CN107209220A - 使用行波的故障定位 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及基于行波来计算电力传送系统中的故障位置。在一个实施例中，与本公开一致的系统可被配置为检测电力传送系统中的故障。该系统可包括被配置为检测和测量传送线路上的行波的行波检测子系统和故障位置估计子系统。该故障位置估计子系统可从行波检测子系统接收在传送线路上的在参考事件期间生成的第一多个行波。该故障位置估计子系统可从行波检测子系统接收在非计划事件期间生成的第二多个行波。可检测第二多个波中的不匹配的行波，并基于不匹配的行波来确定非计划事件的位置。

Description

使用行波的故障定位
技术领域
本公开涉及基于行波来计算电力传送系统中的故障位置。更具体地但不排他地，本公开涉及用于基于由参考事件产生的行波来计算故障位置并随后使用来自参考事件的行波的记录以识别与不受控事件相关联的行波的技术。
附图简述
参照附图对本公开的非限制性和非穷举性实施例进行了描述，包括本公开的各个实施例，在附图中：
图1图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测传送线路上的行波并计算故障的位置的双侧系统的线路图。
图2A图示了与本公开的实施例一致的点阵图，其示出了在相对时间尺度上由在本地终端和远程终端处监测的300英里(483km)长的传送线路上的故障事件产生的入射行波和反射行波。
图2B图示了与本公开的实施例一致的来自图2A中所图示的故障的入射行波和反射行波随时间推移的图。
图3A图示了与本公开的某些实施例一致的用于从一个终端检测电力传送系统中的行波并计算故障的位置的系统的线路图。
图3B图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的参考列(reference train)随时间推移的曲线图。
图4A图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的参考列随时间推移的概念曲线图。
图4B图示了与本公开的某些实施例一致的在不受控事件期间生成的包括在图4A中匹配的多个行波的一列行波随时间推移的概念曲线图。
图4C图示了与本公开的某些实施例一致的其中选择性地丢弃图4A和图4B中所图示的匹配的行波并识别出不匹配的行波随时间推移的曲线图。
图4D图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的参考列的实际测量结果。
图4E图示了与本公开的实施例一致的在不受控事件期间生成的包括在图4D中匹配的多个行波的一列行波的实际测量结果。
图5图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测电力传送系统中的行波并计算故障位置的方法。
图6图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测电力传送系统中的行波并计算故障位置的另一方法。
图7图示了与本公开的某些实施例一致的用于使用行波来检测故障并估计故障位置的系统的功能框图。
详细描述
行波故障定位(TWFL)系统在专用故障定位装备中是市售的，或作为被包括在某些数字故障记录仪中的附加功能。加拿大和美国的一些电力公用事业公司使用在公用事业公司内开发的TWFL系统以供内部使用。TWFL系统通常通过分析由于故障引起的电流或电压波形图(也被称为事件报告)以事后剖析(post-mortem)方式提供故障位置信息。故障位置可使用来自传送线路的一个终端或所有终端的波形图来估计。多终端TWFL系统根据协调世界时使用具有它们相应的时间戳的电流样本或电压样本来简化计算。这些系统从传送线路终端获取事件，并使用运行软件的通用计算机来确定故障的位置。
如今，大多数线路保护继电器使用基于阻抗的算法实时提供故障位置估计。这些算法使用本地的电压信息和电流信息和/或来自远程终端的电流信息和电压信息。当使用来自两个终端的信息时，基于阻抗的故障位置估计的准确度可在1.5％以内。该准确度可以是线路长度的函数。在大多数应用中，该准确度足以迅速地定位在长度为20英里或更短的线路中的故障。然而，对于长的线路(例如，150英里长或更长)来说，该准确度可能是不够的。因此，公用事业公司可选择使用专用的TWFL系统。TWFL系统的准确度不必是线路长度的函数，并且通常在±0.2英里以内。TWFL系统也适用于串联补偿线路，而基于阻抗的故障定位算法可能不太适用于这样的应用。出于以上原因，业内需要具有内置TWFL能力的保护继电器。
TWFL系统的一个局限性在于，当故障位置处的故障前电压为零时，故障可能不会生成可检测的高频行波。在这些情况下，基于阻抗的故障定位方法仍然可定位故障。因此，为了收集关于行波的数据，可采用连续监测。根据一些实施例，包括TWFL系统，可并入到连续监测传送线路的保护继电器中。根据本文中所公开的一些实施例，可实现的另一好处是当存在内部线路故障时计算出故障位置，从而避免了对外部事件的滋扰的故障定位报警。可实现的另外的好处是，保护继电器可应用于具有双断路器的终端，并且当其中一个断路器停止工作时提供故障位置信息。
相较于使用阻抗测量的方法的10个或20个跨度，使用行波(TW)的故障定位可用于以1-2个塔跨度的范围内的准确度来准确识别故障。在双端TW故障定位中，波在两端处的到达时间以公共时间参考来测量，并使用方程1一起用于计算故障位置。
其中：
L是线路长度。
tL是TW在L处的到达时间。
tR是TW在R处的到达时间。
v是TW的传播速度。
该方法利用了数字通信和基于卫星的时间同步的经济和广泛可用的技术。最近，针对关键基础设施设计的数字通信设备独立于全球定位系统(GPS)提供了广域网上的绝对时间。
与本公开一致的用于使用行波来确定故障位置的另一个TW故障定位方法使用来自线路的一端的TW信息，并消除了对精确的相对定时和通信的需要。为了估计故障位置，该单端故障定位技术使用了第一到达的TW与来自故障的连续反射之间的时间差。
与单端故障位置确定相关联的一个挑战是识别来自故障的反射波，并忽略/丢弃来自相邻的站、抽头位置和其他不连续点，包括位于邻近装备中的测量点后面的那些位置的反射波。如果高保真电压测量结果不可用，则这是非常具有挑战性的，因此防止了该方法检测TW的方向性(即，确定给定的TW是来自测量点的前面还是测量点的后面)。
为了解决排除来自相邻的站、抽头位置和其他不连续点的反射的挑战，本公开的各个实施例可利用在参考事件期间捕获的波的参考列。在各个实施例中，参考事件可包括线路通电、外部故障、自动重合闸(无故障)、外部切换、并联电抗器或电容器组通电等。参考事件可能是计划事件(例如，线路通电)或非计划事件(例如，外部故障)。然后，在参考事件期间生成的一列行波以及故障期间捕获的TW可用于使用本文中所公开的系统和方法来计算故障位置。
通过参照附图最好地理解本公开的实施例，其中类似的部件自始至终由类似的数字表示。将容易理解的是，如在本文中的附图中一般性地描述和图示的，所公开的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本公开的系统和方法的实施例的以下详细描述不旨在限制本公开所要求保护的范围，而是仅代表本公开的可能实施例。另外，除非另有说明，方法的步骤不一定需要按照任何特定的顺序执行或甚至顺序地执行，也不需要仅执行一次步骤。
在一些情况下，众所周知的特征、结构或操作没有被详细示出或描述。此外，所描述的特征、结构或操作可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。还将容易理解的是，如在本文中的附图中一般性地描述和图示的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
所描述的实施例的几个方面将被图示为软件模块或组件。如本文中所使用的，软件模块或组件可包括位于存储设备内和/或作为电子信号通过系统总线或者有线或无线网络来传输的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。例如，软件模块或组件可包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，其可被组织为执行一个或更多个任务或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。
在某些实施例中，特定的软件模块或组件可包括被储存在存储设备的不同位置中的不同指令，其共同实现所描述的模块功能。事实上，模块或组件可包括单指令或许多指令，并且可分布在几个不同的代码段上、不同的程序之间、以及跨几个存储设备分布。一些实施例可在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，软件模块或组件可位于本地和/或远程存储器储存设备中。另外，在数据库记录中绑定或呈现在一起的数据可驻留在相同的存储设备中或跨几个存储设备驻留，并且可跨网络在数据库中的记录字段中链接在一起。
实施例可作为计算机程序产品提供，包括具有在其上所储存的指令的非暂时性计算机和/或机器可读介质，该指令可用于给计算机(或其他电子设备)编写程序以执行本文中所描述的过程。例如，非暂时性计算机可读介质可储存指令，当该指令由计算机系统的处理器执行时，使处理器执行本文中所公开的某些方法。非暂时性计算机可读介质可包括但不限于硬盘驱动器、软盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固态存储设备、或适用于储存电子指令和/或处理器可执行指令的其他类型的媒介/机器可读介质。
图1图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测导体106上的行波并计算故障的位置的双侧系统100的线路图。在各个实施例中，导体106可以是一个均匀/均质的导体、具有多个抽头的一个均匀/均质的导体、或均匀/均质的导体的可以是高架或地下或二者的多个节段。系统100可包括生成系统、传送系统、分配系统和/或类似的系统。系统100包括诸如连接两个节点的传送线路的导体106。尽管为了简单起见以单线路形式来图示，但系统100可以是多相系统，诸如三相电力输送系统。系统100由系统的两个位置处的IED 102和104监测，但其他的IED也可用于监测系统的其他位置。与本公开一致的各个实施例可用在单端系统或径向系统中。
IED 102和104可分别使用电流互感器(CT)116和120获取电力系统信息。在其它实施例中，电势互感器(PT)也可用于确定导体106上的电压。IED 102和104可从公共时间源110接收公共时间信息。根据一个实施例，IED 102和104可被实现为线路电流差动继电器(例如，可从华盛顿州普尔曼市的史怀哲(Schweitzer)工程实验室(SEL)获得的型号SEL-411L)。
公共时间源110可以是能够向IED 102和104中的每个传递公共时间信号的任何时间源。公共时间源的一些示例包括传递与IRIG对应的时间信号的诸如全球定位系统(GPS)的全球导航卫星系统(GNSS)、WWVB或WWV系统、诸如与IEEE 1588精确时间协议对应的基于网络的系统和/或类似的系统。根据一个实施例，公共时间源110可包括卫星同步时钟(例如，可从SEL获得的型号SEL-2407)。此外，应当注意，每个IED 102、104可与单独的时钟(诸如卫星同步时钟)进行通信，其中每个时钟给每个IED 102、104提供公共时间信号。公共时间信号可得自GNSS系统或其他时间信号。
数据通信信道108可允许IED 102和104除其他之外还交换与行波有关的信息。根据一些实施例，基于公共时间源110的时间信号可使用数据通信信道108被分配到IED 102和104和/或它们之间。数据通信信道108可以以各种媒介实施，并可使用各种通信协议。例如，数据通信信道108可使用诸如同轴电缆、双绞线、光纤等的物理媒介来实施。此外，数据通信信道108可使用诸如以太网、SONET、SDH等的通信协议，以便传递数据。根据一个具体实施例，通信信道108可被实现为64kbps双向通信信道。在另外的实施例中，数据通信信道108可以是利用任何合适的无线通信协议的无线通信信道(例如，无线电通信信道)。
两端故障定位方法(其在本文中可被称为D型法)可使用在两个终端处所捕获的行波之间的时间差连同线路长度和波的传播速度来计算故障位置。在线路终端处的测量设备检测行波并使用公共时间参考(例如，IRIG-B或IEEE 1588)对波的到达进行时间戳记。在某些实施例中，使用方程1来计算到故障位置的距离(m)。
传统上，这些解决方案使用访问波到达时间和估计故障位置的主站。最近，装备有行波故障定位功能的线路继电器可交换波的到达时间、计算故障位置并使故障位置在继电器处可用。使用D型法的关键好处之一是其简单性和对反射波的免疫性。
图2A图示了与本公开的某些实施例一致的点阵图200，该点阵图示出了由故障引起的入射行波和反射行波。在所图示的实施例中，故障位于距离300英里(483km)长的线路上的第一终端50英里(80km)的点M处。由故障触发的入射波在时间TL50到达终端L，并在时间TR250到达终端R。D型方法可以使用TL50和TR250来计算故障位置，而忽略所有其他波。
图2B图示了与本公开的实施例一致的来自图2A中所图示的故障的入射行波和反射行波随时间推移的图。如图所示，反射行波的幅度随着每次反射而减小。在终端L和终端R两处接收的数据样本的时间对准允许对来自两个终端的入射波和反射波进行比较。
单端故障定位方法(其在本文中也被称为A型故障定位方法)使用第一到达的行波和来自故障或远程终端的随后反射波之间的时间差。A型方法不依赖于到远程终端的通信信道。然而，挑战在于识别和选择适当的反射波。
反射波的极性、幅度和到达时间可用于识别来自故障或远程终端的反射波并计算故障位置。在L终端处，A型方法可使用图2B中标记为TL50和TL150的点来计算故障位置，同时忽略其他波和反射波。在某些实施例中，到故障位置的距离(m)可利用使用方程2的A型方法来计算。
其中：tL2是来自故障的第一反射波在L终端处的到达时间；
tL1是来自故障的初始前波在L终端处的到达时间；以及
v是波的传播速度。
某些实施例可进一步利用基于阻抗的方法来提供对故障位置的估计。术语“基于阻抗的故障定位”是指使用电压和电流的相量来确定故障位置的任何方法。某些实施例可利用具有接近电力系统基频的有用带宽的带通滤波信号。
以基于阻抗的方法为基础对故障位置的估计可用于建立关于由故障定位系统所使用的反射波和/或测量结果的验证标准。单端或双端的基于阻抗的故障定位器使用电压和电流的测量结果以及正序和零序的源阻抗Z0和Z1来计算故障位置。阻抗估计系统可精确到线路长度的百分之几(例如，大约0.5％到2％)以内。使用根据基于阻抗的方法的对故障位置的估计，可确定从故障和远程线路终端反射的波的近似间隔。在其他实施例中，双侧或基于阻抗的故障定位方法可用于识别来自故障的反射波。
使用来自两个或更多个终端的信息的故障定位系统除其他之外还可能得益于：(1)可靠地进行通信，以及(2)准确地对在不同位置处接收到的测量结果进行时间戳记。在某些情况下，由于GPS时钟和天线的问题、差的天气状况、GPS欺骗或干扰，因此精确的定时可能是不可用的。由于光纤电缆或通信设备的问题或任何其他网络中断(诸如维修停用状态)，通信信道可能会丢失。无法在任一线路终端处使用精确时间或无法进行通信都可能会使双端方法无法使用。同时，每个TWFL设备对定时和通信两者的可用性和质量进行监测。在检测到两种使能技术中的任一种中的问题时，与本公开一致的故障检测系统可以能够回退到单端TWFL方法中(即，使用方程2来代替方程1)。
单端TWFL方法具有其自己的挑战，这可能是由于解决如前所述的多个反射波(参见图1)而引起的，但并不一定要求多个TWFL设备之间的绝对定时或多个TWFL设备之间的通信。TWFL设备的内部时钟可能精确到足以在线路终端处的反射波之间提供正确的定时信息。这些时间可能不必参考任何公共时基，因此单端方法可不顾及任何外部时间信号运作。单端方法可由基于阻抗的方法来支持，以帮助解决多个反射波的问题，而无需使用来自远程终端的测量结果。
图3A图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测电力传送系统中的行波并计算故障的位置的系统300的线路图。系统300可包括生成系统、传送系统、分配系统和/或类似的系统。系统300包括诸如连接两个节点的传送线路的导体306。尽管为了简单起见以单线路形式来图示，但系统300可以是多相系统，诸如三相电力输送系统。系统300由在该系统的一个位置处的IED 302监测。
IED 302可使用电流互感器316监测导体306中的电流，以获取电力系统信息。在与本公开一致的一些实施例中，对行波的检测可在不参考传送线路上的电压的情况下监测流经传送线路的电流来完成。当然，在其他实施例中，可对电压和电流两者的测量结果进行分析以检测行波。
IED 302可从时间源310接收时间信息。在一些实施例中，时间源可在IED 302的内部。时间源310可以是能够将公共时间信号传递到IED 302的任何时间源。IED 302还可与断路器318进行通信。断路器318可选择性地中断电流通过导体306的流动。多个抽头310、312和314可以与导体306电连通。多个抽头310、312、314可能会引起行波在导体306上的反射。在其他实施例中，除了抽头之外，各种类型的不连续点可能会引起额外的反射。
在某些实施例中，IED 302可被配置为记录参考事件诸如线路306的通电之后的反射波。与参考事件相关联的反射波可被称为参考列。在各个实施例中，反射波可被储存为数字表示或模拟表示。
图3B图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的参考列随时间推移的曲线图。如图所示，参考列可包括分别与抽头310、312和314对应的反射320、322和324。尽管在具体图示的实施例中的反射对应于抽头，但在其他实施例中，与导体306电连通的其它类型的不连续点可能会引起类似的反射。
图4A图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的概念性参考列随时间推移的曲线图。参考波包括与传送线路上的三个不连续点相关联的多个反射波。在一些实施例中，不连续点可对应于传送线路上的多个抽头或其他类型的不连续点(例如，高架和地下的线路段之间的过渡段)。
图4B图示了在不受控事件期间生成的包括多个行波的概念的行波列随时间推移的曲线图。图4B中的曲线图基于多个匹配的波与图4A的参考列对准。如图4C所示，可选择性地丢弃图4A和图4B中所图示的匹配的行波，以便于识别一个或更多个不匹配的行波。不匹配的行波可能对应于不受控事件，诸如传送线路上的故障。如可认识到的是，图4A的参考波列可用于在诸如故障的不受控事件和可能引起行波的其它不连续点之间进行区分。如上所述，在具有多个抽头的传送线路上识别来自故障的正确反射波是挑战性的任务。各种信号处理技术可用于将图4A中所示的参考列与图4B中所示的波形对准。这样的技术也可用于识别不匹配的行波，例如，与初始波前信号的相关性。
可使用图4A和图4B中所示的不匹配的行波来确定到非计划事件的起因的距离。在一个实施例中，位置可使用方程3来确定。
其中：
t波是第一到达的TW的到达时间。
t反射是反射的TW的到达时间。
v是TW的传播速度。
图4D图示了与本公开的某些实施例一致的在参考事件期间生成的行波的参考列的实际测量结果。图4E图示了在不受控事件期间生成的包括在图4D中匹配的多个行波的一列行波的实际测量结果。图4D和图4E图示了五组匹配的行波。虽然匹配的行波在各种特性(例如，振幅、振荡频率、持续时间等)上不同，但是匹配的行波发生的时间紧密相关。在一些实施例中，可采集多个参考列并对其进行分析，以更清楚地识别特定传送线路上的静态反射点。
在其他实施例中，在图4A-图4C中以图形方式图示的过程可以以数字或表格的格式实现。在一个示例中，可生成列出在参考事件期间与已知的反射源(例如，抽头、末端、不连续点等)相关联的时间的表。时间可被表示为来自第一波的时间。例如，表1可示出列出了与传送线路的生成行波的几个已知特征相关联的时间的表。
基于与已知反射波相关联的信息，诸如表1中所示的信息，在发生不受控事件时，系统可排除对应于已知反射波的反射波。因此，可识别出与不受控事件相关联的行波，并可确定到不受控事件的位置的距离。
在一些实施例中，可针对多个参考事件记录和储存与已知源相关联的反射波的多个表或其他表示。从多个参考事件生成的数据可用于细化与已知源相关联的反射波。此外，与已知源相关联的反射波的多个表或其他表示可在不同的位置处生成。在不受控事件(诸如，故障)的情况下，可对在不同位置处接收的行波进行分析，以估计不受控事件的位置。
在一些实施例中，用户可被准许手动输入涉及一些或所有已知的反射源的信息。例如，用户可输入到多个抽头、站、末端等的已知距离。基于该信息，实现与本公开一致的系统和方法的IED可计算来自已知源的反射波的预期到达时间，以在来自已知源的反射波和由不受控事件生成的反射波之间进行区分。
图5图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测电力传送系统中的行波并计算故障的位置的方法500。在502，可在参考事件期间测量行波的参考列。在各个实施例中，参考事件可以是传送线路的通电事件。当传送线路被通电时，行波可从传送线路上的各种特征反射。这种特征可包括抽头、站、末端等。
在504处，可储存参考列的表示。在一些实施例中，该表示可包括电流测量结果的数字或模拟表示。在其他实施例中，该表示可包括列出与各种反射源相关联的信息的表。这样的表可包括与从参考事件到检测到第一行波的时间有关的信息。随后接收的行波可以根据接收到行波之前的附加时间来表示。
在506，可针对行波而监测传送线路，并在508，可确定是否有任何行波源自不受控事件。方法500可继续监测传送线路，直到检测到来自不受控事件的行波。不受控事件可指在电力分配系统中产生行波的故障或其它事件。
在510，可识别参考列中的多个公共行波和来自不受控事件的行波，并在512，所识别的多个公共行波可用于将参考列和来自不受控事件的行波进行对准。本领域的技术人员已知的各种信号处理技术可用于将参考列和表示来自不受控事件的行波的信号相关联。
在514，可识别由不受控事件生成的不匹配的行波。在一些实施例中，识别不匹配的行波可通过选择性地丢弃多个公共行波来实现。在一些实施例中，参考列中的多个行波中的每个可用于设置排除范围，以补偿可能使行波失真的诸如色散的影响。
在516，不受控事件的位置可基于不匹配的行波来确定。在一些实施例中，可识别多个不匹配的行波。在一些情况下，这样的波可能与源自不受控事件的多个反射波相关联。
图6图示了与本公开的某些实施例一致的用于检测电力传送系统中的行波并计算故障的位置的另一方法600。在602，可生成多个静态反射点的记录。在各个实施例中，记录可自动生成，或者可由系统的操作者手动输入。在一些实施例中，记录可在诸如传送线路的通电的参考事件期间生成。在其中记录由用户全部或部分地生成的实施例中，抽头、站、末端等的位置可基于特定系统的拓扑结构来输入。
在604，可针对行波监测传送线路，并在606，可确定是否有任何行波源自不受控事件。方法600可继续监测传送线路，直到检测到来自不受控事件的行波。不受控事件可指在电力分配系统中产生行波的故障或其它事件。
在608，可基于记录来识别多个检测到的行进波的子集。在一些实施例中，记录可提供表示行波从已知反射点反射的时间的时间差的指示。在这样的实施例中，对多个波的识别可能只是识别其中期望来自已知反射点的反射波的时间段。
在610，多个波的子集可与多个静态反射点相匹配。通过将检测到的行波与已知的反射点进行匹配，可将匹配的行波排除在进一步分析之外，以确定不受控事件的位置。识别由不受控事件生成的行波可通过排除与已知的反射点相关联的行波得以简化。
在612，可识别由不受控事件生成的不匹配的行波，并在614，可基于不匹配的行波来确定不受控事件的位置。
图7图示了与本公开的某些实施例一致的用于使用行波来检测故障并估计故障位置的系统700的功能框图。在某些实施例中，系统700可包括IED系统，该IED系统尤其被配置为使用行波检测故障并估计故障的位置。系统700可使用硬件、软件、固件和/或其任何组合在IED中实现。此外，本文中所描述的某些组件或功能可与其他设备相关联或通过其他设备执行。具体图示的配置仅表示与本公开一致的一个实施例。
IED 700包括被配置为与其他IED和/或系统设备进行通信的通信接口716。在某些实施例中，通信接口716可促进与另一IED直接进行通信或通过通信网络与另一IED进行通信。通信接口716可促进与多个IED进行通信。IED 700还可包括时间输入端712，其可用于接收允许IED 700对所采集的样本施加时间戳的时间信号(例如，公共时间参考)。在某些实施例中，公共时间参考可经由通信接口716来接收，因此，对于时间戳记和/或同步操作来说，可能不需要单独的时间输入端。一个这样的实施例可采用IEEE 1588协议。受监测的装备接口708可被配置为从一件受监测的装备(譬如电路断路器、导体、变压器等)接收状态信息，并向其发出控制指令。
处理器724可被配置为对经由通信接口716、时间输入端712和/或受监测的装备接口708接收的通信进行处理。处理器724可使用任意数量的处理速率和处理架构来操作。处理器724可被配置为执行本文中所描述的各种算法和计算。处理器724可被实施为通用集成电路、专用集成电路、现场可编程门阵列和/或任何其他合适的可编程逻辑设备。
在某些实施例中，IED 700可包括传感器组件710。在所图示的实施例中，传感器组件710被配置为从诸如导体(未示出)的装备直接收集数据，并且可使用例如变压器702和714以及A/D转换器718，其可对经滤波的波形进行采样和/或数字化，以形成被提供给数据总线742的相应数字化的电流信号和电压信号。电流(I)和电压(V)输入可以是来自诸如CT和VT的仪表变压器的次级输入。A/D转换器718可包括用于每个输入信号的单独的A/D转换器或单一的A/D转换器。电流信号可包括来自三相电力系统的每个相的单独的电流信号。A/D转换器718可通过数据总线742连接到处理器724，电流信号和电压信号的数字化表示可通过该数据总线742被传输到处理器724。在各种实施例中，数字化电流信号和电压信号可用于计算电力线路上的故障的位置，如本文所述。数据总线742可链接受监测的装备接口708、时间输入端712、通信接口716以及多个附加子系统。
通信子系统可被配置为允许IED 700经由通信接口716与各种外部设备中的任一个进行通信。通信子系统732可被配置为使用各种数据通信协议(例如，以太网、IEC 61850等)进行通信。
故障检测器和事件记录仪子系统734可收集行波电流的数据样本。该数据样本可与时间戳相关联，并且使其可用于检索和/或经由通信接口716传输到远程IED。由于行波是在电力输送系统中迅速消散的瞬态信号，因此可对它们进行实时测量和记录。根据一个实施例，故障检测器和事件记录仪734可选择性地储存和检索数据，并且可使该数据可用于进行进一步处理。
行波检测子系统744可检测行波并记录与检测到的行波相关联的数据值(例如，极性、峰值振幅、斜率、波到达等)。
故障位置估计子系统746可被配置为基于对与行波有关的数据的分析来估计故障位置。根据各个实施例，故障位置估计子系统746可依赖于一种或更多种方法来计算故障的位置。故障位置估计子系统746可被配置为依赖于本文描述的故障检测技术。故障位置估计模块746可被配置为利用来自两个终端的信息，如果这样的信息是可用的话，或使用仅来自一个终端的信息来估计故障位置。
故障位置估计子系统746可利用与已知不连续点有关的信息来识别故障的位置。具体地，故障位置估计子系统746可被配置为存储在参考事件期间生成的行波的参考列和/或生成已知不连续点的记录。当对多个行波进行分析时，故障位置估计子系统746可被配置为丢弃由已知不连续点生成的行波。在一个实施例中，故障定位子系统746可被配置为整体或部分地基于来自操作者的指示到已知不连续点的距离的输入来计算参考列。
虽然已经图示并描述了本公开的特定实施例和应用，但是应理解的是，本公开不限于本文中所公开的精确配置和组件。例如，本文中所描述的系统和方法可应用于工业电力输送系统或在船或石油平台中实施的电力输送系统，其可不包括高压电源的长距离传送。此外，本文中所描述的原理还可用于保护电气系统免于过频状况，其中电力生成将被切断而不是加载，以降低对系统的影响。因此，在不脱离本公开的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行许多改变。因此，本发明的范围应仅由以下权利要求限定。

Claims (35)

1.一种被配置为检测电力传送系统中的故障的系统，所述系统包括：
行波检测子系统，所述行波检测子系统被配置为检测和测量传送线路上的行波；
故障位置估计子系统，所述故障位置估计子系统被配置为：
从所述行波检测子系统接收在所述传送线路上的在参考事件期间生成的第一多个行波；
从所述行波检测子系统接收在非计划事件期间生成的第二多个行波；
识别所述第一多个行波和所述第二多个行波中的多个匹配的行波；
基于所述多个匹配的行波来将所述第一多个行波和所述第二多个行波对准；
识别所述第二多个波中的不匹配的行波；以及
基于所述不匹配的行波来确定所述非计划事件的位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述非计划事件包括电气故障。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述参考事件包括计划事件和非计划事件中的一个。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多个行波和所述第二多个行波被从本地终端检测到。
5.如权利要求1所述的系统，还包括通信接口，所述通信接口被配置为基于在远程终端处检测到的行波来接收指示所述故障的位置的第二测量结果。
6.如权利要求5所述的系统，还包括时间接口，所述时间接口被配置为使时间戳与多个测量结果中的每个相关联，所述多个测量结果与所述第一多个行波、所述第二多个行波和所述第二测量结果相关联。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述故障位置估计子系统还被配置为检测所述时间接口和所述通信接口中的一个的问题，并使用仅来自所述本地终端的测量结果来确定所述非计划事件的位置。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多个行波在线路通电事件或自动重合闸事件中的一个期间生成。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多个行波包括来自所述传送线路上的抽头的至少一个反射波。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一多个波包括来自所述传送线路上的不连续点的反射波。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述不连续点包括从所述传送线路的高架段到所述传送线路的地下段的过渡段。
12.如权利要求1所述的系统，其中，所述行波检测子系统还包括电流传感器，并且所述故障位置估计子系统被配置为在不参考所述传送线路的电压的情况下确定所述非计划事件的位置。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述行波检测子系统还包括电压传感器，并且所述故障位置估计子系统被配置为确定所述非计划事件的位置。
14.一种被配置为检测电力传送系统中的故障的系统，所述系统包括：
行波检测子系统，所述行波检测子系统被配置为检测和测量传送线路上的行波；
故障位置估计子系统，所述故障位置估计子系统被配置为：
生成所述传送线路上的多个静态反射点的第一记录；
检测在第一非计划事件期间生成的第一多个行波；
基于所述第一记录来识别所述第一多个行波的子集；
基于所述第一记录来将所述第一多个行波的所述子集与所述传送线路上的所述多个静态反射点进行匹配；
识别所述第一多个行波中的与所述多个静态反射点中的任一个不匹配的至少一个不匹配的行波；以及
基于所述不匹配的行波来识别所述非计划事件的位置。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述故障位置估计子系统还被配置为基于识别所述多个静态反射点的用户输入来生成所述传送线路上的多个静态反射点的所述第一记录。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述第一记录包括指示与所述多个静态反射点中的每个相关联的行波到达的多个差分时间的表示。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述故障位置估计子系统还被配置为选择性地丢弃在所述多个差分时间中的每个之前和之后的预定时间段。
18.如权利要求14所述的系统，其中，所述多个静态反射点包括所述传送线路上的至少一个抽头。
19.一种使用行波来检测电力传送系统中的故障的方法，所述方法包括：
测量在传送线路上的在参考事件期间在第一位置处生成的第一多个行波；
储存所述第一多个行波的表示；
检测在非计划事件期间生成的第二多个行波；
识别所述第一多个行波和所述第二多个行波中的多个匹配的行波；
基于所述多个匹配的行波来将所述第一多个行波和所述第二多个波对准；
识别所述第二多个波中的不匹配的行波；以及
基于所述不匹配的行波来确定所述非计划事件的位置。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述非计划事件包括电气故障。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一多个行波和所述第二多个行波在一个位置处被检测。
22.如权利要求19所述的方法，还包括：
基于在第二位置处检测到的行波来接收指示所述故障的位置的第二测量结果。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一多个行波在线路通电事件和自动重合闸事件中的一个期间生成。
24.如权利要求19所述的方法，其中，检测所述第二多个行波包括在不参考所述传送线路的电压的情况下监测流经所述传送线路的电流。
25.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一多个行波包括与所述传送线路上的多个抽头对应的行波的子集。
26.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一多个行波包括与所述传送线路上的不连续点对应的行波的子集。
27.一种检测电力传送系统中的故障的方法，所述方法包括：
生成传送线路上的多个静态反射点的第一记录；
检测在第一非计划事件期间生成的第一多个行波；
基于所述第一记录来识别所述第一多个行波的子集；
基于所述第一记录来将所述第一多个行波的所述子集与所述传送线路上的所述多个静态反射点进行匹配；
识别所述第一多个行波中的与所述多个静态反射点中的任一个不匹配的至少一个不匹配的行波；以及
基于所述不匹配的行波来识别所述非计划事件的位置。
28.如权利要求27所述的方法，其中，识别所述不匹配的行波还包括选择性地丢弃所述多个行波的所述子集。
29.如权利要求27所述的方法，其中，生成所述第一记录包括在第一参考事件期间测量多个行波。
30.如权利要求29所述的方法，还包括
在第二参考事件期间生成所述多个静态反射点的第二记录；
检测在第二非计划事件期间生成的第三多个行波；
基于所述第一记录和所述第二记录来识别所述第三多个波中的多个公共行波；
基于所述多个公共行波来将所述第一记录和所述第二记录与所述第三多个波对准；
选择性地丢弃所述多个公共行波；
识别至少一个不匹配的行波；以及
基于所述至少一个不匹配的行波来识别所述第二非计划事件的位置。
31.如权利要求27所述的方法，其中，生成所述第一记录包括接收识别多个静态反射点的用户输入。
32.如权利要求27所述的方法，其中，多个静态反射点的所述第一记录包括指示与所述多个静态反射点中的每个相关联的行波到达的多个差分时间的表示。
33.如权利要求32所述的方法，还包括：
选择性地丢弃在所述多个差分时间中的每个之前和之后的预定时间段。
34.如权利要求27所述的方法，其中，所述多个静态反射点包括所述传送线路上的至少一个抽头。
35.一种被配置为检测电力传送系统中的故障的系统，所述系统包括：
行波检测子系统，所述行波检测子系统被配置为检测和测量传送线路上的行波；
故障位置估计子系统，所述故障位置估计子系统被配置为：
接收与所述传送线路上的多个已知不连续点对应的多个距离；
计算与所述多个已知不连续点对应的反射波的第一多个预期的到达时间；
从所述行波检测子系统接收在非计划事件期间生成的反射波的第二多个到达时间；
识别所述第一多个到达时间和所述第二多个到达时间中的多个匹配的到达时间；
识别所述第二多个波中的不匹配的到达时间；以及
基于所述不匹配的到达时间来确定所述非计划事件的位置。
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