配电系统中的故障定位技术方案

公开了一种定位电力传输线(12、12a)上的故障(14)的方法。所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力。所述方法包括使用对在不同于所述系统频率的一个或多个频率的所述线(12、12a)上的电流和电压做出的测量和所述已知线阻抗(Z)以确定与所述故障(14)的距离。所述方法可包括监测在一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流，和根据所述传输线(12、12a)上的非系统频率的信号的存在确定已经发生故障(14)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】公开了一种定位电力传输线(12、12a)上的故障(14)的方法。所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力。所述方法包括使用对在不同于所述系统频率的一个或多个频率的所述线(12、12a)上的电流和电压做出的测量和所述已知线阻抗(Z)以确定与所述故障(14)的距离。所述方法可包括监测在一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流，和根据所述传输线(12、12a)上的非系统频率的信号的存在确定已经发生故障(14)。【专利说明】配电系统中的故障定位
本专利技术涉及配电系统中的故障定位，且特别但不排他地涉及使用传输线的阻抗的在传输线上的故障定位。
技术介绍
如本文中所使用，术语“配电系统”是指用于实时地将电力从一个位置分配到另一位置的装置。配电系统的实例是被称为国家电网(Nat1nal Grid)的英国国家电力配电系统。配电系统的另一实例是车辆集成电源系统(IPS)。这种系统用在运输业中，用于将电力从发电机贯穿车辆输送到车辆的各个系统。 一般而言，配电系统被布置为在特定系统频率的传输线上运载电流。在英国和欧洲，电力被以约50Hz的系统频率输送，而北美电力被以约60Hz的系统频率输送。 在配电系统的部分经历故障的事件中，诸如传输线中的断路或短路，理想的是尽快和尽可能准确地定位故障，使得故障可被修复。定位传输线中的故障的一种方法是寻找系统频率的线的阻抗的明显改变。这种方法是稳健的，并且通常在几公里内是准确的。 然而，越来越需要更准确地发现传输线中的故障的位置。例如，在车辆集成电力系统中，可能理想的是，将故障定位到几米之内。这是因为包括在车辆IPS中的线有可能在车辆的壁内运行。需要开辟来定位和修复故障的壁板越少越好。 一般而言，可在配电系统中越准确地定位故障，可越快地发现并修复。 一种替代且更准确的故障定位方法被称为行波方法。在行波方法中，信号在测量位置处被应用到测试的传输线。信号被从故障反射回且在相同测量位置处检测反射。通过测量直到检测到反射信号所花费的时间可以高准确度(例如在I到2米内)确定与断路的距离。通常行波信号是低幅度(与通常由线运载的电信号的幅度相比)的高频信号。这样的信号易受到其它电源(诸如无线电波)的干扰，因此这个方法不稳健。此外，还需要专业的(和昂贵的)换能器来传输和接收高频信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种替代的故障定位方法。 根据本专利技术的第一方面，提供了定位电力传输线上的故障的方法，传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中所述方法包括使用对在不同于系统频率的一个或多个频率的线上的电流和电压的测量和已知线阻抗以确定到故障的距离。 如本文中所使用，短语“已知线阻抗”是指线的正常阻抗(即故障之前)。已知线阻抗是频率相关的(即随频率变化)。已知线阻抗可例如直接根据校准找到或从线几何来估计(例如使用配线半径和间隔)。 上述方法利用了以下事实的优点，即线上的故障本身是瞬变电流的源。这些瞬变电流以不同于系统频率的频率出现，且在消失之前可用于确定故障的位置。如本文中所使用，术语“瞬变”是指稳态值(由于以系统频率传输的信号引起的)以外的所有电压和电流信号。假设瞬变信号叠加在稳态信号上。 上述方法是被动的，因为不需要外部信号被应用到线上。在确定故障的位置中所使用的唯一信号是已经在线上的/由故障产生的信号。这意味着不需要昂贵的信号传输设备。 方法可包括测量传输线上的电流和电压，及特别地测量传输线上的瞬变电流和电压。可在测量位置(其可不同于，例如远离故障位置)处测量瞬变电流和电压。可在本专利技术的一个实施例中的仅一个测量位置或在本专利技术的另一个实施例中的一个以上测量位置处测量电流和电压。 在一个实施例中，可在第一测量位置和第二测量位置处测量电流和电压，且优选在两个测量位置处基本同时测量。第一测量位置可设置在故障的第一侧且第二测量位置可设置在故障的第二侧，使得故障位于两个测量位置之间。 方法可包括在发生故障之后测量非系统频率的传输线上的电流和电压。方法可还包括在发生故障之前测量非系统频率的传输线上的电压以及有可能地测量电流。 方法可包括监测在传输线上的电压和电流，且可包括检测是否发生了故障。传输线上的瞬变信号的存在可被视为已经发生了故障的指示。 监测电压和电流可包括定期和/或连续地测量传输线上的电压和电流。 方法可包括在已经发生故障之后的预定时段期间测量传输线上的瞬变电压和电流信号。预定时段可小于20ms,且可小于15ms。预定时段可小于10ms,例如,8ms。 方法还可包括例如使用傅立叶变换将所测量的瞬变电压和电流转化到频域中。 方法可包括在不同于系统频率且彼此不同的多个频率使用瞬变电压和电流的测量值以创建多个距离估计。多个电压和电流测量值可在相同时间周期(例如同时)进行。可比较多个距离估计以确定到故障的距离。例如可计算平均距离(诸如平均值或模式)，或到故障的距离可根据包括多个距离估计的正态分布来确定。可在丢弃边缘估计之后计算平均距离。 所述(或每个)测量的频率可高于系统频率并小于指定最大频率，这可以是例如10，000Hz。所述(或每个)测量的频率可能远离系统频率，例如比系统频率大50%以上。所述(或每个)测量的频率可能低于系统频率，例如比系统频率小50%以上。优选地测量的频率高于系统频率。 其中系统频率是50或60Hz，测量频率或多个测量频率可介于70Hz或80Hz和10000Hz之间，例如介于100和5000Hz之间。测量频率或多个测量频率可以是100至3000Hz，例如介于500和2500Hz之间或介于500和1500Hz之间。 其中系统频率是O (对于DC信号)，测量频率或多个测量频率可高于20Hz并小于10000Hz，例如介于20Hz和2500Hz之间。 其中系统频率是400 (例如对于飞机分配系统)，测量频率或多个测量频率可高于450Hz且小于10000Hz，例如介于500Hz和2500Hz之间。 所测量的瞬变电压和电流可用于估计故障发生时的传输线的线阻抗。 到故障的距离Xf可使用已知线阻抗根据故障发生时的传输线Zline的估计线阻抗来计算。特别而言，到故障点的距离可使用Zlim = Zline p.Xf来计算,其中Zlim—P是每单位长度的已知线阻抗。每单位长度Zline P的已知线阻抗可根据已知线阻抗(其可在故障之前测量/校准)和线的总长度(可在故障之前测量/已知)来计算。例如，线阻抗可根据已知线横截面几何学(例如，导体直径和间隔)来估计。 估计线阻抗可包括确定源阻抗Zs(其是测量位置处的配电系统的戴维南(Thevenin)等效电压供应的阻抗)。确定源阻抗可包括使用所测量的瞬变电流If和瞬变电压Vf (需注意，If和If是指频域量，其是具有幅度和相位的复数(相量))计算源阻抗。源阻抗可使用下式计算: Zs = Vf/If 估计线阻抗可包括估计故障位置处的电压VpM_f。估计故障位置处的电压VpM_f可包括假设vPM_f是步长值等于测量位置处的所测量的故障前电压的阶梯波形。 到故障的距离Xf可使用线阻抗计算: Xf — (Vpre_f/If_Vf本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位电力传输线上的故障的方法，所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中，所述方法包括使用对在不同于所述系统频率的一个或多个频率的所述线上的电流和电压作出的测量和所述已知线阻抗以确定到所述故障的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·托马斯，马克·萨姆纳，贾科，
申请(专利权)人：诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB