CN107925240A - 用于行波故障检测器的测试系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于将行波信号施加于电力系统信号以用于测试故障检测器的测试装置。故障检测器可以被配置成通过控制行波信号的定时来模拟特定位置处的故障。测试装置可以被配置成施加多个行波信号，以测试由故障检测器确定的故障位置的准确度。测试装置可以被配置成确定故障检测器的计算准确度。测试装置可以将行波信号施加于模拟在电力输送系统上的电信号的信号。测试装置可以用于测试故障检测器使用行波或增量来检测故障的能力。

Description

用于行波故障检测器的测试系统
技术领域
本公开涉及用于行波故障检测器的测试系统。更具体地说，本公开涉及用于产生和注入表示用于测试行波故障检测器的行波的信号的系统。
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1A示出了符合本公开的某些实施例的包括能够检测行波的保护系统的电力输送系统的简化单线图。
图1B示出了图1A所示的电力输送系统的简化单线图，其中，传输线上的行波由符合本公开的某些实施例的行波测试系统来模拟。
图2示出了符合本公开的某些实施例的、用于检测电力输送系统上的行波的装置的简化框图。
图3示出了符合本公开的某些实施例的在行波事件期间的三个电相位的电流值的曲线图。
图4示出了符合本公开的某些实施例的被配置成生成测试信号并将行波信号发射(launch)到故障检测器200的测试装置402。
图5示出了符合本公开的某些实施例的与行波检测器通信的行波测试装置的功能框图。
图6示出了符合本公开的某些实施例的用于测试多个行波检测器的系统。
图7示出了符合本公开的某些实施例的用于使用信号发生器产生和注入行波信号的电路图。
图8示出了符合本公开的某些实施例的使用放大器与行波检测器通信的行波测试装置的功能框图。
详细描述
电力输送系统的保护受益于快速、安全、可靠的故障检测。智能电子设备(“IED”)经常用于检测电力输送系统上的状况，并且响应于检测到的状况而采取保护动作。大多数保护原理是基于电压和电流的基频分量。正弦量的准确测量通常采取一个循环。这种IED可以使用电流信号发生器来测试，该电流信号发生器被配置成输出表示在电力输送系统上可能存在的电流信号的信号。例如，这种发生器可以被配置成输出表示电力输送系统的60Hz电流波形的60Hz电流波形。信号发生器还可以被配置成通过生成表示过电流状况的电流波形的变化来模拟故障状况；然而，这种信号发生器通常不生成表示行波的信号。
高速保护设备可以响应于高频信号分量，其可用于检测故障并实现各种优势。例如，诸如风能和太阳能的某些非传统能源通过电力电子接口连接到电力系统。因此，这些源通常具有很小的惯性或没有惯性。它们的控制算法针对网路故障条件对转换器进行保护。因此，这些源产生了电压和电流，这对针对具有同步发电机的网络开发的一些保护原理构成了挑战。相反，被配置为响应于高频信号分量的高速保护设备较少依赖于源而更多依赖于网络本身。因此，这样的继电器可以在非传统源附近的应用中是有用的。
与本公开一致的各种实施例可对行波(TW)进行分析，以辅助故障的检测。当故障发生在电力系统中时，行波从故障处发射并以接近光速的速度向外行进。行波根据总线和其他不连续性的特性阻抗而被它们反射。在故障的初始阶段，电力系统的行为类似分布式参数网络。因此，行波可由传播速度、反射和传输系数以及线路特性阻抗来描述。与本公开的某些实施例一致的，使用行波检测算法，高速继电器可以能够在小于1毫秒内检测故障并启动校正动作。在本文中公开的各种元件可以使用高速采样系统和用于滤波、积分、比较、定时器和逻辑操作的高速系统来实现，以改善这种元件的响应时间。
目前有几种IED可用于检测电力输送系统上的行波。这种IED对不是由传统的IED测试设备生成的高频信号分量进行响应。可操作以生成表示行波的信号的测试系统可以提供对这种IED的可靠测试以及这种IED的运行的改进，以进一步改善这种IED的速度或可靠性。
本文描述的是用于测试行波检测器(诸如，行波检测IED)的系统的各种实施例。本文描述的系统可以被配置成产生和注入表示电力输送系统上行波的信号。此外，这种系统可以用于测试被配置成用于电力分配的故障检测或电力分配的保护的目的而检测行波的系统(诸如，IED)的响应。
通过参照附图将最好地理解本公开的实施例，其中通篇相似的部分由相似的数字标记。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的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或甚至依次序地执行，也不需要步骤仅执行一次。
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作为软件模块或组件来说明。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，其可被组织为例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行一个或更多个任务或实现特定的抽象数据类型。
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，其共同实现模块的所描述的功能。事实上，模块或组件可包括单一指令或许多指令，并且可以分布在几个不同的代码段上、分布在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存储器储存设备和/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，并且可以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机器可读介质，该指令可用于对计算机(或其他电子装置)编写程序以执行本文中所描述的过程。机器可读介质可包括，但不限于，硬盘、软盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固态存储装置、或适用于存储电子指令的其他类型的媒介/机器可读介质。
图1A示出了用于使用本文中进一步描述的时域原理和元件来对故障的位置进行检测和计算的系统100的框图。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包括导体106，诸如连接两个节点的传输线路，该两个节点被图示为本地终端112和远程终端114。本地终端112和远程终端114可以是分别由发电机116和118供给的传输系统中的总线。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。
虽然其他IED也可用于监控系统的其他位置，但系统100由在系统的两个位置处的IED102和104监控。如本文中所使用的，IED(诸如IED102和104)可指监控、控制、自动化和/或保护系统100内的受监控的装备的任何基于微处理器的设备。例如，这样的设备可包括远程终端单元、差动继电器、距离继电器、方向继电器、馈电继电器、过电流继电器、电压调节器控件、电压继电器、断路器故障继电器、发电机继电器、电动机继电器、自动化控制器、间隔控制器、计量表、自动开关控件、通信处理器、计算平台、可编程逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器、输入和输出模块等等。术语IED可用于描述单个IED或包括多个IED的系统。IED102和104可以使用电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、罗果夫斯基线圈(Rogowskicoils)、分压器、低能量模拟(LEA)输入等获得电力系统信息。IED102、104可以能够使用来自通常用于监控电力输送的常规仪表变压器(诸如CT和PT)的输入。IED102和104还可接收来自公共时间源110的公共时间信息。
公共时间源110可以是能够将公共时间信号传递给IED102和104中的每一个的任何时间源。公共时间源的一些示例包括诸如输送与IRIG对应的时间信号的全球定位系统(GPS)的全球导航卫星系统(GNSS)、WWVB系统或WWV系统、诸如与IEEE1588精确时间协议对应的基于网络的系统和/或类似的。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IED102、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IED102、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IED102和104交换与其中包括电压时域故障的检测和定位、电流时域故障的检测和定位有关的信息。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IED102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可以利用物理介质(诸如，同轴电缆、双绞线、光纤等)来实施。此外，数据通信信道108可以利用诸如以太网、SONET、SDH、等的通信协议，以便传送数据。
图1B示出了图1A所示的电力输送系统的简化单线图，其中，传输线106上的行波由与本公开的某些实施例一致的行波测试系统120来模拟。
与本公开一致的测试系统可以通过调节模拟行波的定时来模拟任意长的传输线上的行波。此外，还可以使用模拟行波的定时来控制故障的位置。例如，由更靠近IED102的模拟故障产生的行波将会在到达IED104之前到达IED102。因此，行波测试系统120可以在生成表示由IED104接收的行波的第二信号之前，生成表示由IED102接收的行波的第一信号。模拟的故障位置可以基于第一信号和第二信号之间的时间差使用方程1来确定。
其中：tL是在IED102处的波前到达时间，
tR是在IED104处的波前到达时间，
v是波的传播速度，并且
L是线路长度。
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使用方程1计算故障位置。另外或者可选地，还可以由在IED102和104中的一项来使用单端故障定位方法，并且行波测试系统120可以被配置成模拟适当的测试条件。单端故障定位方法可以被称为A型故障定位方法，该方法使用首先到达的行波和来自故障或远程终端的随后反射之间的时间差。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L终端处的故障的第一反射的到达时间；
tL1是来自L终端处的故障的初始波前的到达时间；以及
v是波的传播速度。
图2示出了可用于使用与本公开的某些实施例一致的时域和/或行波原理来检测电力输送系统上的事件的IED200的一个示例的简化框图。在某些实施例中，系统200可包括IED系统，该IED系统尤其被配置为获得时域量并对其进行计算、使用时域距离模块检测并定位故障、使用时域方向模块检测并定位故障、以及使用行波检测并定位故障。系统200可使用硬件、软件、固件和/或它们的任意组合来实现。在一些实施例中，系统200可作为IED来实施，而在其他实施例中，本文中所描述的某些组件或功能可与其他设备相关联或者可由其他设备执行。具体图示的配置仅代表与本公开一致的一个实施例。
系统200包括被配置为与设备和/或IED进行通信的通信接口216。在某些实施例中，通信接口216可便于与其他IED直接进行通信或通过通信网络与IED或者系统进行通信。系统200还可包括时间输入端212，其可用于接收时间信号(例如，公共时间基准)，允许系统200将时间戳施加到所获得的样本。在某些实施例中，可经由通信接口216来接收公共时间基准，因此，加时间戳和/或同步操作可以不需要单独的时间输入端。一个这样的实施例可采用IEEE1588协议。受监控的装备接口208可被配置为从一件受监控的装备(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224可被配置为对经由通信接口216、时间输入端212和/或受监控的装备接口208接收的通信进行处理。处理器224可使用任意数量的处理速率和架构来操作。处理器224可以被配置成执行本文描述的各种算法和计算。处理器224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，系统200可包括传感器组件210。在所图示的实施例中，传感器组件210被配置为使用常规的PT和/或CT直接从诸如导体(未示出)的常规电力系统装备收集数据。传感器组件210可使用例如变压器202和214以及A/D转换器218，A/D转换器218可采样和/或数字化经滤波的波形以形成被提供给数据总线222的相应数字化的电流和电压信号。电流(I)和电压(V)输入可以是来自常规仪器变压器(诸如，CT和VT)的次级输入。A/D转换器218可以包括用于每个传入信号的单一A/D转换器或独立的A/D转换器。电流信号可以包括来自三相电力系统的每一相的单独的电流信号。A/D转换器218可通过数据总线222连接到处理器224，电流信号和电压信号的数字化表示可通过该数据总线222被传输到处理器224。在各种实施例中，数字化的电流和电压信号可用于计算时域量，以如本文中所描述的对电力系统上的故障进行检测和定位。
计算机可读储存介质226可以是包含每个传输线路和/或每个传输线路的每个节段的电力线路特性(诸如阻抗、电阻、传播时间、电抗、长度和/或类似的)的数据库228的存储库。另一计算机可读储存介质230可以是被配置为执行本文中所描述的方法中的任意一个的各种软件模块的存储库。数据总线242可将受监控的装备接口208、时间输入端212、通信接口216以及计算机可读储存介质226和230链接到处理器224。
如图2中所图示的，计算机可读储存介质226和230可以是单独的介质，或者可是同一介质(即同一磁盘、同一非易失性存储设备等)。另外，数据库228可被储存在计算机可读储存介质中，该计算机可读储存介质不是系统200的部分，但可使用例如通信接口216由系统200访问。
通信模块232可被配置为允许系统200经由通信接口216与各种外部设备中的任意一个进行通信。通信模块232可被配置用于使用各种数据通信协议(例如，基于以太网的UDP、IEC61850等)来进行通信。
数据采集模块240可收集诸如电流量和电压量以及增量的数据样本。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216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。数据采集模块240可结合故障检测器模块234操作。数据采集模块240可控制由故障检测器模块234使用的数据的记录。根据一个实施例，数据采集模块240可选择性地储存和检索数据，并且可使该数据供进一步处理所用。这样的处理可包括通过故障检测器模块234进行的处理，该故障检测器模块234可被配置为确定配电系统的故障的发生。
增量模块236可被配置成对时域增量进行计算。增量模块236可被配置为使用电流和/或电压测量的数字化表示来计算由此的增量。在一些实施例中，系统200可以是与诸如图1的IED和系统的电力系统上的不同终端进行通信的一对IED中的一个。在一个实施例中，一对IED中的每个IED在其自身的增量模块236中计算增量，以用于后续处理并在IED之间共享。在另一实施例中，系统200可通过通信信道接收来自传感器组件210和来自远程IED的数字化表示，并且增量模块236可被配置为计算来自两个源的增加的信号，以计算本地增量和远程增量二者。
故障类型模块238可被配置为使用来自模块236的增量来确定故障类型。在各种实施例中，可能发生几种不同类型的故障。例如，在多相系统中，故障类型可以包括单相接地故障、相间故障、相到相到地故障、三相故障等。在本文中的几个实施例中，故障的检测和定位计算可独立于实际的多相电力系统中的故障类型。
行波差动模块244可通过对故障方向做出假设并检查行波的振幅使用电流来确定故障是否在线路内部。在各种实施例中，可以实施控制动作，以清除内部故障。
相关性模块248可被配置成接收本地数据值和远程数据值，并使它们相关联，以用于分析行波。相关性可通过使用时间戳进行时间对准来完成。在一些实施例中，可以使用传感器组件210来确定本地数据值，并且可以通过通信接口216来接收远程数据值。
方向模块250可被配置为确定故障的方向(正向或反向)。方向模块250可被配置为使用来自增量模块236的增量，以确定故障的方向。在其他实施例中，方向模块250可被配置为基于行波的极性来确定方向。在这样的实施例中，如果故障处于正向方向，则电压行波和电流行波的极性相反。如果故障处于反向方向，则电压行波和电流行波具有相同的极性。
在多个模块中的一个或更多个可以被配置成使用行波和/或时域原理来确定故障的位置。例如，行波差动模块244可以使用对两个或更多个行波的检测来计算故障位置(或与故障的距离)。
保护动作模块252可被配置为基于通过故障检测器模块234的故障的声明来实施保护动作。在各种实施例中，保护动作可以包括使断路器跳闸，选择性地隔离电力系统的一部分等。在各种实施例中，保护动作模块252可与和系统200通信的其他设备协调保护动作。
系统200可以被配置成使用行波和/或增量原理来检测在电力输送系统上的故障。这里，系统200可以是被配置成检测电力输送系统上的子循环事件的高速电力系统故障检测器。电力输送中的通常做法是去测试保护系统(诸如，系统200)，以确保保护系统被正确设置以检测故障。系统200可以通过向传感器组件210提供电流和/或电压信号和/或向通信接口216传送关于电气状况的信息来模拟故障状况。系统200可以生成与来自通常与IED通信的电力输送系统的电流互感器或电压互感器的电流或电压信号相对应的电流或电压信号。系统200可以改变电流和电压信号的时间、频率和/或振幅以及电流和电压信号的不同相的相对角度和振幅，以便模拟不同的故障状况、不同类型的故障以及不同的故障位置。
图3示出了符合本公开的某些实施例的故障期间电力输送系统的三个相306、308和310的电流波形。绘制了相对于时间304的电流振幅302。大约在时间49ms时，通过阶跃变化320显示故障信号。这种阶跃变化320表示行波从故障处到达记录电力输送信号的设备。符合本公开的各种实施例可以被配置成为了测试在电力系统中使用的保护装备的目的而模拟故障(诸如，图3中所示的故障)的结果。
图4示出了符合本公开的某些实施例的被配置成生成测试信号并将行波信号发射到故障检测器200的测试装置402。测试装置402包括刺激发生器408，刺激发生器408被配置成将行波信号发射到被提供给故障检测器200的电信号。刺激发生器408可以提供所发射的行波信号，或者刺激发生器408可以将行波信号施加到由另一个电信号发生器提供的电信号上。在一些实施例中，电信号发生器可以是单独的设备，其可以是如上所述的典型测试机。在一些实施例中，刺激发生器408将行波信号作为电流信号提供给故障检测器200的电流输入端。
在所示实施例中，刺激发生器408被配置成向故障检测器200提供三个信号。在一些实施例中，刺激发生器408将行波信号作为电压信号提供给故障检测器200的电压输入端。在一些实施例中，刺激发生器408向故障检测器200提供两个信号。此外，刺激发生器408可以被配置成向故障检测器200提供电流和电压信号和/或提供用于多相的信号。在一个特定实施例中，刺激发生器408可以被配置成向多个故障检测器提供电流和/或电压信号。
刺激发生器408包括与故障检测器200的A相输入端414A、B相输入端414B和C相输入端414C通信的三个输出端。刺激发生器408被配置成发射作为在电流和/或电压信号中的一项或更多项的行波信号。
测试装置402还包括输出控制器404，输出控制器404与刺激发生器408通信，被配置成控制刺激发生器408。具体地，输出控制器404可以控制刺激发生器内的开关的打开和闭合，以用于将行波信号施加在提供给故障检测器200的电信号上。
输出控制器404可以使用用户界面模块406来控制。用户界面模块406可以与输出控制器通信，并接受来自用户界面的输入。用户界面可以是与测试装置402通信的单独的设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、平板计算机或其它计算机。此外，用户界面模块406可以与测试装置402集成的用户界面(诸如，前面板控件)进行通信。前面板控件可以包括按钮、显示器、触摸屏显示器、旋转拨号盘、开关等。用户界面模块406可以被配置成接收来自用户的输入。
测试装置402还可以包括与输出控制器404通信的晶体管-晶体管逻辑(“TTL”)输入模块410和TTL输出模块412。TTL输入模块410可以被配置成接受TTL信号，以触发刺激发生器将行波信号施加在电力信号上。在一些实施例中，TTL输入模块可以包括用于每一相的TTL输入，使得行波信号可以被施加在单独一相的电信号上。在一些实施例中，TTL输入模块410可以与测试机通信，使得测试机可以控制将行波信号施加到去向故障检测器200的电测试信号上。TTL输出模块412可以被配置成当刺激发生器将行波信号施加在去向故障检测器的电力信号上时，输出TTL信号。TTL输出模块412可以与设备(诸如，与故障检测器200通信的测试机)通信，以用于记录来自故障检测器200的响应于行波信号的动作。
测试装置402还可以包括用于接收公共时间信号的时间输入端416。时间输入端416可以被实现为例如能够接收IRIG-B格式的时间信号的输入端。在一个特定实施例中，时间输入端416可以被配置成连接到GPS接收器，GPS接收器被配置为基于GPS信号确定时间信号。时间输入端416可以用于使测试装置402与故障检测器200同步。在一些实施例中，可以向时间输入端416和时间输入端212提供公共时间信号以使设备同步。在一些实施例中，为了测试的目的，可以记录和比较故障信号注入和检测的定时。
输出控制器404可以使用用户界面模块406来编程。在一些实施例中，输出控制器404可编程为以控制行波的施加，使得行波的定时模拟在电力输送系统上的预定位置处的电力输送系统上的故障。在电力输送系统中，行波可以从故障位置发射，并在电力输送系统的不连续处反射。因此，可以使用行波的接收之间的时间来确定故障的位置。通过对模拟行波的施加的定时的编程，测试装置402可以被配置成测试故障检测器是否可以使用行波和/或增量来准确地检测故障，并且使用行波和/或增量来确定故障的位置。
在一个实施例中，用户界面模块可以被配置成接收关于与故障的距离、故障的相和开始触发的指令。输出控制器404随后可以计算用于注入模拟相应的故障的各种信号的适当时间。注入故障的时间可以基于故障位置、模拟传输线路的长度、线路传播速度等而变化。方程1和2可以用于尤其基于与到距离的故障相关的用户输入来计算适当的时间。在接收到开始触发(例如，通过前面板上的按钮、预定时间、TTL输入端、基于外部时间信号的指定时间等)时，输出控制器404可以控制刺激发生器408在所确定的时间并且在预定的相位上将行波信号施加在电信号上。
图5示出了符合本公开的某些实施例的与故障检测器200通信的行波测试装置502的功能框图。刺激发生器508可以包括电流源514。刺激发生器508可以包括每相的两个输出端触点，其可以与故障检测器的单个互感器的两个输入端触点通信。电容器520可用于将行波信号施加在电力信号上。电容器520的初始充电可以使用开关518和516来执行。通过使用开关522使电容器520放电，可以通过故障200施加行波信号。开关516、518和522可以是晶体管，诸如，MOSFET。开关516、518和522可以由输出控制器404控制，使得电容器520的放电可以在确定的时间将行波信号施加在电力系统信号上。此外，在接收到来自TTL输入模块的TTL信号、来自用户接口模块(诸如，前面板按钮)的输入、基于时间输入的指定时间等时，可以由输出控制器404控制开关516、518和522。
在所示的实施例中，测试装置502包括在刺激发生器508和故障检测器200之间的极性模块550。极性模块550可以被配置成以预定的极性引入测试行波信号，以输送到故障检测器200。极性模块550可以包括多个开关，诸如，可以用于控制测试行波信号的极性的MOSFET。在一个特定实施例中，并且如下面更详细讨论的，极性模块可以如图7所示地配置。在另一个实施例中，极性模块550可以包括双极双掷继电器，以控制测试行波信号的极性。
图6示出了符合本公开的某些实施例的用于测试多个行波检测器620和622的系统600。系统600包括一个或更多个电气系统信号发生器604。在各种实施例中，信号发生器604可以生成与多相电气系统相关联的典型电信号。信号发生器604可以通过通信信道610与行波测试系统602通信。在系统600的一个配置中，故障检测器620、622可以被测试，就好像是它们处于电力输送系统中的传输线的两端那样。故障检测器620、622可以被配置成使用行波信号和/或增量来检测故障和/或对故障进行分类。例如，故障检测器620和622可以是配置成使用行波和/或增量来确定故障状况和位置的差动继电器。
电力信号可以通过例如滤波器606、608和耦合器612、614被提供给故障检测器620、622。测试装置602可以被配置为通过耦合器612和614将行波信号从发生器604施加在电气系统信号上。信号发生器604可以将测试信号提供给第一故障检测器622和第二故障检测器620。滤波器606和608可以被配置成禁止将由行波测试系统602生成的行波信号返回施加到信号发生器604上。耦合器612、614可以被配置成允许来自行波测试系统602的行波信号施加在从发生器604到故障检测器620、622的电系统信号上。
行波测试系统602可以与接口(诸如，计算机616)通信。计算机616可以被配置成协调行波测试系统602的运行，并且分析测试的结果。在各种实施例中，行波测试系统602可被实现为测试装置402(图4中示出)、测试装置502(图5中示出)。故障检测器620、622可以与公共时间源(诸如，GPS系统624)通信。如本文所述，行波测试系统602可以被配置成在相同或不同的时间将行波信号施加在去向故障检测器620、622的电信号的相同或不同的相位上。在一个示例中，行波测试系统602可由用户配置成在与第二故障检测器622相比更靠近第一故障检测器620的第一相上模拟电力系统上的故障。测试装置602可以根据模拟的故障位置来确定在第一相上施加的行波信号到达第一故障检测器620的时间，以及在第一相上施加的行波信号到达第二故障检测器622的时间。
数据通信路径626可以允许故障检测器620、622交换关于行波的信息。这种信息可以包括检测到初始行波的时间、检测到行波的反射的时间、行波的极性、行波的振幅等。在各种实施例中，关于由相应的设备检测到的电气状况的信息可以作为一连串的时间同步测量来传送。
图7示出了符合本公开的某些实施例的用于使用信号发生器708产生和注入行波信号的测试装置702的简化电路图。信号发生器708可以被配置成生成表示配电系统中的交流电流的正弦信号。在各种实施例中，可以包括多个信号发生器，以模拟电力系统上的多个相。在所示的实施例中，测试装置702包括信号发生器704。在其他实施例中，电信号发生器可以在测试装置702的外部。
信号发生器708包括用于将行波信号施加在来自发生器704的电力系统信号上的电路。该电路可以包括与储存电阻器706和储存电容器728电连通的电压源726。充电开关710可以用于通过充电电阻器712对注入电容器722进行充电。在注入电容器722被充电时，可以打开充电开关710。随后，通过选择性地使用开关718和716、或者开关714和720将注入电容器722连接到输出端724，可以使注入电容器722放电。通过控制开关714-720的打开和闭合，可以控制施加在电力系统信号上的行波信号的时间和极性。例如，可以通过使开关718和716闭合来施加具有第一极性的行波，并且可以通过使开关714和720闭合来施加具有第二极性的行波。如本文进一步讨论的，开关710和714-720可以是晶体管，诸如，MOSFET。测试装置702可以包括用于被测试的每一相的单独的信号发生器708。在一些实施例中，测试装置702可以包括六个单独的信号发生器708，三个用于到达第一故障检测器的三相，并且三个用于到达第二故障检测器的三相。测试装置702的输出端724可以被提供给测试设备200。
图8示出了符合本公开的实施例的行波测试装置的框图。在所示实施例中，使用放大器802生成测试行波信号。放大器的输出可以生成施加在测试信号上的阶跃函数。放大器802可以由输出控制器404控制。放大器802可以与用于控制测试行波信号的极性的极性模块550通信。在一个特定实施例中，放大器802在测试装置502内部。在另一个实施例中，放大器可以是与测试装置502分离的模块。在这种实施例中，测试装置502的输出端触点、TTL输出端等可以与放大器802电连通，以用于控制测试行波信号的生成。在某些实施例中，极性模块550可以电耦合到放大器802，以控制放大器802到测试设备200的输出的极性。
根据又一实施例，测试设备502可以包括刺激发生器508，刺激发生器508可以包括用于生成测试行波信号的反激式转换器。
本文公开的测试设备的几个实施例可以广泛地用于生成用于一个测试设备或多个测试设备的测试行波信号。在本文的几个实施例中，测试设备可以被配置成向一个测试设备或多个测试设备提供一系列测试行波信号。例如，图5和图8中所示的实施例包括被配置成生成和输送测试行波信号的刺激发生器508。在一个实施例中，一系列行波信号可以被生成并被输送到测试设备。测试行波信号可以具有不同的极性。
测试设备可以被配置成向其他设备发信号，以生成测试行波并将测试行波输送到测试设备。几个测试设备可以使用公共时间源进行通信和同步，使得测试行波信号并列地生成，以测试多个测试设备(诸如，并非物理上并置的设备)。
在一些实施例中，输出控制器404可以储存各种故障情境。这种情境可以包括不同的线路长度、故障位置、故障强度等。这些情境可以用于使用已知参数来测试一个设备或多个设备。可以进行这种测试，以确保测试设备如预期地那样响应多个故障情境。在一个具体示例中，制造商可以在售出这种设备之前利用各种测试情境来测试设备。在一些情境下，输出控制器404可以被配置成将多个故障情境实现为自动化或半自动化测试过程中的一部分。
另外，输出控制器404可以被配置成控制刺激发生器，以基于特定的用户指令生成行波。例如，用户可以通过指示测试的一个或更多个方面来提供特定的测试情境。这些方面可以包括对行波的定时、相位、极性、振幅和其他参数的调整。在一个实施例中，输出控制器可以被配置成从用户处接受故障的位置，并且确定第一测试行波信号和后续行波信号的定时和极性。
输出控制器可以被配置成控制针对多个测试设备的行波生成的时间和极性，使得可以针对故障检测和位置计算的一致性来测试多个测试设备。在一个实施例中，输出控制器可以被配置成接受关于电力系统拓扑结构的信息，并且还被配置成基于拓扑结构和用户输入故障位置来确定测试行波信号的定时和极性。在一个实施例中，输出控制器可以被配置成控制在不同时间以及在模拟电力系统的不同位置处的几个模拟故障相对应的多个测试行波信号的生成。
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。对于本领域中的这些技术人员来说明显的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可在本公开的方法和系统的布置、操作和细节做出各种修改、改变和变化。

Claims (20)

1.一种行波测试系统，其被配置成测试第一高速电力系统故障检测器和第二高速电力系统故障检测器，包括：
刺激发生器，所述刺激发生器被配置成生成电力系统中的信号的表示；
行波测试系统，所述行波测试系统被配置成生成由模拟故障生成的、待施加到所述信号的所述行波的多个表示，所述行波测试系统包括：
输入端，所述输入端被配置成接收用于控制所述行波的多个表示被施加于所述信号的时间的信号；
输出控制器，所述输出控制器被配置成基于所述输入端来控制将所述行波的多个表示的表示施加于所述信号；
耦合器，所述耦合器被配置成将所述行波的多个表示施加于所述信号；以及
极性模块，所述极性模块被配置成控制所述行波的多个表示的极性。
2.根据权利要求1所述的行波测试系统，其中，所述行波测试系统还被配置成在所述行波的多个表示中的每个表示之间施加延迟。
3.根据权利要求2所述的行波测试系统，其中，在所述多个表示中的每个表示之间的延迟是基于模拟的故障位置而确定的。
4.根据权利要求1所述的行波测试系统，还包括与所述输入端通信的用户界面模块，所述用户界面模块被配置成接收来自用户的关于所述行波的多个表示施加于所述信号的时间的指令。
5.根据权利要求1所述的行波测试系统，其中，所述行波的多个表示包括对于初始波前的至少一个反射。
6.根据权利要求1所述的行波测试系统，还包括：
电压输出端，所述电压输出端被配置成向所述故障检测器的电压输入端提供所述行波的多个表示中的第一子集；以及
电流输出端，所述电流输出端被配置成向所述故障检测器的电流输入端提供所述行波的多个表示中的第二子集。
7.一种被配置成测试至少一个高速电力系统故障检测器的装置，所述装置包括：
刺激发生器，所述刺激发生器被配置成生成电力系统中的信号的表示；
行波测试系统，所述行波测试系统被配置成生成将要施加于所述信号的行波的表示；以及
输出控制器，所述输出控制器与所述刺激发生器和所述行波测试系统通信，并且被配置成导致所述刺激发生器向所述至少一个故障检测器提供所述信号和所述行波的表示。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述行波的表示包括初始波前，并且所述行波测试系统还被配置成生成所述行波在延迟之后的反射的表示。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述延迟是基于模拟的故障位置来确定的。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述行波测试系统还包括注入电容器，所述注入电容器被配置成选择性地放电，以产生所述行波的表示。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述行波测试系统还包含电源，所述电源被配置成对储存电容器进行充电，并且其中，所述储存电容器被配置成通过充电电阻器选择性地改变所述注入电容器。
12.根据权利要求7所述的装置，还包括极性模块，所述极性模块被配置成确定所述行波的表示的极性。
13.根据权利要求7所述的装置，其中，所述行波测试系统还包括放大器，所述放大器被配置成产生所述行波的表示。
14.根据权利要求7所述的装置，其中，所述输出控制器还包含输入端，所述输入端被配置成接收用于控制所述行波的表示被施加于所述交变信号的时间的信号。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述输入端包括晶体管-晶体管逻辑输入端。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述输入端包括时间输入端。
17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述输入端被配置成连接于所述至少一个高速电力系统故障检测器。
18.根据权利要求7所述的装置，其中，所述装置被配置成向第一高速电故障检测器和第二高速电故障检测器提供所述行波的多个表示。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述行波测试系统还被配置成生成所述行波的多个表示，所述多个表示的每个表示以延迟分离，并且所述行波测试系统还配置成基于模拟的故障位置来确定所述行波的多个表示的每个表示之间的延迟。
20.根据权利要求7所述的装置，还包括与所述输出控制器通信的用户界面模块，所述用户界面模块被配置成接收来自用户的将所述行波的表示施加于所述信号的指令。
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