用于使用分布式通信来识别故障位置的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明的领域大体上涉及配电系统，并且更特定地，涉及确定配电系统中的故障 的位置。
【背景技术】
[0002] 接地故障是电气系统中的不可取状况，其中电流流向地面。接地故障在分配或传 输网络中的电流泄漏到它的规定流路外部时发生。大体上采用故障部件或传输线借助于关 联的断路器而自动断开这样的方式保护分配和传输网络以免受故障的影响。
[0003] 对于低压电力系统的一个接地策略是高电阻接地。在该电阻接地电力系统中，在 源电力变压器的中性与接地之间提供阻抗。该高电阻接地允许持续操作电力系统，即使在 单相接地故障的情况下也如此。然而，根据系统设计，为了准许这样的持续操作，应检测并 且定位接地故障来减轻电力系统中的过多电压应力并且还移除初始故障来消除相间系列 故障的出现。
[0004] 在至少一些已知系统中，高电阻接地故障的位置的识别需要对于出故障线路使用 便携式测量设备的手动搜索或相对复杂的中央控制模块。使用便携式测量设备可是相对耗 时且劳动密集型的。此外，使用中央控制模块在计算上可复杂且相对昂贵。
【发明内容】
[0005] 在一个方面中，提供用于定位配电系统中的故障的故障定位系统。该故障定位系 统包括：接地电阻器组件，其配置成响应于故障的检测而生成在接通期间与关断期间之间 交替的跟踪信号；和多个配电网络，其中该多个配电网络的第一配电网络配置成接收同步 消息(其包括接通期间和关断期间的定时)、基于该同步消息测量通过第一配电网络的电流 以尝试检测故障、当在第一配电网络处检测到故障时将故障检测消息广播到多个配电网络 的所有其他配电网络以及确定第一配电网络是否是故障位置。
[0006] 在另一个方面中，提供用于定位配电系统中的故障的配电网络。该配电网络包括： 通信模块，其配置成接收同步消息(其包括跟踪信号的接通期间和关断期间的定时）；电流 传感器，其配置成测量通过配电网络的电流；和处理器，其通信耦合于电流传感器并且配置 成基于测量的电流和同步消息来检测故障，其中通信模块通信地配置成在检测到故障时广 播故障检测消息，并且其中处理器进一步配置成确定配电网络是否是故障位置。
[0007] 在再另一个方面中，提供用于确定配电网络中的故障的位置的方法。该方法包括： 检测多个配电网络的第一配电网络处的故障；使用接地电阻器组件来生成跟踪信号，其中 该跟踪信号在接通期间与关断期间之间交替；将同步消息从第一配电网络传送到多个配电 网络的所有其他配电网络，其中同步消息包括接通期间和关断期间的定时；在每个配电网 络处基于同步消息来测量电流以尝试检测故障；从检测到故障的至少一个配电网络广播故 障检测消息；以及确定该至少一个配电网络是否是故障位置。
【附图说明】
[0008] 图1是示范性接地故障定位系统的电路图。
[0009] 图2是在图1中示出的接地故障定位系统的简化图。
[0010] 图3是用于定位在图1和2中示出的配电系统中的故障的示范性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011] 提供故障定位系统的示范性实施例。接地电阻器组件响应于故障的检测而生成跟 踪信号，其在接通期间与关断期间之间交替。多个配电网络利用分布式通信来识别故障位 置。例如，检测到故障的任何配电网络可将故障检测消息广播到所有其他配电网络。
[0012] 图1是三相高电阻接地配电系统102的示范性接地故障接地定位系统100的电路 图。接地故障定位系统100包括多个电流传感器104、106、107、108、120、122和124以及耦 合于三相配电系统102的至少一个电压传感器126,用于分别测量瞬时电流和瞬时电压的 值。在示范性实施例中，电流传感器104、106、107、108、120、122和124是电流互感器，其配 置成生成代表通过每个相的瞬时电流的反馈信号，并且电压传感器126是电压互感器，其 适于测量从相到中性的瞬时电压。备选地，电流传感器104、106、107、108、120、122和124 和电压传感器126每个可以是任何类型的传感器，其使接地故障定位系统100能够如本文 描述的那样起作用。
[0013] 在示范性实施例中，三相配电系统102包括电力变压器128,其具有输入侧130和 输出侧132。电力变压器128包括三个相（S卩，第一相134、第二相136和第三相138)，其在 该实施例中在输入侧130处采用△配置并且在输出侧132处采用Y配置耦合。在电力变 压器128的输出侧132处的接地线140使用接地电阻器142接地。接地电阻器142配置成 减少接地故障电流，使得三相配电系统102可以在定位故障时维持操作。在图1中示出的 实施例中，传感器124配置成测量流过接地电阻器142的电流。备选地，在一些实施例中， 传感器124是电压传感器，其配置成测量跨接地电阻器142的中性到接地电压。
[0014] 测试信号生成装置144跨接地电阻器142的部分耦合并且配置成将测试信号或跟 踪信号引入三相配电系统102内。在一个示例中，测试信号是在期望间隔生成的脉冲信号。 在另一个示例中，测试信号是以与三相配电系统102所分配的电流的频率不同的频率的单 音信号。在图1中示出的实施例中，测试信号生成装置144是提供以在三相配电系统102 中生成脉冲信号的开关。接地电阻器142通过闭合开关以在期望间隔生成脉冲信号而定期 部分短路。在备选实施例中，测试信号生成装置144可以是电流源，其配置成以与电流的基 频不同的频率将零序电流注入三相配电系统102。
[0015] 如图示的，电力变压器128的三个相134、136、138耦合于多个三相分配网络146、 148、149、150、152和154。在图示的实施例中，电流传感器104、106、107、108、120和122分 别耦合于分配网络146、148、149、150、152和154。备选地，任何数量的电流传感器可用于准 确定位系统102中的接地故障，如本文描述的。此外，在适当情况下，每个分配网络提供有 断路器156,以及其他保护装置。还图示另一个分配网络158,其耦合于电力变压器128。电 压传感器126经由限制到电压传感器126的电流的一组保险器160而耦合于分配网络158。 电压传感器126配置成测量系统102中相到中性电压。
[0016] 来自电流传感器104、106、107、108、120、122和124和电压传感器126的模拟信号 可转换成数字信号。如下文论述的，被监测电流值可通过相量分析来处理以去除与通过电 力变压器128的中性接地电阻器142异相的电容性电流。当存在时，接地故障定位在检测到 测试信号或跟踪信号所在的位置与未检测到系统102中的测试信号所在的下游位置之间。 系统102便于定位和隔离接地故障，如本文描述的。
[0017] 图2是接地故障定位系统100的简化图。如在图2中示出的，接地电阻器组件202 包括接地电阻器142、测试信号生成装置144和电流传感器124。组件202还包括控制模块 204,其耦合于测试信号生成装置144。控制模块204控制测试信号生成装置144以在期望 间隔生成脉冲信号，如本文描述的。
[0018] 如本文描述的，每个分配网络146、148、149、150、152和154是彼此通信耦合以便 于通过三相配电系统102控制配电的部件的集合。在示范性实施例中，分配网络146、148、 149、150、152和154分别包括电流传感器104、106、107、108、120和122,以及断路器156。 此外，在示范性实施例中，每个分配网络146、148、149、150、152和154包括处理器210、存 储器装置212和通信模块214。处理器210、存储器装置212和通信模块214便于处理数据 和在分配网络146、148、149、150、152和154之间提供通信来识别故障位置，如本文描述的。 配电网络146可称为主配电网络，并且配电网络148、149、150、152和154可称为支线配电 网络。
[0019] 处理器210可通过将操作编码为一个或多个可执行指令并且通过在存储器装置 212中提供可执行指令而编程。处理器210可包括一个或多个处理单元(例如，采用多核配 置)。此外，处理器210可使用一个或多个异构处理器系统(其中主处理器与辅处理器一起在 单芯片上存在）来实现。作为另一个说明性示例，处理器210可以是对称多处理器系统，其 包含相同类型的多个处理器。此外，处理器210可使用任何适合的可编程电路来实现，其包 括一个或多个系统和微控制器、微处理器、精简指令集电路（RISC)、专用集成电路（ASIC)、 可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA)和能够执行本文描述的功能的任何其他电路。
[0020] 在示范性实施例中，存储器装置212是使信息(例如可执行指令和/或其他数据） 能够被存储和检索的一个或多个装置。存储器装置212可包括一个或多个计算机可读介 质，例如而无限制地，动态随机存取存储器（DRAM)、静态随机存取存储器（SRAM)、固态盘和 /或硬盘。存储器装置212可配置成无限制地存储应用源代码、应用对象代码、感兴趣的源 代码部分、感兴趣的对象代码部分、配置数据、执行事件和/或任何其他类型的数据。
[0021] 通信模块214便于在分配网络146、148、149、150、152和154之间传送和接收数 据。通信模块214可使用任何适合的通信介质传送和接收数据，其包括但不限于有线(例 如，以太网）和/或无线网络、铱卫星网络、无线电、3G、控制器导频数据链路（CPDL)和战术 数字信息链路（TADIL)。在一些实施例中，通信模块214使用根据IEC61850的协议来传送 和接收数据。
[0022] 图3是图示用于定位配电系统102 (在图1和2中示出）中的故障的示范性方法 300的流程图。起初，主配电网络146检测302 (例如，使用电流传感器104)配电系统102 中的接地故障。故障可以是例如第一相134、第二相136和第三相138中的一个短路到接地 线 140〇
[0023] 在检测302到故障时，控制模块204生成304跟踪信号，其可以用于确定故障的位 置，如本文描述的。在示范性实施例中，为了生成304跟踪信号，控制模块204控制测试信 号生成装置144以选择性地使接地电阻器142部分短路，从而生成脉冲信号。例如，接地电 阻器142可每10秒持续一秒地短路一次。即，测试信号生成装置144在持续一秒接通(在 本文称为"接通期间"）与持续九秒关断(在本文称为"关断期间"）之间交替。备选地，跟踪 信号可使用使方法300能够如本文描述的那样确定故障位置的任何技术来生成304。例如， 在一些实施例中，以与配电系统102所分配的电流的基频不同的频率的零序电流跨接地电 阻器142注入来生成304跟踪