断器元件5。当熔断器元件5归因于检测到的过电流而发生故障时，保险装置10的臂15向外摆动，断开电路，并且提供熔断器元件5的发生故障的可视指示。

在现有的熔断器元件5的发生故障的时候，公用事业工作人员36用新的熔断器元件5更换烧断的熔断器元件5。可替代地，熔断器元件5包括被设计成自动地更换烧断的熔断器元件5的一组备用熔断器元件。这样的熔断器元件5的一个示例是盒，包含如若干更换熔断件(fuse link)并且当现有的熔断器元件烧断或发生故障时自动地切换至新的熔断件。

另一可替代方案是安装在自动重合开关附近并与自动重合开关结合地操作的熔断器10。自动重合开关在发生临时故障期间断开电路。在一个跳变之后，临时故障典型地被排除。熔断器10电子电路16记录故障前后的特征值。假如出现高于熔断器额定值的过电流，则熔断器10能够利用新的熔断件将自身重置。

虽然可以由公用事业工作人员36在视觉上检测并更换烧断的熔断器，但引起熔断器10烧断的故障或故障区段65的确切位置可能不明显。因此，要求更多信息来确定故障的位置。捕获导致故障位置确定的数据的一个方法是确定在熔断器10位置处的功率网络操作状态。

如先前提到的，嵌入熔断器保持件22的电子电路16捕获在测量点处的特征值。电压和电流信号数据由电子电路16捕获并且经由通信介质30发送至移动设备。移动设备具有安装在其上以产生如下面将更详细地描述的电压和电流波形的应用程序。

熔断器10可操作成将熔断器10的标识和位置数据通信至公用事业工作人员36的移动设备32。GPS单元(未示出)被安装在熔断器10的位置处并提供位置坐标和相应的时间戳用于所记录的所有数据，包括但不限于电流、电压、温度、湿度、视频记录和照相机产生的图像。关于网络和诸如温度和湿度等的天气条件的历史数据被存储在配电网络管理数据库82中并且对于移动设备32可经由通信介质30得到。

熔断器10位置数据连同熔断器10的标识号使得公用事业工作人员36能够定位功率网络40、60上的熔断器10。熔断器10位置和标识号(ID号)经由通信介质30发给公用事业工作人员36的移动设备32。熔断器10能够将由电子电路16捕获的数据存储至诸如EEPROM或EPROM等的闪存存储器，以供存储，直到公用事业工作人员36到达故障位置并且在将捕获的数据传送到移动设备32内的范围内。

在一个实施例中，传感器、电子电路和射频通信作为集成电路被嵌入到熔断器组件内。集成电路允许熔断器10的电子电路使用利用IEEE 802.15.4标准以及支持低功率短程无线发送的任何其他标准的诸如WiFi、蓝牙或ZigBee等的低功率无线数据路由协议与NCC88、变电站计算机80和其他熔断器10的电子电路通信。

现在参照图3，使用在各种熔断器10位置处的测得的特征值由移动应用程序产生波形和相量分析图31、33、35、39。公用事业工作人员使用移动应用程序将针对所选择的熔断器10的波形图显示在移动设备32上。波形和相量图31、33、35、39向公用事业工作人员36提供在熔断器10位置或感兴趣的测量点处的网络40、60操作状态的视觉指示。

此外，移动设备32处理器执行计算机可读指令以在移动设备32上产生电流和电压波形图，如图3中描绘的。可替代地，电流和电压波形图31、33可以被提供在与熔断器10一起安装的或被集成到熔断器保持件22内的显示器上。公用事业工作人员使用电流和电压波形图表来确定正在预定阈值附近或外操作的网络上的位置。以该方式，公用事业工作人员可以通过分析电压和电流波形数据并维持功率网络的故障前部分来防止故障发生。

电流波形图31示出对于三相系统(相a、b和c)的与以秒为单位的时间相对与安培为单位的电流的关系。从电流波形图31可以明显看出相b在报告熔断器10或电流传感器的位置处的电流测量的约0.35秒处正经历电流尖峰29。应该理解的是，上面的示例是对于安装在相a、b和c的相应相之上的单个熔断器10，并且在其他安装中，电流和电压波形图31、33可以仅描绘安装在三个相中的相应的单相a、b或c或者两个相之上的单个熔断器10。典型的安装具有单相或双相侧枝40、60。

对于与电流波形图31相同时间周期的电压波形图33被以秒为单位的时间相对于千伏示出。在报告熔断器10或电压传感器的位置处的电压测量的约0.35秒处在相b中有电压微降(dip)。

电流相量分析35图表是从以已知方式在熔断器测量点处测得的电流值确定的。显示在移动设备上的示例性电流相量绘图在约0.35秒在相b上具有尖峰41。电压相量分析图表是使用以已知方式在熔断器位置处测得的电压值确定的。示例性电压相量图表被描绘成在约0.35秒处在相b上正经历微降43。

现在参照图4，描绘了功率分配系统的示例性网络模型70。功率网络模型70是在功率网络上的设备、功率网络上的事件与对于功率网络上的设备的操作的控制设置之间的关系的逻辑表示。功率网络模型70由分配变电站或对功率网络或多个变电站负责的NCC来维持。功率网络模型70可以代表整个配电网络或者功率网络的感兴趣的部分。功率网络模型可以包括作为配电网络的空间表示的GIS数据。

由公用事业工作人员36根据需求或定期地在移动设备32上下载或更新网络模型70。安装在用户的移动设备32上的计算机应用程序110读取网络模型70并接着从网络模型70上的熔断器10中的每一个的电子电路16重新得到特征值。由用户的移动设备32上的应用程序创建地图130，通过具有测得的在预定阈值外的振荡值在网络模型70上的叠置的故障位置37或准确指出的位置描绘了功率网络40、60的操作状态。图4是其上指定有故障位置37的网络模型的示例并且将在下面更详细地描述。

在图4中示出的示例性功率网络模型中，有变电站44和以虚线包围的多个馈线器51。分配馈线器线缆51、53是来自分配变电站44的输出。安装在变电站44中的是变压器46、诸如熔断器10和断路器等的电路保护装置和包括但不限于控制相关联的设备的操作的继电器58的智能电子装置(IED)。

由变电站44处的IED58捕获的数据经由通信介质66被发送至数据库82。数据库82可以驻留在馈线器管理系统、NCC服务器或SCADA上。从熔断器10的网络、IED58和具有数据通信能力的其他装置接收到的数据在数据被储存在数据库82之前通过数据处置与处理模块84被集聚。数据处置与处理模块84可操作成将各种形式的数据转换成用于存储在数据库82中的常见格式或结构。

来自变电站44的第一馈线器缆线51输出将电力供给至工业负载73。来自变电站44的第二馈线器线缆53输出将电力供给至次级配电网络45的高架和地下分支40、60和相应的负载77。高架和地下功率网络40、60和相应的单相和三相负载73、77、78由熔断器10、断路器48和自动重合开关56来保护。当对于高架电路40来说有必要提供备用功率给地下电路60或反之亦然时，高架和地下功率网络40、60可以在发生故障时通过连结断路器59连接。在高架功率网络40中，环路中的常开点典型地是自动开关。

熔断器10被连接在高架40和地下60侧枝连接至第二馈线器53所在的位置处。次级分配网络45的高架电路40具有两个负载类型77、78，并且负载77中的每一个由相应的熔断器10保护。所有熔断器10可以是智能的，并且在故障37发生时或者在存在或不存在故障事件的情况下以预定的每日间隔将熔断器所连接的各个电路的特征值记录发送至移动设备32或数据库82。应该理解的是，可以由用户设置诸如每隔一天发生的时间间隔等的其他间隔用于导体42和周围环境的特征值的收集。

地下功率网络60经由地下线缆将电力提供至多个负载77、78。示例性故障37存在于位于熔断器10a的上游的地下电路60上。应该理解的是，本公开的熔断器10、10a、10b中的所有在结构和功能上都等效，但是指定为诸如用以准确指出所操作的熔断器10的10a和用以描述直接保护负载75、78的熔断器10的操作的10b等。

应该理解的是，馈线器网络上的位于故障37的上游的任何熔断器10、诸如熔断器10a可操作成提供足够的信息以计算出到故障位置的距离以及对于各熔断器10位置和任何相应的故障位置的波形图。可以由从熔断器10中的任一个通信的状态信息推断出有故障的位置或区段65。一个例外是诸如10b等的熔断器被安装以保护各个负载75、78和变压器，所以应该理解的是，熔断器10b提供了对于网络的对应于负载75、78的那部分的状态。

在熔断器10a归因于下游的距离49上的故障37已烧断或以其他方式发生故障的场景中，熔断器10a使用电池备将位置数据和正常操作状态发送至移动设备32。电流和电压至被进一步从熔断器10a发送至移动设备32或数据库82。

熔断器10a和位于故障37上游的任何其他智能熔断器10感测故障37、感测故障37。在一个实施例中，由响应于高于熔断器额定值的电流而操作的熔断器10a做出的故障37的检测还触发电子电路16以询问并接收来自相应传感器12的特征值。所操作的熔断器10a的位置标记由被安装在所操作的熔断器10、在该情况中是熔断器10a的位置处的GPS单元(未示出)捕获，并且坐标被发送至熔断器10a电子电路16。

存在有对于熔断器电子电路16的用以将解析的数据发送至移动设备32的多个触发和计划方法。用于触发数据的从熔断器电子电路16至移动设备32的发送的第一方法是由公用事业工作人员经由计算机应用程序请求熔断器10和/或熔断器10被安装所在的网络的操作状态。第一方法要求公用事业工作人员的移动设备32位于熔断器电子电路6通信的预定范围内，如果通信介质30是短程的话。远程通信介质30的使用可以允许移动设备32位于进一步远离故障位置或感兴趣的现场的地方。

用于触发数据的从熔断器电子电路16至移动设备32的发送的第二方法是触发熔断器10的操作、同时触发熔断器电子电路16记录电流和电压数据以随后发送至分配馈线器管理系统80的数据库82或移动设备32的发送的故障37。位于有故障的熔断器10b的上游的熔断器10记录由馈线器分支电路40、60上的其他操作熔断器10发送的电流和信号值。

用于触发数据的从熔断器电子电路16至移动设备32的发送的第三方法是在计划的基础上。移动设备32在诸如每小时或每日在指定时间或期望框架的任何其他时间等的计划的基础上接收来自熔断器10的电流和电压数据。用于接收电流和电压数据的计划可以在移动设备32或配电网络馈线器管理系统80中设置。

用于触发数据的从熔断器电子电路16至移动设备32的发送的第四方法是由移动设备32或可操作成与熔断器10通信以提供各个熔断器10被安装所在的网络电路的实时操作状态或实时状态的任何其他装置做出的询问。熔断器响应于由其他装置做出的询问将电流和电压数据发送至请求装置。

熔断器10电子电路16将电压、电流和熔断器位置数据发送至移动设备32、数据库82或至闪存驱动器以供随后发送至移动设备32。应该理解的是，闪存驱动器或另一类型的EPROM(可擦除可编程只读存储器)或EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)可以被用于存储电压和电流数据以供随后有线或无线发送至移动设备32、SCADA系统、NCC服务器、馈线器管理系统或云34上的数据存储库。

移动设备32接收电压、电流和熔断器位置数据并将数据与网络模型70整合以准确指出在功率网络上发生的发生故障的位置。以该方式，位于熔断器10a的下游的故障37在移动设备32上被描绘处于估计位置。移动设备32应用程序执行计算机可读指令以计算出估计的故障位置并将这些故障位置37绘在适用的网络模型75上，如下面将更详细地描述的。

当对故障30作出响应时，公用事业工作人员从NCC、变电站自动化计算机或与感兴趣的功率网络通信的系统的另一数据库下载网络模型。可替代地，可以在计划的基础上将更新推送给基于其位置并接近感兴趣的功率网络的公用事业工作人员的移动设备32。

现在参照图5，描绘了电子电路的方块图。电子电路具有传感器12、信号调制与数字化单元13、处理器18和通信接口52。传感器12测量并接收诸如特征值和信号等的输入被测变量24，并且可以集成至电子电路16或者如上面关于外部仪用变压器所述的在外部。信号调制与数字化单元13可操作成使信号放大、提供数字输出并将经过调制和数字化的信号存储作为原始数据。

处理器18是被编程为执行数据处理和分析的微处理器、集成电路或多个集成电路。处理器18将可以是增值(value-added)的数据的输出数据50提供至本地或远程通信接口并进一步提供至移动设备32。处理器18使用被测变量24的平均或峰值输出信号水平将增益26调整至合适的水平，使得电子电路16能够以较宽范围的输入信号水平工作。处理器18还提供传感器控制25。

如先前描述的，电子电路16的组成部件被集成到熔断器10或可替代的IED内。熔断器10或其他IED具有人机界面(HMI)11。可替代地，HMI 11在远程位置、诸如在变电站计算机80处与电子电路16通信。

现在参照图6a和图6b，通信网络30可以体现为经由网关或经由形成了如图6a所描绘的分层网络拓扑或如图6b所描绘的网状网络拓扑的点对点连接而彼此连接的具有电子电路16的熔断器10的网络。数据被收集在各网络节点处、任选地被预处理并且被直接或经由其他网络节点转发至NCC88。收集的数据可以经由网关连接被通信至分配馈线器管理系统80或NCC88。

现在参照图7，由移动应用程序使用各种方法计算出到故障位置113的距离、标为“估计FL，”。用于计算从测量点或跨多测量点到故障位置的距离的一个方法被公开在美国专利号5,839,093中，该专利的内容通过引用全部合并于此。在本公开中，特征值通过在感兴趣的功率网络上的接近故障位置的传感器12和/或其上安装有嵌入的传感器的熔断器10来测量。特征值通过通信介质30被发送至公用事业工作人员36的移动设备32，并且移动应用程序使用美国专利号5,839,093中公开的迭代或直接方法来确定从有故障的熔断器位置或其他测量点到故障的距离。

用于计算从测量点或有故障的熔断器位置到故障位置的距离的另一方法是通过使用欧姆定律：

其中V＝故障期间的电压，以伏特为单位；I＝故障期间的电流，以安培为单位；Z₁＝线路阻抗，以欧姆/单位长度为单位；和d＝到故障的距离，以诸如英里等的长度单位为单位。应该领会的是，存在有可由发明人设想到的用于基于在测量点(熔断器位置)处的特征值来计算到故障的距离的很多方法，并且这里所提供的方法是通过非限制性示例的方式的。

电压和电流特征值通过位于接近有故障的熔断器或嵌入熔断器组件中的电压和电流传感器12来测量，如上面提到的。特征值经由到移动设备的通信介质被发送至移动设备。沿着线路的距离使用网络模型距离和/或测得的特征值的GPS坐标来确定。

移动设备运行计算机可读介质上的计算机应用程序以执行指令以执行欧姆定律计算、美国专利号5,839,093中公开的迭代或直接方法或另一到故障位置的距离的计算。可替代地，熔断器电子电路16捕获在测量点处的电流和电压测量并且使用欧姆定律计算、美国专利号5,839,093中公开的迭代或直接方法或另一到故障位置的距离的计算来计算出到故障位置的距离。由电子电路16导出的计算的结果被发送至诸如移动设备或另一装置、如变电站或NCC计算机等的接收器，以供呈现给用户。

熔断器电子电路16可以使用先前提到的触发方法中的任一个来发送数据，诸如通过前述装置中的任一个做出的询问、在计划的基础上或者在由熔断器10检测到故障状态的时候。参照欧姆定律计算，当使用用于电压、阻抗和电流的复数值进行无功功率计算时，到故障估计的距离将会产生复数。实分量是到故障的距离的估计并且虚分量应该接近零。

如本领域普通技术人员已知的那样，欧姆定律计算的实施要求将各种故障类型考虑在内，诸如相到相、相到大地和三相故障等。各故障类型经历到与其他故障类型不同的阻抗。例如，故障电流可能会有偏移或者故障可能会增加阻抗。

到故障位置算法的最关键的输入是阻抗数据。因此，使用对应于故障的类型的阻抗、电压和电流很重要。对于线路到大地故障，使用线路到大地量，如下：

V＝V_a’I＝I_a’Z＝Z_S＝(2Z₁+Z₀)/3 (2)

对于线路到线路故障、线路到线路到大地故障或三相故障，使用相到相量，如下：

V＝V_ab’I＝I_a-I_b’Z＝Z₁。 (3)

当公用事业工作人员执行移动设备32上的网络操作状态app 110时，处理器执行计算机可读指令以使用横跨相a、b和c导体、单相或如通过故障类型确定的线路到线路的电压和电流特征来确定到故障位置的距离，特征值从电子电路16得到。使用上面的计算导出的复量被进一步以已知方式由移动应用程序110使用傅里叶变换从电流和电压波形变换成复相量，其结果被示出在图3的电压和电流相量图表35、39中。

继续参照图7，示出了移动设备32的显示屏，在其上运行有断电位置和有故障区段标识工具的移动应用程序110。移动应用程序110具有断电选择、潜在故障区段、实地传感器数据和诊断标签112、114、116、118。移动应用程序110具有允许用户配置用户的位置图和显示器设置的设置选项。

移动应用程序110允许各标签中的滚动和地图130查看上的缩放。移动应用程序110可以使用刷新按钮124来刷新以更新对于感兴趣的位置的当前断电情形。刷新按钮124当被选择时将用新断电来更新移动设备32因为上一次刷新和任何经过修复的故障将被从移动设备32显示屏上去除。

断电选择窗格112允许用户查看公用事业工作人员的责任区中的故障位置。故障位置作为断电a、b和c列出并且对应于在潜在故障区段114标签中绘出的故障或维修位置122。到故障位置a、b和c的距离被提供在断电选择窗格112中。到故障位置的距离相对于移动设备32的位置、相对于其他断电、相对于烧断的熔断器或感兴趣的熔断器或者相对于测量点被显示和计算出，取决于在设定选项中做出的设置。

到故障位置的距离使用前述等式或其他合适的到故障的距离的计算来计算出。在用户选择期望的断电113的时候，移动应用程序110提供从用户的位置到所选择的故障或维修位置122的方向和导航。

在选择实地传感器数据标签116的时，向用户呈现期望位置处测得的特征值，诸如故障前电流、如图3中描绘的在所选择的时间框架上电流和电压波形图表及如从熔断器10位置处的传感器接收的包括但不限于温度、气压和湿度的天气条件。用户可以在实地传感器数据标签116中查看如由天气传感器捕获的倒下的导体图像或视频。

诊断标签118提供故障前电流值与实时电流值的比较并且允许用户将断电更新为已解决使得断电被从断电选择窗格112和潜在故障区段查看114中的显示中去除。可替代地，用户可以通过选择断电113并接着是完成功能键120而将断电标记为已修复或已完成。

虽然本申请说明了各种实施例，并且虽然已在一些细节中描述了这些实施例，但申请人的意图不是将随附权利要求的范围约束或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改将对于本领域技术人员来说是容易显现的。因此，发明在其较宽的方面中不限于所示出和描述的具体细节、代表性实施例和说明性示例。因此，可以从这样的细节离开而不脱离申请人的总发明构思的精神或范围。

Claims (11)

1.一种用于确定配电网络上的故障位置的方法，包括：

使用被安装在所述配电网络上的测量点处的熔断器来检测所述配电网络上的过电流；

在所述测量点处测量所述配电网络的特征值；

由所述熔断器的电子电路记录所述配电网络的所测得的特征值；和

使用在所述测量点处的所记录的特征值来计算从所述测量点到所述故障位置的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：触发所述熔断器电子电路以记录所述配电网络的所测得的特征值。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将到所述故障位置的所述距离通信至从由移动设备、网络控制中心计算机、变电站计算机和云数据存储库构成的组中选出的接收器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述测量点处的特征值的所述测量通过从下面的组中选出的构件来执行，所述组由独立于所述熔断器电子电路的电压与电流传感器和嵌入在所述熔断器电子电路中的电压与电流传感器构成。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔断器电子电路存储所测得的特征值以供后来发送至接收装置。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔断器电子电路可操作成当主功率失去时将所述特征值发送至接收装置。

7.一种适于安装在保险装置中的熔断器，所述熔断器包括：

熔断器保持件，包括：

熔断器元件；和

电子电路，具有：

1)电路，以将代表安装所述保险装置的功率网络测量点的特征值的模拟信号调制并数字化以提供特征值；

2)处理器，用于分析所述特征值并向通信接口提供输出数据；和

3)所述通信接口，用于经由通信介质向接收器发送所述输出数据。

8.根据权利要求5所述的熔断器，其中所述输出数据被用于在所述接收器上产生电压和电流波形图。

9.根据权利要求5所述的熔断器，其中所述接收器从由移动设备、变电站计算机、NCC计算机和云数据存储库构成的组中选出。

10.根据权利要求5所述的熔断器，其中当所述熔断器由于故障状态而操作时，所述输出数据由所述处理器使用以计算出到故障位置的距离。

11.根据权利要求10所述的熔断器，其中向所述接收器发送至故障位置的所述距离。