包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)中的短路的定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器的電網(wǎng)中的短路的方法，包括以下步驟：?采集導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)；?從導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)推導(dǎo)出至少一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，其中數(shù)學(xué)函數(shù)表示導(dǎo)線段的短路電抗與導(dǎo)線段內(nèi)位置的函數(shù)關(guān)系；并且?從數(shù)學(xué)函數(shù)和對(duì)短路確定的短路電抗值導(dǎo)出導(dǎo)線段內(nèi)該短路的位置。
【專利說明】
包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)中的短路的定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)中的短路的方法。
[0002]此外本發(fā)明涉及一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)中的短路的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行者，例如，能源公司或鐵路事業(yè)，快速定位和確定運(yùn)行的電網(wǎng)中的短路具有越來越重要的意義。為此通常采用距離保護(hù)繼電器，其可以根據(jù)測(cè)量的短路電抗來定位短路。各個(gè)測(cè)量的短路電抗和各個(gè)從中確定的短路距離，即，出現(xiàn)短路的各個(gè)位置，可以由距離保護(hù)繼電器以電子信息的形式提供給電網(wǎng)的運(yùn)行者。電網(wǎng)的運(yùn)行者可以使用這些信息來將維修人員有針對(duì)地派遣到短路的位置。這節(jié)省了查找時(shí)間并且由此提高了基礎(chǔ)設(shè)施的可用性。同時(shí)節(jié)省了成本，因?yàn)榫S修人員可以更有效地工作。
[0004]短路定位通常基于測(cè)量的短路電抗到相應(yīng)的短路距離的換算。目前的距離保護(hù)繼電器只能當(dāng)短路電抗和短路距離之間的關(guān)系至少部分是線性的時(shí)才能將短路電抗換算到相應(yīng)的短路距離。然而對(duì)于具有升壓變壓器或自耦變壓器的系統(tǒng)，距離-電抗曲線不是線性的。此外對(duì)于這樣的系統(tǒng)通過除了正饋線之外引入負(fù)饋線形成第二距離-電抗曲線，其同樣不是線性的。
[0005]在常規(guī)的距離保護(hù)繼電器中迄今為止僅輸入部分線性的距離-電抗曲線。這通過輸入每千米的短路電抗，即，輸入距離-電抗曲線的斜率，和對(duì)于其可以確定線性的距離-電抗曲線的每個(gè)電網(wǎng)段的長(zhǎng)度來進(jìn)行。因?yàn)槎搪冯娍沟蕉搪肪嚯x的換算目前僅對(duì)于線性的距離-電抗曲線可行，所以在自耦變壓器中短路距離的計(jì)算被轉(zhuǎn)移給子單位，即所謂的站控制器，或者簡(jiǎn)單地手動(dòng)進(jìn)行。站控制器中的實(shí)現(xiàn)要求麻煩的匹配工作。手動(dòng)計(jì)算容易出錯(cuò)并且過時(shí)。此外以常規(guī)的方式通過局部多次測(cè)量短路電抗值或通過成本集中的仿真產(chǎn)生距離_電抗曲線，對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行者是麻煩和容易出錯(cuò)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)中的短路的新的技術(shù)措施。
[0007]上述任務(wù)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。有利構(gòu)造在從屬權(quán)利要求中給出。
[0008]按照本發(fā)明的用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器的電網(wǎng)中的短路的方法，包括以下步驟:
[0009]-采集導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)；
[0010]-從導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)推導(dǎo)出至少一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，其中數(shù)學(xué)函數(shù)表示導(dǎo)線段的短路電抗與導(dǎo)線段內(nèi)位置的函數(shù)關(guān)系;并且
[0011]-從數(shù)學(xué)函數(shù)和對(duì)短路確定的短路電抗值導(dǎo)出導(dǎo)線段內(nèi)該短路的位置。
[0012]按照本發(fā)明，為了定位電網(wǎng)的導(dǎo)線段中的短路，推導(dǎo)出數(shù)學(xué)函數(shù)，其非常精確地反映了距離-電抗曲線的實(shí)際走向。這使得在非線性的距離-電抗曲線的情況下也可以將測(cè)量的短路電抗換算到導(dǎo)線段內(nèi)短路的相應(yīng)位置。距離-電抗曲線由此按照本發(fā)明可以通過一般的數(shù)學(xué)函數(shù)來建模，而不是如迄今為止那樣通過直線來建模距離-電抗曲線。
[0013]數(shù)學(xué)函數(shù)例如可以是多項(xiàng)式，尤其是樣條或指數(shù)函數(shù)。然而相應(yīng)的使用的數(shù)學(xué)函數(shù)的種類在本發(fā)明的范圍內(nèi)不限于使用多項(xiàng)式。
[0014]按照本發(fā)明的方法尤其是允許直接在距離保護(hù)繼電器中進(jìn)行自耦變壓器系統(tǒng)中故障位置的計(jì)算，這在迄今為止是不可能的。由此可以取消常規(guī)所需的站控制器的特別編程。此外不需要手工的工作和計(jì)算。此外不需要麻煩的測(cè)量活動(dòng)或仿真。為執(zhí)行按照本發(fā)明的方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器構(gòu)成至電網(wǎng)運(yùn)行商的簡(jiǎn)單接口。
[0015]在電網(wǎng)的導(dǎo)線段中短路的情況下，為執(zhí)行按照本發(fā)明的方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器首先可以確定與短路相關(guān)聯(lián)的短路電抗。然后距離保護(hù)繼電器可以通過將確定的短路電抗和與導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)對(duì)應(yīng)的距離-電抗曲線比較來確定，在導(dǎo)線段內(nèi)的哪個(gè)位置上出現(xiàn)短路。然后距離保護(hù)繼電器產(chǎn)生包含了短路的出現(xiàn)、與此相關(guān)聯(lián)的短路電抗值和導(dǎo)線段內(nèi)短路位置的信息并且發(fā)送到電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。
[0016]按照一個(gè)有利構(gòu)造，導(dǎo)出以η多2階多項(xiàng)式的形式的數(shù)學(xué)函數(shù)。由此數(shù)學(xué)函數(shù)可以非常精確地逼近實(shí)際的距離-電抗曲線的實(shí)際走向，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線段內(nèi)短路的非常精確定位。
[0017]按照另一個(gè)有利構(gòu)造，作為導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)，在導(dǎo)線段的至少三個(gè)測(cè)量位置采集測(cè)量的導(dǎo)線段的短路電抗值。數(shù)學(xué)函數(shù)可以根據(jù)短路電抗值和測(cè)量位置、通過插值導(dǎo)出。如果作為數(shù)學(xué)函數(shù)例如使用η階多項(xiàng)式，則僅需在導(dǎo)線段上進(jìn)行η+1個(gè)短路電抗測(cè)量。由此可以從少量的短路測(cè)量值導(dǎo)出數(shù)學(xué)函數(shù)。如果多項(xiàng)式例如具有η = 2階，則僅需測(cè)量導(dǎo)線段的至少三個(gè)短路電抗值。這些短路電抗值可以與導(dǎo)線段內(nèi)相應(yīng)的測(cè)量位置一起被輸入到構(gòu)造為用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的距離保護(hù)繼電器。距離保護(hù)繼電器于是可以自動(dòng)確定導(dǎo)線段內(nèi)采集的短路的位置。這可以相應(yīng)地對(duì)于電網(wǎng)的每個(gè)導(dǎo)線段進(jìn)行，從而利用小數(shù)量的短路電抗測(cè)量就可以描述電網(wǎng)的整個(gè)導(dǎo)線系統(tǒng)。待測(cè)量的短路電抗值的數(shù)量此外可以通過如下來降低，即，將一個(gè)導(dǎo)線段的末端處的測(cè)量位置同時(shí)作為另一個(gè)導(dǎo)線段的開頭處的測(cè)量位置選擇。由此測(cè)量位置和在該測(cè)量位置處測(cè)量的短路電抗值僅需一次被輸入到構(gòu)造為用于執(zhí)行按照本發(fā)明的方法的距離保護(hù)繼電器。短路電抗值的測(cè)量例如可以在電網(wǎng)的第一導(dǎo)線段的開頭、中間和末端進(jìn)行。于是在電網(wǎng)的第二和每另一個(gè)導(dǎo)線段處，僅需在相應(yīng)的導(dǎo)線段的中間和末端進(jìn)行短路電抗值的測(cè)量。為了加大數(shù)據(jù)密度，也可以在電網(wǎng)的導(dǎo)線段內(nèi)的另一個(gè)測(cè)量位置測(cè)量短路電抗值。測(cè)量的短路電抗值和相應(yīng)的測(cè)量位置于是可以被輸入到為執(zhí)行按照本發(fā)明的方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器。在初始化為執(zhí)行按照本發(fā)明的方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器時(shí)，距離保護(hù)繼電器可以從輸入的短路電抗值和測(cè)量位置自動(dòng)確定數(shù)學(xué)函數(shù)的參數(shù)，其表示了各個(gè)導(dǎo)線段的距離-電抗曲線。關(guān)于自耦變壓器系統(tǒng)不必進(jìn)行完整仿真或測(cè)量活動(dòng)也不必如迄今為止的那樣考慮導(dǎo)線參數(shù)，例如每千米的阻抗或電抗，如關(guān)于常規(guī)的導(dǎo)線已知的。
[0018]有利地，在導(dǎo)線段的測(cè)量位置，對(duì)于每個(gè)存在的電流相，采集短路電抗值。例如可以在測(cè)量位置測(cè)量用于正饋線的短路電抗值和用于負(fù)饋線的短路電抗值。由此對(duì)于每個(gè)在測(cè)量位置處測(cè)量的短路電抗值，導(dǎo)線段內(nèi)的相應(yīng)測(cè)量位置僅需一次被輸入到為執(zhí)行按照本發(fā)明的方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器。通過該進(jìn)一步的數(shù)據(jù)減少，可以形成三維或多維點(diǎn)，其對(duì)于導(dǎo)線段內(nèi)相應(yīng)的測(cè)量位置包含一個(gè)值和對(duì)于每個(gè)電流相包含一個(gè)短路阻抗值。由此可以由為執(zhí)行該方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器同時(shí)建模多個(gè)距離-電抗曲線，而不是如迄今為止的那樣，單個(gè)地考察和處理這樣的距離-電抗曲線。
[0019]此外有利的是，通過平衡計(jì)算從導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)導(dǎo)出數(shù)學(xué)函數(shù)。例如可以執(zhí)行曲線擬合方法，以便從段特定的參數(shù)導(dǎo)出數(shù)學(xué)函數(shù)。
[0020]按照另一個(gè)有利構(gòu)造，作為導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)，采集段特定的參數(shù)和與電網(wǎng)段相連的自耦變壓器的電參數(shù)?？梢詮倪@些參數(shù)中通過計(jì)算導(dǎo)出數(shù)學(xué)函數(shù)。替代測(cè)量的短路電抗值，可以對(duì)于每個(gè)導(dǎo)線段，考慮其長(zhǎng)度、正饋線的和負(fù)饋線的導(dǎo)線參數(shù)以及自耦變壓器的電參數(shù)。由此對(duì)于為執(zhí)行該方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器可以計(jì)算距離-電抗曲線。
[0021]按照另一個(gè)有利構(gòu)造，對(duì)于電網(wǎng)的每個(gè)導(dǎo)線段，從相應(yīng)的導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的本身的數(shù)學(xué)函數(shù)，其中將數(shù)學(xué)函數(shù)互相組合為電網(wǎng)特定的數(shù)學(xué)函數(shù)。由此可以對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)建模距離-電抗曲線。在此可以作為段特定的曲線圖形地示出各個(gè)段特定的數(shù)學(xué)函數(shù)并且圖形地互相組合為一個(gè)電網(wǎng)特定的曲線。
[0022]按照另一個(gè)有利構(gòu)造，將短路、對(duì)于所述短路確定的短路電抗值和導(dǎo)出的導(dǎo)線段內(nèi)短路位置進(jìn)行發(fā)信號(hào)表示。例如可以進(jìn)行聲學(xué)的和/或光學(xué)的發(fā)信號(hào)表示。
[0023]按照本發(fā)明的用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器的電網(wǎng)中的短路的裝置，包括具有至少一個(gè)微控制器的至少一個(gè)與電網(wǎng)相連的距離保護(hù)繼電器，用于采集電壓和電流值的測(cè)量值輸入端，至少一個(gè)向外的開關(guān)觸點(diǎn)和至少一個(gè)控制和配置接口，其特征在于，距離保護(hù)繼電器用于執(zhí)行按照前面提到的構(gòu)造或其任意組合的方法。該裝置具有關(guān)于方法提到的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的上述特征、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及如何實(shí)現(xiàn)它們的方式結(jié)合以下對(duì)關(guān)于示意性附圖詳細(xì)解釋的實(shí)施例的描述變得清楚和容易理解。在此
[0025]圖1示出了用于正饋線的距離-電抗曲線和用于負(fù)饋線的距離-電抗曲線的圖示，
[0026]圖2示出了在圖1中所示的用于正饋線的距離-電抗曲線的圖示，
[0027]圖3示出了在圖2中所示的用于正饋線的距離-電抗曲線的片段的圖示，
[0028]圖4示出了在圖3中所示的用于正饋線的距離-電抗曲線的片段的圖示以及短路電抗值，
[0029]圖5示出了由在圖4中示出的短路電抗值形成的圖的圖示以及圖形示出的數(shù)學(xué)函數(shù)，
[0030]圖6示出了在圖3中示出的用于正饋線的距離-電抗曲線的片段的圖示以及導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖示，和
[0031]圖7示出了在圖2中示出的用于正饋線的距離-電抗曲線的圖示以及互相連接的和對(duì)于距離電抗曲線的每個(gè)片段單個(gè)導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1示出了自耦變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)的用于正饋線的距離電抗曲線I和用于負(fù)饋線的距離電抗曲線2的圖示。畫出了電網(wǎng)的短路電抗X與電網(wǎng)內(nèi)位置的關(guān)系。每個(gè)距離-電抗曲線I或2具有多個(gè)片段3，其分別對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)的一個(gè)導(dǎo)線段并且其分別示出用于相應(yīng)的導(dǎo)線段的距離-電抗曲線。距離-電抗曲線I和2在以下分開考察，以便解釋按照本發(fā)明的方法的示例構(gòu)造。
[0033]圖2示出了在圖1中示出的用于自耦變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)的正饋線的距離-電抗曲線I的圖示。距離-電抗曲線I相應(yīng)于各個(gè)導(dǎo)線段或片段3被劃分。每個(gè)片段3表示在兩個(gè)變壓器之間布置的導(dǎo)線段的距離-電抗曲線的走向。距離-電抗曲線I由此以“物理”方式劃分為片段3 ο
[0034]圖3示出了在圖2中示出的用于自耦變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)的正饋線的距離-電抗曲線I的片段3的圖示。
[0035]圖4示出的在圖3中示出的用于自耦變壓器系統(tǒng)的電網(wǎng)的正饋線的距離-電抗曲線I的片段3的圖示以及測(cè)量的短路電抗值4，5和6。短路電抗值4是在與片段3對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)的導(dǎo)線段的開頭測(cè)量的，短路電抗值5是在中間被測(cè)量的并且短路電抗值6是在末端被測(cè)量的。短路電抗值4，5和6被輸入到為執(zhí)行該方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器。
[0036]圖5示出了由在圖4中示出的短路電抗值4，5和6形成的圖形11的圖示以及圖形示出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖形8。圖形11通過將短路電抗值4和5以及5和6互相連接的直線7而形成。圖形8借助為執(zhí)行該方法而構(gòu)造的距離保護(hù)繼電器、使用曲線擬合方法，例如MMSE(“Minimum Mean Square Error，最小均方差”)被確定，由此確定圖形8的參數(shù)。
[0037]圖6示出了在圖3中示出的用于正饋線的距離-電抗曲線的片段3以及通過插值導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖示，該距離-電抗曲線是電網(wǎng)的與該片段對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線段的。導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖形9由在圖5中示出的圖形8的參數(shù)建模。屬于圖形9的數(shù)學(xué)函數(shù)表示了與片段3對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線段的短路電抗與導(dǎo)線段內(nèi)位置的函數(shù)關(guān)系。
[0038]圖7示出了在圖2中示出的用于正饋線的距離-電抗曲線I的圖示以及互相連接的和對(duì)于距離電抗曲線的每個(gè)片段3單個(gè)導(dǎo)出的數(shù)學(xué)函數(shù)的圖示。為此結(jié)合圖2至6所描述的工作方式也應(yīng)用于距離-電抗曲線I的其余片段。按照?qǐng)D7，由此對(duì)相應(yīng)的片段3建模的數(shù)學(xué)函數(shù)圖形地互相組合為一個(gè)可示出的、電網(wǎng)特定的數(shù)學(xué)的距離電抗曲線10。對(duì)應(yīng)地，電網(wǎng)的負(fù)饋線的距離電抗曲線2也可以被建模。
[0039]盡管詳細(xì)地通過優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不受公開的例子限制而是可以由專業(yè)人員從中導(dǎo)出其他變形，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器的電網(wǎng)中的短路的方法，包括以下步驟: -采集導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)； -從導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)推導(dǎo)出至少一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，其中數(shù)學(xué)函數(shù)表示導(dǎo)線段的短路電抗與導(dǎo)線段內(nèi)位置的函數(shù)關(guān)系；以及 -從數(shù)學(xué)函數(shù)和對(duì)短路確定的短路電抗值導(dǎo)出導(dǎo)線段內(nèi)該短路的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)出η多2階多項(xiàng)式形式的數(shù)學(xué)函數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)，在導(dǎo)線段的至少三個(gè)測(cè)量位置采集導(dǎo)線段的測(cè)量的短路電抗值。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在導(dǎo)線段的測(cè)量位置，對(duì)于每個(gè)存在的電流相，米集短路電抗值。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，通過平衡計(jì)算從導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)導(dǎo)出所述數(shù)學(xué)函數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)，采集與電網(wǎng)段相連的自耦變壓器的電參數(shù)和段特定的參數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)于電網(wǎng)的每個(gè)導(dǎo)線段，從相應(yīng)的導(dǎo)線段的段特定的參數(shù)導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的本身的數(shù)學(xué)函數(shù)，其中將數(shù)學(xué)函數(shù)互相組合為電網(wǎng)特定的數(shù)學(xué)函數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將短路、對(duì)于所述短路確定的短路電抗值和導(dǎo)出的導(dǎo)線段內(nèi)短路的位置進(jìn)行發(fā)信號(hào)表示。9.一種用于定位包括至少一個(gè)導(dǎo)線段的電網(wǎng)，尤其是自耦變壓器的電網(wǎng)中的短路的裝置，包括具有至少一個(gè)微控制器的至少一個(gè)與電網(wǎng)相連的距離保護(hù)繼電器，用于采集電壓和電流值的測(cè)量值輸入端，至少一個(gè)向外的開關(guān)觸點(diǎn)和至少一個(gè)控制和配置接口，其特征在于，所述距離保護(hù)繼電器用于執(zhí)行按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK106062575SQ201580010153
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日
【發(fā)明人】R.比安奇
【申請(qǐng)人】西門子公司