确定供电网的导线上故障的故障位置的方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种确定供电网的导线上故障的故障位置的方法、装置和系统。在确定故障位置(F)的方法中，在导线的导线端部(11a、11b)上测量第一和第二电流和/或电压值且为其提供时间戳，并使用带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，在导线上出现故障后确定故障的故障位置。为了能够以更高的精确性利用两个导线端部的测量值执行故障定位，提出了使用两个导线端部上的带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，确定在出现故障时沿着导线向导线端部的方向传播的行波的波形；并且通过确定行波到达两个导线端部的时间差，根据针对导线端部确定的行波的波形确定故障位置，其中，时间差根据对针对导线端部确定的行波的波形的模式比较来确定。

【技术实现步骤摘要】
确定供电网的导线上故障的故障位置的方法、装置和系统
本专利技术涉及用于确定供电网的导线上的故障的故障位置的方法，其中在导线的第一导线端部上测量第一电流和/或电压值且提供以时间戳，在导线的第二导线端部上测量第二电流和/或电压值且提供以时间戳，且在导线上出现故障之后使用带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值确定所述故障的故障位置。本专利技术还涉及用于确定供电网的导线上的故障的故障位置的相应的装置以及系统。
技术介绍
供电网的安全运行要求快速且可靠地识别和切断可能的故障，例如短路或接地故障。导致切断的故障原因例如可能是闪电电击、断裂或另外损坏的导线、在电缆导线的情况中的绝缘故障或架空线与动物或植物部分的意外接触。为缩短故障导致的停机时间，必须尽可能精确地定位此故障，以使得维护团队能够消除故障原因和由于故障可能导致的间接损失。在最简单、但也最昂贵的情况中，通过巡查来确定故障位置。在此，维护团队巡视发生故障的导线且检查导线的可见的故障位置。此方式缓慢且容易出错。因此，很大程度上改变为通过对于在故障出现期间采集的例如电流和电压的测量参量进行分析来界定故障在导线上所处的故障位置。为此，目前已知多种不同的方法，所述方法的精确性显著影响供电网的维护开销。因此，改进用于故障定位的算法的精确性具有重要意义，以便于进行维护且特别是缩短供电网的由于故障导致的停机时间。故障位置的大致结果可例如通过确定故障方向来实现。此方法主要在熄灭的、隔离的以及高阻接地的具有径向结构以及低网格化程度的供电网中使用。在此，例如可使用瓦特计方法(wattmetrischeMethode)，如从欧洲专利EP2476002B1中已知。用于识别故障方向的另外的方法是所谓的“雨刷继电器原理(Wischerrelais-Prinzip)”，其在可能的实施方式中例如从国际专利申请WO2012126526A1中得到。然而，为进行更精确的故障定位，在这些方法中需要进行附加的评估。用于进行更精确的故障定位的方法例如使用测量的基波的电流或电压信号(50Hz或60Hz信号)来进行故障定位。在此，已知使用仅来自导线端部中的一个的测量值(单侧故障定位)或使用来自两个导线端部的测量值(双侧故障定位)的方法。作为结果，故障位置通常作为距各测量位置的距离(以导线的百分比或以公里或英里)给出。在使用仅一个导线端部的测量值的情况中，执行故障定位的开销低。在此故障定位方法中主要涉及基于阻抗的方法，其中从电流和电压测量值计算出直至故障位置的阻抗。通过与在无故障情况中整个导线的导线阻抗进行比较，可推断故障位置。此故障定位方法的示例性实施例如可从美国专利文献US4996624A中得到。此方法的精确性尤其在很大程度上取决于所使用的电流和电压变换器的测量精确性、用于故障定位的导线参数(例如每单位长度的阻抗)的精确性以及给定的故障情况(例如故障电阻、负载)和网络状况。电流和电压信号中的干扰和暂态过程可能对于此方法的精确性具有负面影响。由此形成的测量误差可能达到多个百分点。可通过使用来自两个导线端部的测量值实现故障定位的精确性的改善。在此，必须通过合适的通信连接将与故障定位相关的测量值合并。在此方面，参考美国专利文献US5,929,642；在那里描述的方法中，在进行故障定位时，通过使用来自两个导线端部的电流和电压测量值借助于估计方法和非线性优化方法实现足够高的精确性(测量误差大约为1％至2％)。虽然在基于阻抗的故障定位方法中故障定位的精确性取决于所使用的测量变换器的测量精确性以及网络状况，但是可以通过使用根据所谓的行波原理(“TravelingWaveFaultLocation”)的故障定位方法来实现很大程度上的与这些参量的无关性。根据此原理，作为所测量的电流和电压信号的基波的替代，为进行故障定位考虑在发生故障时出现的瞬态信号成分，所述信号成分以所谓的“行波”的形式出现。在此，通过测量技术采集高频的行波波沿且对其提供时间戳。因为行波的传播速度近似为光速，所以可以从对时间戳的评估很好地执行故障的定位。利用此故障定位方法，可实现几十米的范围内的精确性。这种故障定位方法的示例可从美国专利文献US8,655,609B2得到。
技术实现思路
从开头给出的类型的方法和装置出发，本专利技术的任务在于，能够使用两个导线端部的测量值以更高的精确性执行故障定位。此任务根据本专利技术通过开头给出的类型的方法来解决，其中通过使用两个导线端部上的带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值确定在出现故障时沿着导线向导线端部方向传播的行波的波形，且通过确定行波到达两个导线端部的时间差，根据针对两个导线端部确定的行波的波形来确定故障位置，其中，该时间差根据针对导线端部确定的行波的波形的模式比较来确定。由于故障定位不是单独基于行波的波沿确定，而是考虑行波的波形，由此考虑测量值的更长的走向，因此能够以相对更高的精确性确定行波到达两个导线端部的时间差。根据该时间差能够以简单的方式推断故障位置。用于为两个导线端部上的电流和/或电压测量值提供时间戳的计时器(例如，测量装置的内部时钟)在根据本专利技术的方法中在时间上相互同步，使得对两个导线端部分配的时间戳可相互比较。按照根据本专利技术的方法的有利的实施方式可以设置为，为进行行波的波形的模式比较，执行波形的互相关。作为其替代或补充，还可以设置为，为进行模式比较，考虑行波的波形的交叉功率谱的角度。通过使用互相关，可以找到行波的波形的一致性的最大值。交叉功率谱的角度的使用可作为附加或独立的标准使用。替代地，按照根据本专利技术的方法的另外的有利的实施方式还可以设置为，为进行模式比较，执行由行波的波形的差异形成的目标函数的最小化。以此方式，也可找到两个导线端部的行波的波形的尽可能好的重叠，以由此推断行波到达的时间差。按照根据本专利技术的方法的另外的有利的实施方式可以设置为，在进行模式比较前，对至少一个导线端部的行波的波形进行校正，其中，考虑导线的衰减。由此，即使在如下导线的情况下，也可以以有利的方式以高精确性执行故障定位，即所述导线由于其长度和/或材料特性而不能忽略测量值方面的损失。根据本专利技术的方法的另外的有利的实施方式还设置为，仅使用在行波的第一波脉冲出现期间在两个导线端部上测量的电流和电压值来确定故障位置。由此，可明显减少待传输的测量值的量，因为不必传输全部故障描述，而仅必须传输在行波的第一波脉冲期间的测量值走向。在此方面，例如将单独的第一波峰、单独的第一波谷或第一波峰和第一波谷的组合视为行波的第一脉冲。此考虑方式的另外的优点是，第一波脉冲尚未由于另一个导线端部的反射效应而叠加，因此行波的波形的计算可相对简单地进行。待传输的测量值的减少特别地在应实时进行故障定位(在线故障定位)时具有优点，而在进行事后故障定位(离线故障定位)时通常具有更多的时间来进行故障定位，对于测量值传输可接受更长的时间段。为进一步减少待传输的测量值，此外被认为有利的是，仅使用在出现行波的第一波脉冲期间在两个导线端部上测量的电流值或电压值来确定故障位置。根据本专利技术的方法的此实施方式基于如下认知，即在仅使用电流或电压测量值来确定行波的波形时，通常也可以相对高的精确度进行故障定位。按照根据本专利技术的方法的另外的有利的实施方式设置为，对在导线端部上测量的电流和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定供电网的导线(11)上的故障的故障位置(F)的方法，其中‑在导线(11)的第一导线端部(11a)上测量第一电流和/或电压值且为其提供时间戳；‑在导线(11)的第二导线端部(11b)上测量第二电流和/或电压值且为其提供时间戳；和‑使用带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，在导线(11)上出现故障之后确定所述故障的故障位置(F)；其特征在于，‑使用两个导线端部(11a、11b)上的带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，确定在出现故障时沿着导线向导线端部(11a、11b)的方向传播的行波的波形；和‑通过确定行波到达两个导线端部的时间差，根据针对两个导线端部(11a、11b)确定的行波的波形确定故障位置(F)，其中，所述时间差根据对针对导线端部(11a、11b)确定的行波的波形的模式比较来确定。

【技术特征摘要】
2016.03.22 EP 16161729.51.一种用于确定供电网的导线(11)上的故障的故障位置(F)的方法，其中-在导线(11)的第一导线端部(11a)上测量第一电流和/或电压值且为其提供时间戳；-在导线(11)的第二导线端部(11b)上测量第二电流和/或电压值且为其提供时间戳；和-使用带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，在导线(11)上出现故障之后确定所述故障的故障位置(F)；其特征在于，-使用两个导线端部(11a、11b)上的带有时间戳的第一和第二电流和/或电压值，确定在出现故障时沿着导线向导线端部(11a、11b)的方向传播的行波的波形；和-通过确定行波到达两个导线端部的时间差，根据针对两个导线端部(11a、11b)确定的行波的波形确定故障位置(F)，其中，所述时间差根据对针对导线端部(11a、11b)确定的行波的波形的模式比较来确定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，-为对行波的波形进行模式比较，执行波形的互相关。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，-为进行模式比较，使用行波的波形的交叉功率谱的角度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，-为进行模式比较，执行由行波的波形的差异形成的目标函数的最小化。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-在进行模式比较前，对至少一个导线端部的行波的波形进行校正，其中，考虑导线(11)的衰减。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-仅使用在两个导线端部上在出现行波的第一波脉冲期间测量的电流和电压值确定故障位置(F)。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，-仅使用在两个导线端部上在出现行波的第一波脉冲期间测量的电流值或者电压值确定故障位置(F)。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-对在导线端部(11a、11b)上测量的电流和电压值进行滤波，其中，形成给出所测量的电流和电压值的选择的频率范围的第一和第二滤波后的电流和电压值；和-使用第一和第二滤波后的电流和电压值确定行波的波形。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，-所述选择的频率范围包括测量的电流和电压值的高频瞬态成分或带限瞬态成分。10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：C德齐尼斯，A朱里施，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE