专利名称：方向性故障电流指示器的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及配电网中的故障检测领域。
背景技术：
监控三相供电馈电线(导线)以检测配电网的配电线上的电力故障状况。 为了消除或者修复诸如短路之类的这些故障，首先确定故障位置是重要的。在 传统的架空配电系统中存在正常的功率通量方向，而相反方向的功率通量(逆 功率通量)仅仅用于应急用途。反向功率通量往往为系统操作人员所知，并且 在系统运行和维护中予以考虑。
然而，故障定位任务在诸如城市和地下配电网之类的网络化配电系统中是 复杂的，因为通过特定线路的功率通量的方向可以随着时间的流逝响应于负载 和源的改变而改变。因为任何时候都不知道功率通量的方向，使用传统的非方 向性故障指示器来确定故障位置是有问题的。
在地下网络检测和定位故障会遇到其它问题。反馈电流使故障检测和定位 变得复杂。网络保护装置运行可能不一致，在故障修复之后一些保护装置可能 并没有关闭。这一失败的运行可能使一些网络段未通电并且未被报告。地下网 络中的导线之间的相对较短距离及其伴随的干扰也使故障检测变得复杂。
因此，需要一种经改进的方向性故障指示器，用于在典型的功率波动和功 率通量方向改变的情况下检测配电网中的故障方向。
为了縮短在地下网络上恢复电力所需的时间，该网络在己知位置包括接合 点。每个接合点是在水下或者地下的接入点，具有大约1至11个在该接合点
6向网络供电的三相主馈电线。每个接合点也可以接入独立于供电相导线上的电
力的120VAC源。
在下列参考附图的描述中对本发明各实施方式予以说明，在附图中 图1是示出了本发明的经改进的方向性故障电流指示器装置的框图； 图2示出了用于确定电压波形和电流波形之间相位关系的代表性电压波形和 代表性电流波形；
图3是示出了图1的方向性故障电流指示器装置的运行示例的状态图4是示出了图1的方向性故障电流指示器装置的相角关系学习模式的状态
图5是供图1的方向性故障电流指示器装置使用的x-y平面上的相角表示。 根据惯例，各种所述特征并不是按比例绘制的，而是绘制用于强调与本发明相 关的具体特征。相同的参考标记在全部附图和文本中表示相同的元件。
具体实施例方式
在详细描述与方向性故障电流指示器相关的特定方法和装置之前，应当注 意，本发明主要在于元件和过程步骤的新颖、非显而易见的组合。为了不使对 于本领域技术人员来说显而易见的细节混淆本发明，某些常规元件和步骤以较 少的细节呈现，而附图和说明书更详细地描述与理解本发明有关的其它元件和 步骤。
以下实施方式不旨在限定本发明的结构或者方法，而只是提供示例性解 释。这些实施方式是许可的而不是强制的，是说明性的而不是穷尽的。
本发明的方向性故障电流指示器检测电力系统网络(包括网络化或者网状 电力系统网络)上故障的发生及其方向，在该电力系统网络上故障的方向与故 障电流指示器的感测位置有关。故障的大致位置在指示前向(其中前向是指电 流的方向)故障的故障电流指示器和未指示前向故障的下一个最近的故障电流 指示器之间确定。从而将故障定位在两个故障电流指示器之间。
根据本发明的故障识别以及故障方向的确定需要两个条件。首先，电流量 必须大于预定的故障指示电流量。其次，实时负载电流和实时基准电压之间的 相角差必须在负载电流和基准电压之间预先确定(或者记忆)的相角差的指定角度范围内。
在稳态电流(即，最小周期内的恒定功率通量方向)期间，通过确定负载 电流波形和基准电压波形之间的相角差以及存储(记忆)该相角差来确定所记 忆的相角差。该相角差与电流的方向有关(当以后再次记忆相角差时，该电流 方向可以改变)。
在一个实施方式中，指定的角度范围是大约±75度。记忆相角关系并且将
所记忆的值与实时相角相比较可以正确识别故障方向并且避免误报警(尤其是 那些因反馈电流引起的误报警)。
本发明装置的确定地下网络上的故障的方向的能力尤其重要。故障电流指 示器装置通常被安装在网络接合点或者可以方便地接入地下配电网的任何位 置。对该装置的使用不限于网状配电网，而可以有利地用于任何配电网。利用 所记忆的相角差指示稳态电流，当故障发生时电流的方向或者负载电流和基准 电压之间的相位关系可以在本发明的一个或者多个故障电流指示器处改变。
在指示前向故障的第一方向性故障电流指示器装置(即，故障在第一装置 的前面(相对于功率通量的方向))和未指示前向故障的第二装置(即，故障 在第二装置的后面)之间确定故障的方向。第一装置处的实时相角差将在所记 忆的相角差的指定角度范围之内，并且将指示前向故障。第二装置处的实时相 角差将在所记忆的相角差的指定角度范围之外，并且因未指示前向故障而被忽 略。
可以将故障指示器安装在每一相导线的接合点或者网络接入点，从而允许 在特定相导线上进行故障检测。
当向一段电力网提供电力的馈电线用比最小负载电流(在一个实施方式中
是5A，但是可根据系统操作员说明书、负载状态和电力系统操作参数选择或者 编程)大的负载电流供电时，启动稳定周期(在一个实施方式中是2秒，但是 可根据系统操作员说明书、负载状态和电力系统操作参数编程或者选择)。稳 定周期为因电气设备启动产生的不需要的线路瞬间电脉冲或者电流浪涌衰减 到零或者接近零留出了时间。小于最小负载电流的电流值通常太小而不认为是 有效的负载电流也不能有效地指示空载状态；在这些情况下，不确定所记忆的 相角差。
在稳定周期结束之后，并且由被监控的相导线所运载的负载电流连续等于 或者超出最小负载电流，本发明的故障电流指示器确定并且存储(即，记忆)负载电流和基准电压之间的相角差。根据一个实施方式，基准电压提供电力以 运行本发明的故障电流指示器。
只要在负载电流丢失之后恢复最小负载电流(即，当负载电流降到最小负 载电流之下经过预定时间时便发生负载电流丢失)，本发明的装置就记忆相角 差。该装置启动稳定周期并且在稳定周期结束之后记忆相角差。通常，选择预 定时间来识别不会导致需要重新记忆相角差的负载电流方向改变的暂时故障 状态。该装置在手动或者自动复位时也记忆相角差。
在已经确定并且存储所记忆的相角差之后，在利用稳态电流(在一个应用
中是大约300A,但是无论如何都大于最小负载电流)操作期间指示器确定实时 电流和基准电压之间的实时相角差。指示器将实时相角差与所记忆的相角差相 比较，并且确定实时相角差是否在由所记忆的相角差加上预定值和所记忆的相 角差减去预定值所限定的范围内。在一个实施方式中，这两个预定值均为大于 约75度。
如果实时相角差在所限定的范围(当绘制在x-y平面上时，由所记忆的相 角差加和减75度所限定)之外，那么视其为反馈电流(即，反向电流)而忽 略该情形。反馈电流通常产生大约180度的相角差。在±75度角度范围之外的 实时相角差可以指示功率通量是来自另一方向或者来自不同的源。
如果故障发生在相导线A上，那么来自邻近相导线B和C的干扰可以产 生可能的误报警，如果在相导线B和C之一上运载有大电流(例如，4000A) 尤其是这样。将相角范围设置在±75度使得因这种干扰状态产生的误报警的可 能性最小化。
通常，±75度的角度范围提供足够的余地来包括所有负载状态、故障阻抗、 线路阻抗以及来自邻近相导线的谐波扰动。本发明的发明者们确定，大约±75 度的角度范围提供位于装置下游的前向故障的可靠指示，但是在该范围之外的 相差可能倾向于错误指示和/或指示反馈状态。认识到由三相导线所运载的电流 有120度的相差，±75度的范围应当提供可接受的邻近相导线抗扰度，即来自 最近的相导线的干扰。该范围也与常规故障的稳态功率通量方向相一致。人们 将会意识到其它范围(例如，±70度到大约±80度)可用于各种应用。对于特 定的城市地下电力网，由于该网络中所经受的功率通量变化，±75度的范围被 认为是有利的。
如果在故障电流被检测到时实时相角差在所记忆的相角差的±75度的范围内，那么本发明的装置指示功率通量前向的故障(称为事件)。
除在启动和刚进入正常操作模式时确定所记忆的相角差之外，还可以编程
或者设置本发明的指示器装置以在任何期望的时间间隔确定所记忆的相角差。
例如，只要负载电流改变(除超过故障指示负载电流的负载电流的改变之外)
就可以确定所记忆的相角差。
另外，可以编程或者设置指示器装置以连续地或者在任何期望的间隔确定
实时相角差并且将该值与所记忆的相角差相比较。在一个实施方式中，仅仅在
负载电流超出故障指示负载电流时，例如，根据一个实施方式是1200A，才确 定实时相角差并且将其与所记忆的相角差相比较。
图5示出了在x-y平面上表示所记忆的相角差3的直线2，其中x轴表示0 度(或者360度)相角，而y轴表示90度相角。4A区域从直线2延展到直线 5;直线5表示所记忆的相角差3加上75度。4B区域从直线2延展到直线6; 直线6表示所记忆的相角差3减去75度。由此区域4A和4B限定从所记忆的 相角差3±75度的区域。在区域4A或者4B内的实时相角指示在被监控的相导 线上的由本发明的方向性故障电流指示器所确定的可能故障。换句话说，当实 时相角差在所记忆的相角差75度内(即，±75度)时指示可能的故障。
区域9从直线5逆时针延展到直线6。区域9内的相角因指示反馈(逆) 电流而被忽略。
参照图1，方向性故障电流指示器装置IO包括至少一个传感器12a和与该 传感器12a相耦合的控制器14。传感器12可被配置为感测导线的电状态(例 如，电流或者电压)。例如，在三相配电方案中导线可以包括第一导线16a， 图1中称其为导线"A"。在图1中被标记为"B"和"C"的导线16b和16c 可以分别传导两相和三相电流。在一个示例性实施方式中，传感器12a可被配 置为感测表示在导线16a中流动的电流18a的电流波形，并且产生表示该电流 波形的电流信号20a。
装置IO可以包括附加传感器12b和12c，用于感测诸如所示三相配电网的 相应导线16a和16c之类的其它导线的电状态。例如，传感器12b和12c可被 配置为感测表示在相应导线16b和16c中流动的电流18b和18c的电流波形， 并且产生表示该相应电流波形的相应电流信号20b和20c。信号20b和20c被 输入到控制器14。
在一个实施方式中传感器12a、 12b和12c包括电流互感器。或者，传感器12a、 12b和12c包括提供在相应的三相导线16a、 16b和16c上运载的电流的 波形(包括振幅)信息的其它电流传感器。
控制器14也响应于经由电压传感器22表示来自独立电压源21的电压波 形的信息。尽管来自电压源21的电压被示为与导线16a、 16b和16c上的电压 无关，但是在另一个实施方式中它可源自导线16a、 16b和16c中一条或者多条 导线上的电压。在一个实施方式中该被监控的电压可以是与三相导线A、 B和 C上所运载的电压无关的AC电压(例如，120VAC)。注意，只是所记忆的(即， 无故障状态)相角差(即，基准电压的相角和感测电流的相角之间的差)与实 时或者被监控的相角差之间的差确定如由本发明的装置所指示的故障的存在。 因此，并没有要求基准电压与相导线A、 B和C中一条或者多条上的电压相关， 也没有要求基准电压的大小是120VAC。在一个示例性实施方式中，传感器22 可以包括电压互感器，用于提供表示电压源21的电压波形的信号24。
例如，在导线16a、 16b和16c上启动电感负载可以改变实时相角差。然而， 所记忆的/存储的相角差附近的选定角度范围考虑到这些改变，并且允许方向性 故障电流指示器更准确地确定故障的方向。
控制器14在第一操作模式中是可配置的，以便于确定并且存储(记忆) 由电压传感器22所感测的电压和由传感器12a、 12b和12c中的一个(或者多 个)所感测的负载电流之间的相位关系。
控制器14在第二模式中是可配置的，以便于监控基准电压和负载电流之 间的实时相角差(也被称为被监控的相角差)。实时相角差和所记忆的相角差 之间的关系，与检测故障指示电流相结合，可以指示网络故障并且允许本发明 的装置确定该故障的方向。
在第一和第二操作模式中，控制器14均处理信号20a、 20b和20c (表示 电流)中至少一个和信号24 (表示电压)以确定相位关系，并且根据该值确定 电压故障状态是否存在于导线16a、 16b和16c中的一条或者多条上。控制器 14在第二或者监控模式中的操作频率或者引起控制器14在第二模式中操作的 条件可以由系统操作员编程或者选择。
控制器14可以采用对可执行指令进行操作的处理器或者计算机，接收输 入信号或者数据、处理该数据、执行指令以及生成适当输出信号的数字或者模 拟控制系统或者另一设备的形式具体化。控制器14可被配置为具有适当的控 制模块和数据库以执行本发明的各个方面。在本发明的其它实施方式中，也可以要求确定B和/或C相导线上的故障 状态。因此可以针对每个相导线A、 B和C记忆不同的相位关系，该相位关系 反映在相导线A、 B和C上运载的电流之间的相差。在这些实施方式中，有必 要确定B和/或C相导线上的电流和基准电压之间的记忆相角差。这些实施方 式需要使用本发明的两个附加的故障指示器，或者具有监控所有三条相导线上 的记忆相角差和实时相角差的能力的单个故障指示器。
在一个示例性实施方式中，控制器14可被配置为确定电流信号20a、 20b 和20c中的至少一个和来自电压传感器22的电压信号24之间的相位关系。例 如，如图2所示，控制器14可被配置为在第一或者记忆模式中识别电流波形 34(由信号20a表示)的零交叉36，识别电压波形38的零交叉40以及确定零 交叉36和40之间的记忆相差42。记忆相差42可以存储在可由控制器14访问 的存储器26 (见图1)。在一个示例性实施方式中，存储在存储器26上的所 记忆的相角差可以实时或者接近实时地更新。
在确定并且存储所记忆的相角差42之后，控制器14可以进入第二或者监 控模式连续地或者周期性地(但是通常是相对频繁地)监控电流以确定来自电 压传感器22的信号24和被监控的电流(信号20a、 20b或者20c)之间的相差， 以便确定这两个信号之间的实时差是否与所记忆的相差及其大小不同。
另外，控制器14也可以例如通过基于电流波形34计算RMS电流值来确 定被监控的相电流的大小，以便确定故障指示电流的存在。所确定的电流大小 可用于区别正常电流电平和指示故障状态的不正常(故障)电流电平。
为使本发明的装置指示故障，所记忆的相角关系和被监控的或者实时相角 关系之间的差必须在指定角度范围内，并且所确定的电流大小必须超出表示故 障电流的故障指示电流值，诸如在一个实施方式中是1200A。实用系统操作员 通常基于负载状态和其它系统操作参数建立故障指示电流。
在另一实施方式中，经过某些时间间隔的感测电流波形的特性可用于识别 故障状态。例如，在预定时间间隔(例如大约50毫秒)电流增加(例如增加 大约100安培或者更多)的速率可用于识别电位故障。如果这种电流特性继之 以在诸如大约60秒的另一预定时间间隔内电流减小到诸如5安培的最小电平 之下，那么可以宣告出现故障状态。在这一实施方式中不考虑相角差。
返回图1，控制器14也可以提供指示信号28用于操作指示器30来表示故 障状态。指示器30可以包括诸如闪光LED (每分钟闪烁30次以指示故障)之类的光源、另一个视觉指示器或者音频指示器。指示器30可以被安置为紧邻 控制器14和/或传感器12a、 12b、 12c，或者在诸如警告适当的维护人员存在故 障以及需要对故障进行可能修复的集中维护或者服务中心之类的相关位置。
在另一实施方式中，指示信号28可被提供给监控与数据采集(SCADA) 系统，该系统经由远程终端SCADA (RTU) 32与电力网相关联。在这一实施 方式中，控制器14关闭SCADA触点以指示故障并且启动远程监控。
在又一实施方式中，诸如射频或者红外发射机之类的无线发射机31将指 示信号28传送到远程接收器(未示出)，诸如在用于警告适当的维护人员需 要维修故障的集中维护或者服务中心处的远程接收器。或者，该消息可以从发 射机31传送到移动的、便携式的或者蜂窝式电话或者传送到消息传送系统。
指示器30也可被配置为响应于指示信号28而显示指示装置10操作模式 的标记，例如在确定所记忆相位关系的记忆模式期间。例如，可以将LED的闪 烁周期和/或频率用于指示各种操作模式或者网络状态。
图3是示出了用于执行上述方法的图1的装置10的示例性操作的状态图44。 通常，图3 (和图4)状态图的逻辑表达解释了不同于较长时间断电(在一个实施 方式中是超过大约5分钟)的负载电流的短暂丢失(在一个实施方式中是少于大约 5分钟的丢失，并且在一个实施方式中是小于大约5A的负载电流)。前一情形指 示需要修复的持续的(持久的)故障以及延长的故障指示周期(即，由本发明的故 障电流指示器所提供的指示)。
装置10—初始化，控制器14就进入正常操作状态46。如箭头47所示，当将 电压施加到装置10时装置10加电，或者在故障状态清除之后通过诸如磁性激活人 工复位之类的人工复位操作，可以将控制器14初始化。在后一情形中，技术人员 使用磁性复位设备或者磁铁手动地复位(从而初始化)装置10。具体地，技术人 员按住复位设备贴近该设备上的复位标记大约一秒钟。在一个实施方式中，该装置 上的LED照亮以指示复位状态。其它实施方式包括不同的复位指示。
如从跳闸状态54到正常状态46的箭头49所示，装置也可以在预定时间间隔 终止之后从故障状态识别进入正常状态46。在一个实施方式中该预定时间间隔是 大约10小时。通常，当进入正常状态时重新记忆所记忆的相角差。
如果在所分配的时间内没有修复故障状态，则当装置返回正常状态46时故障 再次被指示并且返回到跳闸状态54。
一进入正常状态46，装置10就感测电流，例如，图1的导线16a中的电流18a。如果该电流大于预定的最小负载电流，那么该装置将如此处所述地记忆相角差。通 常在记忆相角差之前，控制器允许任何初始瞬值状态衰减到零或者接近零而不指示 故障状态。
如果负载电流小于最小负载电流，那么将不记忆相角差并且控制器14从正常 状态46移动到空闲状态48。应当理解，预定的最小电流可以基于系统操作员要求 和/或网络操作参数来设立，并且可以在装置安装之后调整。在示出的实施方式中 预定的最小负载电流是大约5A。
如果处于空闲状态48时电流在整个空闲周期内(例如在一个实施方式中是大 约5分钟) 一直小于预定的最小电流，那么控制器14进入空闲低状态52。在空闲 状态48和空闲低状态52的空闲周期期间，装置10忽略可因网络启动、修理或者 在网络中增加或除去馈电线或负载所引起的任何不稳定的负载状态。
在预定的时间间隔，装置10确定负载电流，并且如果负载电流小于最小负载 电流则保持在空闲低状态52。在电流持续小于预定的最小负载电流时，没有必要 激活本发明的装置。
在处于空闲低状态52时，如果负载电流增大为大于最小负载电流值，那么控 制器14进入保持(或者稳定)状态53。如果电流持续超过最小负载电流达保持周 期(在一个实施方式中是5分钟)，那么控制器14退出保持状态53并且进入正常 状态46。如果电流没有在整个保持周期内都超过最小负载电流，那么控制器14通 过路径80返回空闲低状态52。
一进入正常状态46，控制器14就记忆感测电流和基准电压之间的相角关系。 注意，因为与保持状态53相关联的保持周期，当从保持状态53进入正常状态46 时通常并不需要稳定周期。
返回空闲状态48，如果电流增大为在空闲状态48期间的任何时刻都大于最小 负载电流值，那么控制器14移到空闲高状态50。状态50包括预定的稳定周期(在 一个实施方式中是大约2秒)以允许由诸如电动机启动器的浪涌电流导致的瞬态电 流衰减。在稳定周期之后，控制器14进入正常状态46。但是在这一进入路径上感 测电流和基准电压之间的相角差并不是一进入正常状态46时就被记忆。因为负载 电流仅在短暂的瞬变周期丢失，所以该装置假定没有导致需要重新记忆的负载电流 方向流的事件发生。例如，负载电流降到5A之下少于5分钟可能是由诸如负载启 动瞬变现象引起的。 如上所述，通常一进入正常状态46就记忆相角差。在记忆相角差之后，举例来说，控制器监控诸如相导线16a之类的相导线上的负载电流。如果所监控的电流 超过诸如大约1200安培的预定的故障指示电流大小，并且实时监控的相角(负载 电流和基准电压之间的相角)在所记忆的相角加上或者减去75度内，那么控制器 14进入指示前向故障状态的跳闸状态54。本发明的装置10通常不解扣断路器以隔 离故障，而是提供故障指示。本领域的技术人员认识到故障指示电流大小可以基于 系统操作员设置方向性故障电流指示器而设立和/或可以在稍后调整，诸如在装置 安装之后。
在控制器14处于跳闸状态54时，如果感测电流的电平降到预定的最小负载电 流之下，那么这一状态可以指示负载电流已被去除以修复故障或者已开启自动开关 来试图清除故障。响应于降到最小负载电流之下的负载电流，控制器14进入空闲 状态56，在一个实施方式中空闲状态56具有大约5分钟的持续时间。
如果电流在整个空闲状态56期间一直小于最小负载电流，(例如，归因于自 动开关的活动)，那么控制器14进入跳闸等待高状态58 (即，装置仍然处于跳闸 状态，但是在等待大电流(比最小负载电流大的电流))。
如果在空闲状态56期间的任何时刻电流都超过最小负载电流，那么控制器14 返回跳闸状态54。
当处于跳闸等待高状态58时，如果装置感测到指示负载状态的较大电流，诸 如比最小负载电流大的电流大小，那么控制器移到正常负载电流恢复和保持状态 60。
如果电流在与状态60 (也称为稳定周期)相关联的保持周期内一直大于最小 负载电流，那么控制器14返回正常状态46。在一个实施方式中，保持或者稳定周 期为大约15分钟。 一进入正常状态46，装置就重新记忆相位关系。
当处于状态60时，如果在任何时刻电流都超过故障指示电流大小，那么控制 器14经由转换路径62返回跳闸状态54。
装置保持处于跳闸状态54，除非负载电流降到最小负载电流之下导致控制 器14转换到空闲状态56。当故障发生时启动复位周期(例如，启动计时器)。 在复位周期结束时，控制器14自动复位装置以去除跳闸状态指示。复位时间 可编程，在一个实施方式中是大约10小时。另外在复位周期结束时装置通过 路径49返回正常状态46，并且重新记忆负载电流和基准电压之间的相角。
在故障未能在10小时的周期内清除或者修复的情形下，该周期一终止并 且返回正常状态46，就将再次检测并且指示故障。控制器14返回跳闸状态54。如果在故障复位周期结束之前清除或者修复故障状态，那么装置可以通过 如上所述的磁性复位过程人工复位。
图4是示出了图1的装置10的示例性相位关系记忆模式操作的状态图63。 在一个实施方式中，记忆模式响应于某种感测状态和/或响应于诸如如上所述的 复位之类的初始化程序而自启动。图3描述了将操作返回正常状态46的各种 状态转换；在大多数情况下，在正常状态46开始时装置记忆或者重新记忆负 载电流和基准电压之间的相位关系。
为了开始记忆，控制器14最初可以进入并且保持在小电流状态68直至电 流超过诸如5A的最小负载电流。当电流大小超过该值时，控制器14可以进入 取原始样本状态66，以确定感测电流的相角和基准电压的相角之间的相角差是 否在预定的试验相角差范围内。在一个实施方式中试验相角范围为大约10度。 可以由系统操作员调整试验范围以反映网络操作参数。当相角差在预定的试验 范围内时，控制器14经由路径67进入记忆状态64。如果在记忆状态64期间 (在一个实施方式中是大约2秒)相差保持在试验相角差范围内，那么控制器 14存储该相角差并且进入记忆完成状态70。
当处于记忆状态64时，如果感测电流的相角和基准电压的相角之间的相 角差超过试验相角差范围，那么控制器经由路径72返回取原始样本状态66。
当处于记忆状态64时，如果负载电流降到最小负载电流(例如，在一个 实施方式中是5A)之下，那么控制器返回小电流状态68。
在网络电力系统中修复故障可能花费数天的时间，因此系统操作员可以从 不同的源发送电流直至故障修复。该源可能产生与故障前电流的方向相反的电 流。本发明的装置通过记忆负载电流和基准电压之间的相角差并且将该相角差 用于确定是否指示故障而避免了这一情况。
上述的各种时间间隔(例如，保持时间、稳定时间、复位时间、空闲时间) 因由特定电力系统网络确定而仅仅是示例性的。网络操作员或者制造商可以改 变这些时间以匹配特定网络的参数。因此在本发明的其它实施方式中这些时间 间隔可以不同。
尽管本文示出并且描述了各种实施方式，但是很明显提供这些实施方式仅 仅作为示例。例如，可以预见，本文所述的方向性故障指示器可用于地下和架 空配电网。可以做出许多变型、改变和替换，诸如将上述的时间间隔或者电流 值大小改变。
权利要求
1.一种用于识别与配电网的电力线导线相关联的故障状态的方法，所述方法包括确定由所述导线所运载的负载电流大于最小负载电流值；确定所述负载电流和源信号之间的所记忆的相角关系；存储所述所记忆的相角关系；确定所述负载电流和所述源信号之间的实时相角关系；以及当所述实时相角关系在所述所记忆的相角关系的预定数值的角度内时并且当所述负载电流超出故障指示电流值时指示故障状态。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最小负载电流值和所述故障 指示电流值各自响应于所述配电网的操作参数而被独立地确定。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述源信号包括AC电压。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述AC电压独立于所述电力线 导线的电压。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述负载电流超过故障指示电 流值时执行所述确定所述负载电流和所述源信号之间的所述实时相角关系的步骤。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定所述所记忆的相角关 系的步骤之前还包括等待稳定周期的步骤。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度的预定数值为大约±75度。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指示故障状态的步骤还包括 照亮指示器和关闭SCADA触点之一或者全部。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述指示故障状态的步骤还包括 给故障指示器通电，并且所述方法还包括在清除或者修复所述故障之后自动或手动 地给所述故障指示器断电。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述实时相角关系的 步骤还包括如果所述负载电流降到所述最小负载电流值之下持续经过第一周期并且随后 增大为大于所述最小负载电流值，则启动第二周期；以及在所述第二周期结束之后确定所述负载电流和所述源信号之间的所述实时相 角关系。
11. 如权利要求io所述的方法，其特征在于，所述第一周期和所述稳定周期可以独立地选择。
12. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一周期为大约5分钟， 而所述第二周期为大约15分钟。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述负载电流和所述 源信号之间的所述所记忆的相角关系的步骤还包括确定所述所记忆的相角关系的初始值； 如果所述初始值在试验相角范围内，则进入记忆状态；如果在所述记忆状态期间所述初始值保持在所述试验相角范围内，则将所述初 始值存储为所述负载电流和所述源信号之间的所述所记忆的相角关系；以及如果在所述记忆状态期间所述初始值不在所述试验相角范围内，则返回所述确 定所述所记忆的相角关系的所述初始值的步骤。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述记忆状态的持续时间为大 约2秒。
15. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，跳闸状态与所述指示所述故障状 态的步骤相关联，并且所述指示所述故障状态的步骤还包括响应于降到所述最小负载电流值之下的所述负载电流而进入空闲状态；如果所述电流在与所述空闲状态相关联的第一空闲周期内保持小于所述最小 负载电流值，则从所述空闲状态进入跳闸等待高状态；如果所述电流在所述空闲周期期间增大为大于所述最小负载电流值，则从所述 空闲状态返回所述跳闸状态；如果所述负载电流超过所述最小负载电流值，则从所述跳闸等待高状态保持经 过第二周期并且随后确定所述所记忆的相角关系，此后执行所述确定所述实时相角关系的步骤、所述确定所述相角差的步骤以及所述指示故障状态的步骤。
16. —种用于监控配电网的电力线导线的方法，所述方法包括 确定由所述导线所运载的负载电流大于最小负载电流值； 确定所述负载电流和源信号之间的所记忆的相角关系； 在确定所述所记忆的相角关系之后进入正常状态；当处于所述正常状态时，如果所述负载电流降到所述最小负载电流值之下，则进入第一空闲周期；如果在所述第一空闲周期期间所述负载电流增大到比所述最小负载电流 值大的值，则等待稳定周期并且返回所述正常状态；如果所述电流在所述第一空闲周期内小于所述最小负载电流值，贝U:进入第二空闲周期直至所述负载电流增大为超过所述最小负载电流值；在所述负载电流增大为超过所述最小负载电流值之后延迟第一延迟 周期；在所述第一延迟周期之后返回所述确定所述所记忆的相角关系的步 骤；以及在确定所述所记忆的相角关系之后返回所述正常状态；
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述最小负载电流值、所述第 一空闲周期的持续时间、所述第二空闲周期的持续时间和所述第一延迟周期的持续 时间各自响应于所述配电网的操作参数而被独立地确定。
18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述源信号包括AC电压。
19. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述正常状态还包括 确定负载电流大小；确定所述负载电流和所述源信号之间的实时相角关系； 以及其中跳闸状态包括-当所述实时相角关系在所述所记忆的相角关系的一定数值的角度内时并 且当所述负载电流大小超出故障指示电流时指示故障状态。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括在所述指示故障状态步 骤后的第二延迟周期之后自动复位到所述正常状态的步骤。
21. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述数值的角度是大约±75度。
22. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述指示故障状态的步骤还包 括照亮指示器和关闭SCADA触点之一或者全部。
23. —种用于识别与配电网的电力线导线相关联的故障状态的方法，所述方法 包括(a) 确定由所述导线所运载的负载电流大于最小负载电流值；(b) 确定所述负载电流和AC电压之间的相角关系；(c) 确定所述已确定的相角关系的变化与所述已确定的相角关系相比是否小于预定数值的角度；以及(d)响应于所述步骤(b)和(c)而指示故障状态。
24. 如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述预定数值的角度为±75度。
25. —种用于识别与电力网中的电力线导线相关联的方向性故障状态的装置， 所述装置包括用于感测导线的电状态的第一传感器； 用于感测源信号的第二传感器；响应于所述电状态和所述源信号的控制器，所述控制器可配置为记忆所述电状 态和所述源信号之间的相位关系的第一操作模式，并且可配置为确定所述电状态和 所述相位关系的变化两者是否共同指示在所述第一传感器位置前向的故障状态的 第二操作模式，并且其中所述前向被限定为来自所述第一传感器的电流的方向；以 及由所述控制器控制的响应于故障状态而指示状态的指示器。
26. 如权利要求25所示的装置，其特征在于，所述电状态包括负载电流，并 且所述源信号包括AC电压。
27. 如权利要求26所示的装置，其特征在于，所述第一传感器包括电流互感器o
28. 如权利要求25所示的装置，其特征在于，还包括用于存储所述电状态和 所述源信号之间的所记忆的相位关系的存储设备。
29. 如权利要求25所示的装置，其特征在于，所述指示状态包括视觉指示和 电触点的关闭中的一个或者两个。
30. 如权利要求25所示的装置，其特征在于，还包括可手动控制以复位所述 装置的复位设备。
31. 如权利要求25所示的装置，其特征在于，共同指示故障状态的所述电状 态和所述相位关系的变化包括超出故障指示电状态的电状态和小于离在所述第一 操作模式期间确定的所记忆的相位关系大约±75度的所述相位关系的变化。
全文摘要
一种用于识别与配电网的电力线导线相关联的故障状态的方法。该方法包括确定由导线运载的负载电流大于最小负载电流，确定负载电流和源信号之间的所记忆的相角关系，确定负载电流大小，确定负载电流和源信号之间的实时相角关系，以及当实时相角关系在所记忆的相角关系的预定数值的角度内时并且当负载电流大小超出故障指示电流时指示故障状态。
文档编号G01R31/08GK101614780SQ200810213880
公开日2009年12月30日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年6月28日
发明者J·F·多莫, M·瓦戈海 申请人:托马斯及贝茨国际股份有限公司