CN109478778B - 用于检测三相配电网络中的故障的方法和装置 - Google Patents

用于检测三相配电网络中的故障的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于检测三相配电网络中的故障(4)的方法，包括确定在三相配电网络的位置处的零序电流(21C)、第一相电流(21A)和第二相电流(21B)，通过利用滤除频率分量的方式而从对应于配电网络的基频的所确定的电流中去除频率分量，来确定(22)第一滤波的电流，确定(23)在第一时间段期间的第一滤波的电流的方向，并且将所述方向相对于彼此进行比较(24)，以及如果所确定的方向中的至少一个相对于其他两个所确定的方向中的至少一个相反，发出检测到故障的信号(25)。

Description

用于检测三相配电网络中的故障的方法和装置
技术领域
本发明大体上涉及检测配电网络中的故障的技术领域。具体地，本发明涉及检测径向操作的中压配电网络中的接地故障，诸如以补偿、集中、以分布式或以混合的方式，或在具有浮置中线的网络中，由地下和/或架空电缆和/或架空线组成。
背景技术
在线对地(接地)故障期间，配电网络的一相与地电位接触。这导致电流从故障位置流出网络并经由线对地电容和/或经由接地布置返回到网络。这导致潜在的危险的接触电压，并且因此识别这些故障情况并断开配(电)网络的故障部分是重要的。
故障可以是永久型接地故障，在这种情况下，一旦故障发生，故障状况通常永久地保持在网络中，直到故障被去除。在永久型故障期间的故障电流的特征在于主要具有电网的基频，诸如50或60Hz。
也可能存在为电弧型或间歇性接地故障的故障，在这种情况下，故障发生在短时间段内(即一个故障事件)，但通常地连续若干次重复地发生。例如，由于故障绝缘，可能发生故障。当发生电弧型或间歇性故障时，其包括快速放电部分，在此期间，故障相的相-对-地电容放电；以及较慢的充电部分，在此期间，健康相的电容在它们的电压相对于地上升到主电压时充电。电流的快速放电部分和较慢充电部分加和以形成总的接地故障电流。快速放电部分导致在零序电流和故障相的电流中可见的短峰值。然后峰值区分，并且瞬态电流主要包括较慢充电电流部分。快速放电电流部分的通常的持续时间可以是几百微秒，例如，从100到200微秒。一个电弧型或间歇性故障事件的持续时间通常可以是大约1到3毫秒。
通过使用补偿电抗器，例如彼得森线圈(消弧线圈)，其连接到变压器的中性点(中线)，可以使在接地故障期间的故障电流变得更小。这些系统被称为谐振接地系统。通过选择电抗器的电感以匹配配(电)网络的电容，可以通过相等幅度的感应电流来补偿电容性故障电流。
一些现有技术描述了用于定位配电网络中的故障的方法。通常通过执行需要大量精力和人力并且耗时的测试测量来完成故障的定位。这些测量可能损坏配电系统，由于电路切断器的操作，其必须被关闭，尽管配(电)网络中存在故障。
还开发了基于测量和故障定位算法的方法。这些方法通常基于变电站中的集中测量，或者可替代地，基于配(电)网络的多个位置中的和沿着线的分布式测量。
已经开发了几种基于集中测量的方法。这些方法基于估算故障与变电站的距离的算法。所有这些方法都有局限性，诸如将故障本地化到网络的正确分支，并且这些方法都没有被真正大规模地利用。特别是在补偿配电网络中的定位故障存在困难。
如上所述，还有利用分布式测量的方法。这些方法通常基于零序电流和电压的测量并观察这些参数的改变。如果断路器站配备有适当的测量和远程控制能力，则这些方法可被利用于识别馈线的故障分支。用于识别故障分支的另一已知方法是基于在故障期间比较不同分支的零序电流。
发明内容
本发明的目的是提出方法、故障检测器控制单元、故障检测器和布置，其用于实现减轻与检测配电网络中的故障相关的一个或多个上述缺点的方法。本发明的目的通过由各个独立权利要求限定的方法、故障检测器控制单元、故障检测器和布置来达到。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
本发明根据第一方面提供一种用于检测三相配电网络中的故障的方法。
该方法包括
-确定在三相配电网络的位置处的零序电流、第一相电流和第二相电流，
-通过利用滤除频率分量的方式而从对应于配电网络的基频的零序、第一相和第二相电流中去除频率分量，来确定第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流和第一滤波的第二相电流，由此所述第一滤波的电流包括除了所述去除的频率分量之外的频率分量，
-确定在第一时间段期间的第一滤波的零序电流的方向、第一滤波的第一相电流的方向和第一滤波的第二相电流的方向，
将所述方向相对于彼此进行比较，并且如果所确定的方向中的至少一个相对于其他两个所确定的方向中的至少一个相反，
发出检测到故障的信号。
此外，该方法可以包括通过相对于配电网络的基频对零序电流、第一相电流和第二相电流进行滤波，来确定第二滤波的零序电流、第二滤波的第一相电流和第二滤波的第二相电流，由此所述第二滤波的电流仅包括所述基频分量。
在确定所述第一滤波的电流之前，该方法还可以包括基于零序、第一相和第二相电流或者基于在第二时间段期间的所述第二滤波的电流来确定负序电流，基于时间上在故障之前和之后的负序电流的值来确定在第二时间段期间的负序电流的改变幅度，将所述改变与时间上在所述故障之后的零序电流的值进行比较，并且如果相对于在所述故障之后的零序电流的所述改变幅度超过第二阈值，发出检测到所述故障的信号。
该方法还可以包括，在确定在三相配电网络的位置处的零序电流、第一相电流和第二相电流之前，将零序电流的值与第一阈值进行比较，并且如果零序电流的值超过第一阈值，则执行根据本发明的实施方式的方法。
该方法可以包括，在确定所述第一滤波的电流之前，基于对应于配电网络的基频的零序、第一相和第二相电流的频率分量或基于所述第二滤波的电流来确定在第三时间段期间的正序电流，将正序电流与第三阈值进行比较，并且如果正序电流超过第三阈值，发出检测到故障的信号。
该方法还可以包括通过测量相电流之和来直接确定零序电流。
确定在三相配电网络的位置处的零序电流、第一相电流和第二相电流可以包括使用第一采样频率确定零序电流、第一相电流和第二相电流。
可以基于使用第二采样频率确定零序电流、第一相电流和第二相电流，来确定负序电流和正序电流中的至少一个。
可以基于确定零序、第一相和第二相电流，通过对所确定的第一相、第二相和零序电流进行下采样，来确定负序电流和正序电流中的至少一个。
根据第二方面，本发明是一种用于检测三相配电网络中的故障的故障检测器控制单元。故障检测器控制单元包括至少一个处理器和至少一个存储器，其存储计算机程序代码的至少一部分，其中至少一个处理器被配置为使得故障检测器控制单元至少执行：
-确定在三相配电网络位置处的零序电流、第一相电流和第二相电流，
-通过利用滤除频率分量的方式而从对应于配电网络的基频的零序、第一相和第二相电流中去除频率分量，来确定第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流和第一滤波的第二相电流，由此所述第一滤波的电流包括除了所述去除的频率分量之外的频率分量，
-确定在第一时间段期间的第一滤波的零序电流的方向、第一滤波的第一相电流的方向和第一滤波的第二相电流的方向，
-将所述方向相对于彼此进行比较，并且如果所确定的方向中的至少一个相对于其他两个所确定的方向中的至少一个相反，
发出检测到故障的信号。
根据第三方面，本发明是一种故障检测器，其包括根据第二方面的用于检测三相配电网络中的故障的故障检测器控制单元。故障检测器还包括用于确定零序电流、第一相电流和第二相电流的装置，用于将所确定的零序电流、第一相电流和第二相电流输入到故障检测器控制单元的装置，以及用于外部通信的装置。
根据第四方面，本发明是一种布置，其包括根据第三方面的若干故障检测器，用于检测三相配电网络中的故障。该布置包括沿着三相配电网络布置的若干故障检测器，用于基于通过若干故障检测器中的至少一个并经由通信网络向网络管理系统发出检测到故障的信号，来检测故障。
根据第五方面，本发明是一种计算机程序产品，其包括程序指令，当由根据第二方面的故障检测器控制单元实行时，该程序指令使得故障检测器控制单元执行根据第一方面的方法。
根据本发明的方法、设备和布置的优点在于，可以基于故障检测器的测量和位置以及来自故障检测器的检测到故障和/或未检测到的信号而可靠地确定故障的检测。另一优点是，根据本发明的故障检测器可以相对简单且便宜地制造，并且因此，在配电网络中的多个位置布置故障检测器以达到足够的准确度以用于检测和协助定位故障，在经济上也是可行的。
表述“若干”在本文中是指从一开始例如到一、二或三的任何正整数。
表述“多个”在本文中是指从二开始例如到二、三或四的任何正整数。
术语“第一”、“第二”、“第三”不指代任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一元素区分。
在本专利申请中呈现的本发明的示例性实施方式不应被解释为对所附权利要求的适用性构成限制。动词“包括”在本专利申请中用作开放式限制，其不排除也未记载的特征的存在。除非另有明确说明，否则从属权利要求中所述的特征可相互自由组合。
附图说明
在随附附图的图中，通过示例而非限制的方式示出了本发明的实施方式。
图1A和1B示意性地示出了配电网络的示例，该配电网络分别被补偿或具有浮置中线，由地下和/或架空电缆和/或架空线组成，可以沿着其布置和利用根据本发明的故障检测器以检测故障。
图2示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图。
图3示出了在一个电弧型或间歇性接地故障事件期间的故障电流。
图4A-4D分别示出了在一个电弧型或间歇性接地故障事件期间的健康线的三相电流和零序电流。
图5A-5D分别示出了在一个电弧型或间歇性接地故障事件期间的故障线的三相电流和零序电流。
图6示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图，该方法特别地直接用于检测永久型接地故障。
图7示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图。
图8示意性地示出了根据本发明的实施方式的故障检测器控制单元。
图9示意性地示出了根据本发明的实施方式的故障检测器。
图10示出了根据本发明的系统的实施方式，该系统利用依照本发明的一些实施方式的至少一个故障检测器。
图11示出了网络管理系统，其可以与根据本发明的一些实施方式的方法、设备和系统一起使用。
图12A-12C示出了配电网络的测量的相电流和电弧型接地故障对测量的电流的影响。
具体实施方式
图1A示意性地示出了补偿配电网络的示例，该补偿配电网络由地下和/或架空电缆和/或架空线组成，可以沿着其布置并利用根据本发明的故障检测器10以检测故障电流的通过。
故障检测器10可以被布置成与用于中压配电网络的电流确定的装置连接。用于电流确定的装置可以包括电流变压器、电流传感器3A-3C、罗氏线圈3C、霍尔传感器等。还可以存在用于确定中压配电网络的电压的装置，包括例如测量变压器、电容分压器、电阻分压器等。
图1A和图1B中的配电网络可以具有径向结构或径向操作的网状结构。补偿可以通过以集中、分布式或混合方式实现。配电网络可以包括若干变压器1、2，其将诸如电压和电流的电量分别变换为各种电平，诸如电压电平1-3，VL1、VL2、VL3。
变压器1、2可以具有一个或若干初级侧电路和/或一个或几个次级侧电路和/或三级电路等。可以存在被布置成与主变压器1连接的典型的开关装置，包括测量设备、继电器、开关等。
在图1A中，利用可调节的彼得森线圈5以集中方式实现补偿。有两条线，第一条线L1和第二条线L2，如图1A和1B所示，两者分别具有三相，L1A、L1B、L1C和L2A、L2B、L2C。
图1A和1B示出了在第二线L2的第三相L2C上存在单相-对-地故障的示例情形。在故障位置4左边的第二线L2上的故障检测器10检测通过的故障电流，并且在代表故障检测器10的框内标记有“X”，而沿着网络布置的其余的故障检测器10不检测故障电流，即它们在图1A和图1B中代表故障检测器10的框内标记有“O”。
如图1A所示，可以存在至少一个主变压器1，其在一侧具有第一电压电平VL1而在另一侧具有第二电压电平VL2。根据图1A中所示的配电网络的示例，主变压器1的第一电压电平VL1代表传输网络的高电压电平。根据图1A中所示的配电网络的示例，第二电压电平VL2代表配电网络的中压电平。
还可以存在至少一个配(电)变压器2，其在一侧具有第二电压电平VL2而在另一侧具有第三电压电平VL3。根据图1A中所示的配电网络的示例，第三电压电平VL3代表配电网络的低电压电平。可以存在开关、具有远程控制能力的设备和传感器，其被布置成与至少一个配(电)变压器2连接。
根据一些实施方式，电压电平VL1和VL2可以分别是例如从70kV至1000kV和1.5kV直到70kV。电压电平VL3可以是例如从0kV直到1.5kV。
图1B示意性地示出了配电网络的示例，其具有浮置中线，由地下和/或架空电缆和/或架空线组成，沿着其可以布置根据本发明的故障检测器10。根据图1B的配电网络还可以包括变压器1、2，类似于图1A中所示的示例并且如本文中与图1A相关地说明的那样。
图2示出了根据本发明的实施方式的方法200的流程图，该方法用于检测故障电流的通过，尤其是电弧型接地故障。
步骤20涉及该方法的起始阶段。正在建立检测故障的需要，并且获得适当的设备并将其布置成与配电网络连接。可以配置设备并且可以在配电网络中的不同元件之间建立通信。起始阶段20可以包括用于初始化该方法的标准，诸如，例如零序电流的值，或者相电流之和，超过第一阈值。还可以存在用于检测和指示网络中存在故障的其他源，诸如通过在变电站处的继电器或来自网络管理系统的信息或者基于所确定的零序电压的电平。
本文限定的零序电流或相电流之和应被理解为是基本上相同的值，具有乘数为1/3的明显差异，其在实现本发明的实施方式时可以适当进行考虑，即，零序电流是相电流之和的1/3倍。
步骤21A、21B、21C可以优选地基本上同时执行。在步骤21A处，确定第一相电流。在步骤21B中，确定第二相电流。在步骤21C中，确定零序电流或相电流之和。
根据实施方式，零序电流还可以由通过使用等于配电网络中的相数的电流测量仪器的量而单独地确定相电流中的每个来确定。零序电流或相电流之和可以优选地被即刻确定。额外地，根据实施方式，零序电流还可以基于代表配电网络的一个基本周期的样本来确定，诸如在20或约16.7毫秒期间的连续样本，这取决于配电网的基频，即分别为50或60Hz。
在步骤21A、21B、21C中所确定的电流可以通过例如使用电流传感器或罗氏线圈传感器3C的测量来确定。在步骤21C中，零序电流可以优选地通过利用增加测量的灵敏度的罗氏线圈传感器3C的直接测量来确定。测量零序电流的罗氏线圈传感器3C还可用于在该方法的起始阶段20检测配电网络中的故障状况。
步骤21A-21C可以包括使用第一采样频率确定第一相电流、第二相电流和零序电流中的每一个。第一采样频率可以优选地是12.8kHz，其在2.5毫秒时间段期间为各个电流产生32个样本，这是通常针对电弧型接地故障事件的量级。第一采样频率也可以是9.6kHz或19.2kHz。
步骤22包括确定第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流和第一滤波的第二相电流。在步骤21A、21B和21C中所确定的电流可以包括低频分量，诸如配电网络的基频分量，其可以是例如50或60Hz。在所确定的电流或其他各种频率分量中还可能存在谐波和/或次谐波频率分量。在步骤22中，可以对所确定的电流，即零序电流、第一相电流和第二相电流进行滤波，例如通过具有量级为75、100或者125Hz的截止频率的低通滤波器，以便确定第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流和第一滤波的第二相电流。可以利用模拟和数字滤波两者。该确定可以包括使用模拟滤波器，或者优选地，借助于数字滤波。可以通过使用数值方法，诸如利用在至少一个处理器上实现的快速傅里叶变换(FFT)，来确定不同的频率分量。
步骤23包括确定第一滤波的电流的方向或极性。一旦已在步骤22中从所确定的电流中滤除了基频分量，则在第一滤波的电流中仅存在除基频以外的频率。通过在步骤21A-21C中从所确定的电流滤除基频分量，可以确定第一滤波电流的方向或极性。
滤除基频的需要和优点在图12A-12C中另外示出，其中显示了测量的相电流1201-1203。从图12A中可以看出，由于电弧型接地故障引起的相电流的改变可能很小，尽管改变的方向或极性是正的，但包括相电流的基频分量的影响的总电流的极性仍然是负的。
如本文较早所描述的并在图3中示出的，电弧型接地故障事件30可以分成两部分：快速放电部分31和较慢充电部分30。在接地故障事件30期间，所述两个部分期间的电流加和。快速放电部分31在时间段31期间发生，而较慢充电部分在时间段30期间发生。在时间段31期间发生的故障电流的第一峰值33在故障相的电容放电时发生。在较慢充电部分30期间，健康相的电压上升，并且因此相-对-地电容经由主变压器1线圈充电。
优选地，可以基于较慢充电部分30的第一半周期(即第一时间段，图3中的时间段32)的方向或极性，来确定方向或极性。
根据实施方式，可以利用四阶巴特沃斯来对所确定的电流进行滤波，以便获得第一滤波的电流，可以根据其确定方向或极性。优选地，巴特沃斯滤波器可以是带通型的，具有100Hz的较低的截止频率和600Hz的较高的截止频率，这使得能够确定在第一半周期32期间的方向或极性。因此，快速放电部分31从所述第一滤波电流中平滑。
步骤24包括比较第一滤波的电流的方向或极性。如果方向或极性是相同的，诸如图4A-D中所示(电流的第一半周期的方向或极性都是负的)，则已经确定了电流，并且因此故障检测器10的位置在网络的一个点处，其在图1和图2中的健康线L1上，或者在故障位置“后面”的点，即与故障位置4相比，沿着主变压器1或变电站的线更远。在图4A-4D中，分别示出了三相401-403的电流，和零序电流404。
另一方面，如果第一滤波的电流的方向或极性中的至少一个相对于第一滤波的电流的其余的方向或极性是相反的，诸如在图5A-5D中(电流中的两个的第一半周期的方向或极性是负的并且两个是正的)，则已经确定电流的点位于故障位置4的“前面”，即，主变压器或变电站与故障位置4之间的网络的点。在这种情况下，正在建立用于检测故障的信号。在图5A-
图5D中，分别示出了三相501-503的电流，和零序电流504。
用于检测故障的信号可以被传输到网络管理系统(NMS)或者由视觉输出诸如发光二极管(LED)发出信号，以供用户或维护人员定位和准备修复故障。
方法实行在步骤26中结束。不再需要故障检测或不再有故障存在的情况。
根据本发明的实施方式，故障检测器10中使用的第一阈值的值可以被设置为大约1至6安培或优选地1至3安培。用于相电流之和的所选择的阈值的值取决于故障指示设备的优选灵敏度。可以基于网络配置或其他参数静态地限定或动态地调整阈值。
根据实施方式，可以连续地执行根据本发明的方法，或者可以在满足某个标准之后初始化该方法。例如，该标准可以是相对于第一阈值的零序电流的值。例如，在步骤21A-21C之前，可以连续地确定零序电流的该值。
图6示出了方法600的流程图，该方法可以在本发明的实施方式之外或者与本发明的实施方式并行地执行，以用于检测故障，尤其是永久型接地故障。在600处的方法还可以与200处的方法分离或单独地执行。
步骤60涉及该方法的起始阶段。正在建立检测故障的需要，并且获得适当的设备并将其布置成与配电网络连接。可以配置设备并且可以在配电网络中的不同元件之间建立通信。起始阶段60可以包括用于初始化该方法的标准，诸如，例如零序电流的值，或者相电流之和，超过第一阈值。还可以存在用于检测和指示网络中存在故障的其他源，诸如通过在变电站处的继电器或来自网络管理系统的信息或者基于所确定的零序电压的电平。
步骤61A-61C可以与图2中所示的步骤21A-21C，以及在本文较早所描述的说明书的对应部分相同。步骤61A-61C可以包括使用第二采样频率确定第一相电流、第二相电流和零序电流中的每一个。优选地，第二采样频率可以是1.6kHz。第二采样频率也可以是3.2kHz或6.4kHz。第二采样频率可以不同于或等于第一采样频率。
在执行图6中所示的方法之前，可以利用步骤62，可选特征，来滤除所确定的电流中的一些频率分量，优选地，具有比配电网络的基频更高频率的频率分量。在步骤62中，可以完成滤波，以便确定第二滤波的零序电流、第二滤波的第一相电流和第二滤波的第二相电流。可以通过使用模拟滤波器或者优选地借助于数字滤波来执行滤波。可以通过使用数值方法，诸如在处理器上实现的FFT，来确定不同的频率分量。根据实施方式，可以利用具有例如75、100或125Hz的截止频率的高通滤波器来对所确定的电流进行滤波。
在步骤63中，基于所确定的零序、第一相和第二相电流，可以确定负序电流在第二时间段期间的改变幅度。有利地，第二时间段可以是配电网络的至少一半基本周期。更有利地，第二时间段可以是配电网络的完整基本周期，诸如20或16.7毫秒。可以基于时间上在故障之前和之后的负序电流的值来确定负序电流的所述改变的确定，即，ΔI2＝|I2,2-I2,1|其中ΔI2是在故障期间的负序电流的改变幅度，I2,2是故障之后的负序电流的值，而I2,1是故障之前的负序电流的值。为了增加负序电流的准确度，可以在步骤62中使用FFT来对所确定的电流进行滤波，使得它们基本上仅由基频分量组成。
在步骤64中，负序电流的改变ΔI2可以与时间上在故障4之后的值零序电流进行比较，即，例如，确定ΔI2/ΔI0,2，其中I0,2是时间上在故障4之后的值零序电流。
在步骤65中，然后可以将在步骤64中所确定的解或比率与第二阈值进行比较。第二阈值可以是例如0.4。如果在步骤64中所确定的解或比率超过第二阈值，则可以得出结论：确定电流的位置位于故障线上并且在变电站或主变压器1与故障位置4之间。在这种情况下发出检测到故障的信号，如图6中通过步骤66所示。用于检测故障的信号可以被传输到网络管理系统(NMS)或者由视觉输出诸如发光二极管(LED)发出信号，以供用户或维护人员定位和准备修复故障。
方法实行在步骤67结束。不再需要故障检测或不再呈现存在故障的情况。
在图7中，通过700处的流程图示出了根据本发明的方法的实施方式。700处的方法包括图2和图6中所示的两种方法的实施方式。700处的所有步骤都可以与图2和图6中所示的步骤，以及在本文较早所描述的说明书的对应部分相同。
然而，步骤72可以包括步骤22和62两者的特征。可以使用第二采样频率或者通过在步骤71A-71C中对所确定的电流进行下采样来确定负序电流和/或正序电流。
根据实施方式，可以有利地执行下采样以用于检测永久型故障，但是此外还可以被利用于检测电弧型或间歇性故障。根据一些实施方式，如果第一采样频率是12.8kHz并且可以利用每个第二、第四或八个样本，则第二采样频率可以因此分别是，例如6.4kHz、3.2kHz或1.6kHz。
所确定的电流可以存储在存储器装置806上。所确定的电流可以存储在缓冲器或滑动窗口存储器中，即，例如，配电网络的最后16个样本或最后20毫秒或最后10个周期，或者因此取决于，例如系统规范和所需的采样量，以便确定用于实现根据本发明的一些实施方式的方法的不同参数。
在700处可以连续地执行根据本发明的实施方式的方法的步骤，或者可以在满足某个标准之后初始化该方法。该标准可以是例如所确定的零序电流的电平。根据实施方式，在图2中示出和在图6中示出为集成到一个方法中并且在图7中示出的步骤，可以以不同的方式执行。这需要，例如连续执行图6中的步骤同时执行图2中的步骤，在已经满足诸如零序电流的电平的标准之后，即，例如当已超过第一阈值时。
在步骤72中，除确定第一滤波的电流之外，可以确定第二滤波的电流。在仅确定第一滤波的电流的情况下或者在还确定第二滤波的电流的情况下，可以在故障检测器10中的处理器上实行步骤72。这为具有各种功能的故障检测器10产生了简单且成本有效的结构。
根据本发明的实施方式的该方法可以包括替代的或另外的确定负序电流、确定正序电流。所确定的正序电流可用于检测配电网络中的对称故障，诸如三相短路故障。根据实施方式，当在第三时间段期间确定的正序电流超过第三阈值时，可以检测到故障，这之后可以向例如网络管理系统发出该检测的信号或者由LED指示，以便于维护人员检测发出的检测到故障的信号。第三时间段可以等于第二时间段或者可以不同。第三阈值可以是例如100A至1000A，取决于配电网络。第三阈值可以是恒定电流、恒定时间延迟、反比延时或适应型阈值。
可以通过将所确定的电流存储在缓冲器或滑动窗口存储器上来确定负序电流和正序电流。在这种情况下，窗口应该优选地被配置为配电网络的基本周期的至少一半。
根据本发明的实施方式，当在处理器上实行时，可以通过计算机程序产品或计算机程序代码来实现该方法。
图8示意性地示出了用于实现根据本发明的实施方式的方法的故障检测器控制单元800。根据本发明的实施方式的该方法可以由与故障检测器10连接的计算机实行，该故障检测器至少包括处理器804和存储器806。该方法的步骤可以被编程到存储器806，例如，非暂时性计算机可读介质，并且由处理器804诸如(微)处理器实行。根据实施方式，该方法可以至少部分地由故障检测器控制单元800中的处理器804执行。根据另一实施方式，该方法可以至少部分地由故障检测器800中的单独处理器执行。在一些实施方式中，该方法可以以分布式方式由多个处理器执行，诸如部分地由故障检测器800中的处理器执行，并且部分地由例如网络管理系统中的处理器执行。
外部单元801可以连接到故障检测器控制单元800的通信接口808。外部单元801可以包括无线连接或通过有线方式的连接，或者例如显示器。通信接口808提供用于与外部单元801(诸如路由器、其他故障检测器10、继电器、变电站自动化设备、网络管理系统等)通信的接口。还可以连接到诸如膝上型电脑或手持设备的本地设备。还可以存在到故障检测器10的数据库或外部数据库的连接，该故障检测器的数据库或外部数据库包括用于控制故障检测器或诸如网络管理系统的数据库的检测器的操作的信息。
故障检测器控制单元800可以包括一个或多个处理器804、一个或多个存储器806，其是易失性的或非易失性的，用于存储计算机程序代码807A-807N的部分和任何数据值以及可能的一个或多个用户界面单元810。所提及的元件可以使用例如内部总线彼此通信地耦接。
故障检测器控制单元800的处理器804至少被配置为实现如所描述的至少一些方法步骤。该方法的实现可以通过以下来达到：布置处理器804以实行存储在存储器806中的计算机程序代码807A-807N的至少一些部分，使处理器804以及因此故障检测器控制单元800实现一个或多个如上所述的方法步骤。因此，处理器804被布置为访问存储器806并且从中检索任何信息并将其存储到那里。为了清楚起见，本文的处理器804指的是适合于处理信息和控制故障控制单元800的操作以及其他任务的任何单元。还可以使用具有嵌入式软件的微控制器解决方案来实现该操作。类似地，存储器806不仅限于某种类型的存储器，而是适合用于存储所描述的信息片段的任何存储器类型都可以应用于本发明的背景中。
通信接口808可以包括用于有线通信技术的天线和/或通信端口，例如，以太网或其他局域网(LAN)接口。在无线通信的情况下，接收器可以利用例如射频技术，诸如基于IEEE 802.15.4的
Figure BDA0001940485510000162
无线局域网络(WLAN)、全球移动通信系统
Figure BDA0001940485510000161
第三代(3G)、长期演进
Figure BDA0001940485510000163
技术。
图9示意性地示出了900处的根据本发明的实施方式的故障检测器10。故障检测器10可以包括故障检测器控制单元800，诸如例如图8中所示，或者可以包括能够被配置为实现根据本发明的实施方式的方法的至少一部分的单独处理器。故障检测器10可以包括电源连接装置905，直流(DC)或交流(AC)源可以连接到该电源连接装置以提供电力。故障检测器10可以包括DC/DC转换器910和/或AC/DC转换器，其能够转换来自适合于故障检测器10的源的电功率的特性。
根据本发明的实施方式，故障检测器10可以包括一个或几个输入。这些可以包括测量配电网络的电流920和/或电压920，诸如相电流920或电压920或相电流920或电压920之和，以及用于确定电功率、表观、有功和/或无功功率。可以存在被利用于对测量进行滤波的各种滤波器，诸如积分器型滤波器925。
根据本发明的实施方式，可以存在模拟到数字的一个转换器915或多个转换器915，其用于将模拟信号转换为数字信号以被馈送进入故障检测器控制单元800或单独处理器。还可以存在数字输入930，故障检测器10可以通过该数字输入被配置或重新配置。还可以存在用于数字输入930的一个接口设备935或多个设备935。
根据本发明的实施方式，故障检测器10可以包括用于辅助测量诸如电容电压测量940的连接装置，例如电容分压器。还可以存在用于外部单元801的连接装置945。还可以存在有线通信装置，诸如以有线方式的以太网连接950，例如通过RJ45连接器。故障检测器10还可以包括红外或其他这样的无线通信装置。
根据本发明的实施方式，故障检测器10可以包括一个或几个通信模块808，以便无线地或以有线方式与外部设备或系统通信。故障检测器可以被配置为使用各种协议，诸如IEC(国际电工委员会)61850标准、IEC60870-5-104标准中定义的，符合
Figure BDA0001940485510000171
或物联网(IoT)协议诸如远程无线协议
Figure BDA0001940485510000172
来进行通信。故障检测器10可以被配置为无线地或以有线方式将检测到故障的信号和/或未检测到故障的信号传输到网络管理系统。电力线通信(PLC)还可用于将信号传输到外部设备或系统。
故障检测器10可以与网络管理系统直接通信，或者可以通过路由器设备进行通信。路由器设备可以连接到若干故障检测器，并且例如服务于在某种特定区域中的所有故障检测器。根据实施方式，扩展单元可以连接到故障检测器或一个故障检测器或多个故障检测器。例如，在当需要比根据本发明的实施方式的故障检测器10包括更多测量时的情况下，可以使用扩展单元。在几条线从一个位置开始或将几个变压器布置到一个位置，然后其需要在一个位置使用多个故障检测器10的情况下，可能需要这样。然后可以通过扩展单元操作多个故障检测器。
根据本发明的一个实施方式，故障检测器10包括内部能量存储单元，诸如例如电池或超级电容器。根据另一实施方式，故障检测器10可以包括到备用电源的连接，这样的备用电源通常用于远程控制的断路器站中。根据又一个实施方式，故障检测器10可以具有到能量收集单元诸如例如光伏太阳能或风力发电系统的连接。还可以存在到备用电力系统的连接，诸如不间断电力供应(UPS)系统或包括例如燃料电池或辅助电力生成系统的系统，诸如连接发电机的往复式发动机和具有合适的电力转换单元的系统，例如，包括电力电子部件，以为故障检测器10提供电。
在图10中示意性地示出了本发明的一个实施方式，其中示出了布置在以径向配置操作的补偿配电网络中的多个位置的多个故障检测器10。
图10示意性地示出了根据本发明的实施方式的方法的操作。在图10中，通过使用单线图示出了补偿配电网络。故障检测器10通过使用通信接口808或其他通信装置950经由通信网络1010将检测到或未检测到的信号发送到网络管理系统1000。
根据本发明的实施方式，故障检测器10可以有利地被布置成非常接近配(电)变压器2，使得可以容易地获得低电压电源。故障检测器2还可以沿着线布置，而且到达架空线(到地下电缆接口)，其能够检测故障是在线的架空部分还是地下电缆部分。根据又一实施方式，故障检测器10可以被布置在远程控制的断路器站处，其通常具有辅助电力系统，该辅助电力系统在网络中的干扰的情况下包括备用电气电源。
根据依照本发明的方法的实施方式利用故障检测器10以通过利用网络管理系统1100或监控系统1100来定位故障，如图11所示。在图11中，以径向配置操作的补偿配电网络在地形图中示出。可以看出，线可以位于和/或穿过森林(用云杉的符号示出)。在网络附近可能存在道路(粗线)，在这种情况下，存在简单的方法来维护和检查网络状况。监控系统1100可以包括具有合适的用户界面和软件的一个或多个计算机1110。监控系统1100可以包括例如监督控制和数据采集(SCADA)系统、配(电)管理系统(DMS)或网络管理系统(NMS)或这些系统的至少一部分。
根据图11中的本发明的实施方式，故障检测器10中的每个的状态可以显示在地图上(在图11中不可见)或在监控系统1110的计算机上显示的其他图形/视觉呈现上。优选地，可以针对故障检测器10中的每个示出检测到或未检测到。然后可以通过由操作员推理或通过使用例如可以基于从故障检测器10接收的信号而自动定位故障的算法来执行故障的定位。
根据本发明的实施方式的监控系统可以包括至少一个计算机，其经由通信网络1010功能性地连接到故障检测器10，并且能够将控制信号发送到配(电)网络中的继电器和其他保护设备。计算机1110包括处理单元、存储器单元、通信单元和合适的用户界面以及合适的操作系统软件。监控系统还能够将信号发送到故障检测器10。监控系统1100实际上能够将修正的故障监控逻辑转移到故障检测器，诸如，例如用于相电流之和或其他参数的阈值，诸如操作模式，根据该操作模式可以将检测到或未检测到的信号发送到监控系统。
根据特定的实施方式，监控系统包括算法，该算法处理从故障检测器10接收的检测到和/或未检测到的信号，通过对故障检测器10进行分类或分组，基于例如特定的故障检测器10位于哪条馈线或网络的哪个部分上。因为故障检测器10已经布置在特定位置，所以可以为它们分配代表故障指示设备序列中的顺序的数字。通过比较检测信号和序列数字，该算法能够将故障的位置确定到网络的特定部分或区段。然后可以将位置信息直接转发给操作员或工作组，以便清除或修复网络的故障部分。
在上面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的适用性和/或解释。除非另有明确说明，否则在上面给出的描述中列举及成组提供的示例并非是详尽无遗的。

Claims (14)

1.一种用于检测三相配电网络中的故障(4)的方法，其特征在于，所述方法包括：
-确定在所述三相配电网络的位置处的零序电流(21C)、第一相电流(21A)和第二相电流(21B)，
-通过利用滤除频率分量的方式而从对应于所述配电网络的基频的所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流中去除所述频率分量，来确定(22)第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流(22)和第一滤波的第二相电流(22)，由此所述第一滤波的电流包括除了所述去除的频率分量之外的频率分量，
-确定(23)在第一时间段期间的所述第一滤波的零序电流的方向、所述第一滤波的第一相电流的方向(23)和所述第一滤波的第二相电流的方向(23)，
-将所述方向相对于彼此进行比较(24)，并且，如果所确定的方向中的至少一个相对于其他两个所确定的方向中的至少一个相反，
-发出检测到故障的信号(25)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定(22)所述第一滤波的电流之前，所述方法包括：
-通过相对于所述配电网络的所述基频对所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流进行滤波，来确定(62)第二滤波的零序电流、第二滤波的第一相电流(62)和第二滤波的第二相电流(62)，由此所述第二滤波的电流仅包括所述基频分量。
3.根据权利要求1所述的方法，在确定(22)所述第一滤波的电流之前，包括：
-基于所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流，来确定(62)负序电流，
-基于时间上在故障(4)之前和之后的所述负序电流的值，来确定(63)在第二时间段期间的所述负序电流的改变幅度，
-将所述改变与时间上在所述故障(4)之后的零序电流的值进行比较(64)，并且，如果相对于在所述故障(4)之后的所述零序电流的所述改变幅度超过第二阈值(65)，
-发出检测到所述故障的信号(66)。
4.根据权利要求2所述的方法，在确定(22)所述第一滤波的电流之前，包括：
-基于在第二时间段期间的所述第二滤波的电流，来确定(62)负序电流，
-基于时间上在故障(4)之前和之后的所述负序电流的值，来确定(63)在第二时间段期间的所述负序电流的改变幅度，
-将所述改变与时间上在所述故障(4)之后的零序电流的值进行比较(64)，并且，如果相对于在所述故障(4)之后的所述零序电流的所述改变幅度超过第二阈值(65)，
-发出检测到所述故障的信号(66)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，在确定在所述三相配电网络的位置处的所述零序电流(21C)、所述第一相电流(21A)和所述第二相电流(21B)之前，其中，所述方法包括：
-将零序电流的值与第一阈值进行比较，以及
-仅当所述零序电流的值超过所述第一阈值时，执行权利要求1-4中任一项所述的方法中的确定在所述三相配电网络的位置处的零序电流(21C)、第一相电流(21A)和第二相电流(21B)的步骤以及后续的步骤。
6.根据权利要求4所述的方法，在确定(22)所述第一滤波的电流之前，所述方法包括：
-基于对应于所述配电网络的所述基频的所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流的频率分量，或者基于所述第二滤波的电流，来确定在第三时间段期间的正序电流，
-将所述正序电流与第三阈值进行比较，并且，如果所述正序电流超过所述第三阈值，
-发出检测到故障的信号。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，包括：
-通过测量相电流之和来直接确定零序电流。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，确定在所述三相配电网络的位置处的所述零序电流(21C)、所述第一相电流(21A)和所述第二相电流(21B)包括：
-使用第一采样频率确定所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，基于使用第二采样频率确定所述零序电流(21C)、所述第一相电流(21A)和所述第二相电流(21B)，来确定以下中的至少一个：所述负序电流、所述正序电流。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，基于通过对所确定的所述第一相电流、所述第二相电流和零序电流(21A-21C)进行下采样而确定所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流，来确定以下中的至少一个：所述负序电流、所述正序电流。
11.一种故障检测器控制单元(800)，其特征在于，所述故障检测器控制单元(800)包括：
-至少一个处理器(804)，以及
-存储计算机程序代码(807A-807N)的至少一部分的至少一个存储器(806)，
其中，所述至少一个处理器(804)被配置为使得所述故障检测器控制单元(800)至少执行：
-确定在三相配电网络的位置处的零序电流(21C)、第一相电流(21A)和第二相电流(21B)，
-通过利用滤除频率分量的方式从对应于所述配电网络的基频的所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流中去除频率分量，来确定(22)第一滤波的零序电流、第一滤波的第一相电流(22)和第一滤波的第二相电流(22)，由此所述第一滤波的电流包括除了所述去除的频率分量之外的频率分量，
-确定(23)在第一时间段期间的所述第一滤波的零序电流的方向、所述第一滤波的第一相电流的方向(23)和所述第一滤波的第二相电流的方向(23)，
-将所述方向相对于彼此进行比较(24)，并且，如果所确定的方向中的至少一个相对于其他两个所确定的方向中的至少一个相反，
-发出检测到故障的信号(25)。
12.一种故障检测器(10)，其特征在于，所述故障检测器(10)包括根据权利要求11所述的故障检测器控制单元(800)，所述故障检测器(10)还包括：
-用于确定零序电流(3C)、第一相电流(3A)和第二相电流(3B)的装置，
-用于将所确定的所述零序电流、所述第一相电流和所述第二相电流输入到所述故障检测器控制单元(800)的装置，以及
-用于外部通信的装置(808)。
13.一种设备，其特征在于，所述设备包括若干根据权利要求12所述的故障检测器(10)，其沿着三相配电网络布置，用于基于通过若干故障检测器(10)中的至少一个并经由通信网络(1010)向网络管理系统(1000；1100)发出检测到故障(4)的信号，来检测所述配电网络中的故障。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序指令，当由根据权利要求11所述的故障检测器控制单元(800)实行所述程序指令时，使得所述故障检测器控制单元(800)执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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