通过计算行波到达时间使用行波进行故障定位的制作方法
【技术领域】
[0001] 本披露涉及基于行波计算电力线路上的故障位置。更具体地但并非排他性地，本 披露涉及用于使用各种用于分析与行波相关联的数据的技术来计算故障位置的多种技术。 附图简述
[0002] 参照附图描述了本披露的非限制性且非详尽的实施例，包括本披露的各个实施 例，在附图中：
[0003] 图1展示了与本披露的某些实施例相一致的一种用于检测行波并且使用所检测到 的行波来计算故障的位置的系统的框图。
[0004] 图2A展示了梯格图，示出了与本披露的各个实施例相一致的在由300英里 (482.8km)长的传输线路上的故障事件所引起的相对时间尺度之上的行波。
[0005] 图2B展示了与本披露的各个实施例相一致的作为随时间来自图2A中所展示的故 障的电流的函数的行波。
[0006]图2C展示了梯格图，示出了与本披露的各个实施例相一致的在远程终端与本地终 端处来自在400km长传输线路上的故障事件的行波。
[0007]图3A展示了与本披露的某些实施例相一致的在内部故障事件期间在线路终端处 所捕捉到的行波。
[0008] 图3B展示了用来捕捉图3A的波形的模拟滤波器的阶跃响应。
[0009] 图4展示了与本披露的某些实施例相一致的可用来确定故障事件的三个波形和一 个阈值。
[0010] 图6展示了与本披露的某些实施例相一致的应用到示出电流中的波峰的波形的低 通滤波器的输出。
[0011] 图7A展示了与本披露的某些实施例相一致的一种实现差分器-平滑器方式的波峰 估计系统的功能框图。
[0012] 图7B展示了故障与稳定下来的电流中的上升相关联的场景，连同图7A中所示出的 框图的部件的所产生的输出。
[0013] 图7C展示了与图7B中所展示的场景相比故障导致电流中的更慢上升的场景，连同 图7A中所示出的框图的部件的所产生的输出。
[0014]图7D展示了故障与稳定下来的电流中的上升相关联的场景，连同图7A中所示出的 框图的部件的所产生的输出。
[0015] 图8展示了与本披露的某些实施例相一致的拟合到一种使用差分器-平滑器的波 峰估计系统的输出的抛物线。
[0016] 图9展示了与本披露的某些实施例相一致的一种系统，该系统被配置成用于在行 波沿着电力传输线路传播时对该行波的分散进行补偿。
[0017] 图10展示了与本披露的某些实施例相一致的一种用于基于传输线路的已知分散 速率确定分散的方法的一个示例。
[0018] 图11示出了与本披露的某些实施例相一致的具有三个导线交叉的传输线路。
[0019] 图12A展示了电流波输入，该电流波输入在时间T上具有从0到振幅A的上升沿。
[0020] 图12B展示了与本披露的各个实施例相一致的差分器的输出，其中，输入是图12A 中所展示的电流波。
[0021] 图12C展示了与本披露的某些实施例相一致的平滑器的输出，其中，输入是图12B 中所不出的差分器的输出。
[0022] 图12D展示了与本披露的某些实施例相一致的图12C中所展示的经平滑的波形的 导数。
[0023] 图13展示了与本披露的某些实施例相一致的一种在具有已知阻抗不连续点的传 输线路上操作的故障定位系统，该故障定位系统可用来针对行波反射建立附加时间窗口。
[0024] 图14展示了与本披露的某些实施例相一致的一种用于使用行波估计故障位置的 方法的流程图。
[0025] 图15展示了与本披露的某些实施例相一致的一种用于检测故障并且使用行波估 计故障位置的系统1500的功能框图。 详细说明
[0026] 行波故障定位(TWFL)系统商业上可用于专用故障定位设备或作为包括在某些数 字故障记录器中的附加功能。在加拿大和美国的某些电力公共设施使用在公共设施内部开 发的TWFL系统以供内部使用。TWFL系统通常通过对来自故障的电流波形图或电压波形图 (也被称为事件报告)进行分析以事后方式来提供故障位置信息。可以使用来自传输线路的 一个终端或所有终端的波形图来对故障位置进行估计。多个终端TWFL系统使用电流样本或 电压样本(它们的相应时间戳根据协调世界时间（UTC)时间）来简化计算。这些系统从传输 线路终端获得事件并且使用运行软件的通用计算机来确定故障的位置。
[0027] 今天，大多数线路保护继电器使用基于阻抗的算法实时地提供故障位置估计。这 些算法使用本地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 来自两种终端的信息时，基于阻抗的故障定位估计的准确度可以在1.5%以内。此准确度可 以是线路长度的函数。在大多数应用中，此精度足以快速地定位具有长度20英里或更短的 线路中的故障。然而，此准确度对于长线路(例如，150英里的长度或更长)可能不是令人满 意的，因为即使较小的百分数误差也意味着有待巡逻的相对较长的物理距离。因此，公共事 业可能选择使用专用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英里之内。TWFL系统还适用于串联补偿线路，而基于阻抗的故障定位算法可能无法很好 地适用于这种应用。出于以上原因，在本行业中需要具有内置TWFL能力的保护继电器。
[0028] TWFL系统的限制之一为：当在故障位置处的故障前电压为零时，故障可能不会生 成行波。在这些环境中，基于阻抗的故障定位方法仍然可以定位故障。相应地，为了采集关 于行波的数据，可以采用连续的监测。根据某些实施例，将TWFL系统包括在内可以被集成到 连续地监测传输线路的保护继电器中。根据本文所披露的某些实施例可以实现的另一个益 处为：当存在内部线路故障时计算故障位置，从而在所监测的线路上不存在故障时避免让 人讨厌的故障定位警报。可以实现的附加益处为:保护继电器可以被应用到具有双重断路 器的终端上，并且在断路器之一不工作时提供故障位置信息。除了上述各项，本文的实施例 还可以实时地或以时间确定性的方式来计算故障位置。也就是，本文的实施例可以立刻提 供计算的故障位置，从而使得可以使用所计算的故障位置来采取保护动作。
[0029] 通过参考附图，可以最佳地理解本披露的实施例，其中贯穿本文，相同的部件由相 同的参考标号指示。容易理解的是，如在本文附图中总体上描述和展示的，所披露的实施例 的部件可以在各种各样的不同配置中安排和设计。因此，下面对本披露的系统和方法的各 个实施例的详细说明并不旨在限制所声明的本披露的范围，而是仅仅表示本披露的可能实 施例。此外，一种方法的步骤并不一定需要以任何特定顺序、或者甚至顺序地执行，也不需 要仅仅执行这些步骤一次，除非另有说明。
[0030] 在一些情况下，并未详细地示出或描述众所周知的特征、结构或操作。而且，在一 个或多个实施例中，所描述的这些特征、结构或操作可以通过任何适当的方式进行组合。还 容易理解的是，如在本文附图中总体上描述和展示的，实施例的部件可以在各种各样的不 同配置中安排和设计。
[0031] 所描述的实施例的若干方面将被展示为软件模块或组件。如本文所使用的，软件 模块或组件可以包括位于存储器装置内和/或作为电子信号在系统总线或有线网络或无线 网络上传输的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。举例而言，软件模块或组件可 以包括一个或多个计算机指令物理块或逻辑块，这些物理块或逻辑块可以被组织为执行一 个或多个任务或实现具体抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。
[0032] 在某些实施例中，具体的软件模块或组件可以包括存储于存储器装置的不同位置 中的不同指令，这些指令一起实现模块的所描述的功能。实际上，模块或组件可以包括单个 指令、或许多指令，并且可以分布在若干不同代码段上、不同程序当中、和若干存储器装置 上。一些实施例可以在由通过通信网络链接的远程处理装置执行任务的分布式计算环境中 实践。在分布式计算环境中，程序模块或组件可以位于本地和/或远程存储器存储装置中。 此外，在数据库记录中被绑定或提供在一起的数据可以驻留在同一个存储器装置中或者跨 若干个存储器装置，并且可以跨网络在数据库中的记录的多个字段中被链接在一起。
[0033] 实施例可以作为计算机程序产品来提供，该计算机程序产品包括其上存储有指令 的非瞬态计算机可读介质和/或机器可读介质，这些指令可以用来对计算机(或其他电子装 置)进行编程以执行本文所描述的过程。例如，非瞬态计算机可读介质可以存储有多条指 令，这些指令当由计算机系统的处理器执行时使得该处理器执行本文所描述的某些方法。 非瞬态计算机可读介质可以包括但不限于硬盘驱动器、软磁盘、光盘、CD-ROM、DVD-R0M、 ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光学卡、固态存储器装置、或适用于存储电子指令和/或处 理器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。
[0034] 图1展示了与本披露的某些实施例相一致的一种用于检测行波并且使用所检测到 的行波来计算故障的位置的系统1〇〇的框图。系统1〇〇可以包括生成系统、传输系统、分配系 统和/或类似系统。系统100包括导线106,如连接两个节点的传输线路。虽然为了简单起见 以单线路形式进行展现，系统100可以是多相系统，如三相电力传送系统。系统100由在系统 的两个位置处的IED 102和104所监测，虽然还可以利用其他IED来监测该系统的其他位置。 [0035] IED 102和104可以使用电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、罗哥斯基线圈等等来 获得电力系统信息。IED 102和104可以从公共时间源110接收公共时间信息。根据一个实施 例，IED 102和104可以被实施为线路电流差动继电器(例如，可从华盛顿州普尔曼市施瓦哲 工程实验（SEL)获得的型号SEL-411L)。
[0036] 公共时间源110可以是能够将公共时间信号传送至每个IED 102和104的任何时间 源。公共时间源的一些示例包括全球导航卫星系统(GNSS)，如传送与IRIG相对应的时间信 号的全球定位系统(GPS)系统、WWVB或WWV系统、基于网络的系统（如对应于IEEE 1588精确 时间协议)等等。根据一个实施例，公共时间源110可以包括卫星同步时钟（例如，可从SEL获 得的型号SEL-2407)。进一步地，应当指出，每个IED 102、104都可以与单独的时钟（如卫星 同步时钟)进行通信，其中，每个时钟为每个IED 102、104提供公共时间信号。公共时间信号 可以源自GNSS系统或其他时间信号。
[0037]数据通信信道108可以允许IED 102和104交换关于行波（除其他项外）的信息。根 据一些实施例，可以使用数据通信信道108将基于公共时间源110的时间信号分配给IED 102和104和/或分配于它们之间。数据通信信道108可以实现于各种介质内，并且可以利用 各种通信协议。例如，数据通信信道108可以利用物理介质(如同轴缆线、双绞线、光纤等)来 实施。进一步地，数据通信信道108可以利用通信协议(如以太网、S0NET、SDH等）以便通信数 据。根据一个特定实施例，通信信道108可以实施为64kbps双向通信信道。在进一步的实施 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）。
[0038] 两端故障定位方法(本文中可以称为D型方法)可以使用在沿