用於非接地供電系統中的絕緣故障定位的方法和裝置、用於供電系統的狀態監控的方法與流程
2023-06-10 09:07:21
本發明涉及一種用於分支式非接地供電系統中的絕緣故障定位的方法。
更進一步地，本發明涉及一種用於分支供電系統中的絕緣故障識別以及用於分支供電系統的狀態監控的方法。
此外，本發明涉及一種用於分支式非接地供電系統中的絕緣故障定位的裝置。
背景技術：
用於絕緣故障定位的方法以及實施這些方法的裝置(絕緣故障定位裝置)是現有技術中已知的，並被用於定位供電系統中的絕緣故障，特別是用於在非接地網絡中發生第一(絕緣)故障的情況下確定故障電纜出線。
如果絕緣故障發生於非接地供電系統中，起初它將由絕緣監控裝置識別並上報。此報告發起由絕緣監控裝置或由絕緣故障測試儀器進行的絕緣故障定位，絕緣故障測試儀器作為絕緣故障定位裝置的部分也可被實現為絕緣故障測試裝置，產生測試電流並將測試電流提供至供電系統。此測試電流信號由布置在具有故障電纜出線的故障電路中的所有測量電流互感器檢測，並通過絕緣故障評估裝置評估並顯示。通過將測量電流互感器指定到電路而非電纜出線可確定故障電纜出線。
然後識別分支供電系統中的具有絕緣故障的電纜出線，但是絕緣故障在此故障電纜出線上的精確位置仍是未知的。
然而，為了迅速地修復絕緣故障，獲知故障電纜出線上的精確故障位置是有益的。
技術實現要素：
因此，當前的本發明的目的在於，開發一種方法和裝置，利用其可以確定絕緣故障在非接地供電系統的故障電纜出線上的精確故障位置。
基於結合用於分支式非接地供電系統中的絕緣故障定位的方法實現本發明目的，其中方法包括以下步驟：在非接地供電系統的至少一個有效導體中提供用於確定故障電纜出線的測試電流；檢測非接地供電系統的電纜出線中的測試電流部分；評估所檢測到的測試電流部分以識別故障電纜出線；結合對用於識別故障電纜出線的信息的評估，根據時域反射技術方法確定絕緣故障位置。
當前的本發明的主要思想有利地依賴於對利用根據現有技術的絕緣故障定位而獲得的關於故障電纜出線的位置的了解與根據時域反射技術方法的絕緣位置定位的結果的結合。利用基本依賴於測試電流提供和測試電流評估的已知機制的絕緣故障定位，在分支供電系統中識別具有絕緣故障的電纜出線。基於此信息，利用根據時域反射技術方法的測量脈衝，確定被識別為故障的電纜出線上的精確故障位置。同時，通過時域反射技術方法獲得的信息可被用於供電系統的持久狀態監控的範圍以用於確定故障位置。
通過結合來自兩種方法-一方面的「典型」絕緣故障定位以及另一方面的利用時域反射技術的幹擾源定位-的發現，絕緣故障可被可靠地識別，其精確位置可被確定以及為了電氣安全其可被迅速地修復。
在另一有利的實施例中，在被識別為故障的電纜出線上確定絕緣故障位置包括以下步驟：(a)產生時域反射技術測量脈衝並將測量脈衝提供至供電系統的有效導體；(b)如果未檢測到絕緣故障，接收並記錄由第一序列的反射測量脈衝組成的第一反射測量信號作為供電系統中的所有反射位置的時相圖像；(c)在發生絕緣故障的情況下，接收由第二序列的反射測量脈衝組成的第二反射測量信號；(d)從第一反射測量信號和第二測量信號中減去表示絕緣故障的差值信號；以及(e)通過使用利用其而將電纜出線識別為故障的信息，評估表示絕緣故障的差值信號的運行時間，從而在識別的故障電纜出線上確定絕緣故障位置。
在生成並提供測量脈衝之後，如果未檢測到絕緣故障(意味著安裝在供電系統中的絕緣監控裝置沒有上報絕緣故障)，接收並記錄反射測量信號。反射測量信號由表示供電系統中的所有反射位置的時相圖像的第一序列的反射測量脈衝組成。在「學習階段」中保存的無故障供電系統的此結果反射曲線用作參考圖形，該參考圖形用於與在發生第一故障(通過絕緣監控裝置用信號表示的發生的絕緣故障)之後接收到的第二測量信號進行對比。此第二測量信號由相對於保存為參考圖形的第一序列，此時包括額外的反射「絕緣故障」測量脈衝的第二序列的反射測量脈衝組成。通過直接地對比第一反射測量信號與第二反射測量信號或通過間接地對比它們，通過首先經由相關計算將接收到的測量脈衝轉化為相關函數，得到表示絕緣故障的差值信號。通過評估表示絕緣故障的差值信號的運行時間-測量信號在電纜上的傳播速度是已知的，一旦被告知故障電纜出線，則可確定精確故障位置。
在學習階段中，通過已知的系統性反射(例如已知的電纜終點)或通過測試反射可實現將接收到的測量信號指定到電纜出線。通常地，簡單地獲知絕緣故障已發生於已知的電纜出線上可足以將新發生的測量脈衝識別為絕緣故障測量脈衝。
根據測量信號的生成和提供以及根據不同方法的反射測量信號的處理的進一步有利實施例可被實現，其全部依賴於時域反射技術的原理。
然而，當前的本發明的目的並非在於在發生時定位偶爾發生的絕緣故障-如在SSTDR(擴展頻譜時域反射法)方法的典型應用中常見的，參見以下-而在於結合傳統的絕緣故障定位裝置定位現有絕緣故障的故障位置。
在最簡單的情況下，可產生並提供單個脈衝作為測量脈衝。單個脈衝優選地為矩形脈衝形狀的方邊脈衝，反射測量脈衝直接地或利用相關計算間接地用於進一步的處理。關於利用運行時間測量而定位幹擾信號，時域反射技術的此變形被稱為TDR(時域反射技術)方法。
證實了在擴頻碼優選地用作具有譜擴展的測量脈衝以及以對已知的擴頻碼與接收到的反射測量信號進行相關計算的方式實現對反射測量信號的處理(STDR-序列時域反射方法)的情況下，或者在擴頻碼用作具有譜擴展的測量信號，擴頻碼調製正弦形載波信號，且以對已知的擴頻碼與接收到的反射測量信號進行相關計算的方式實現對反射測量信號的處理(SSTDR-擴展頻譜時域反射方法)的情況下，不易受到幹擾的影響。
兩個最後提及的方法均將被稱為擴頻碼的具有頻率擴展的信號用作測量脈衝，以能夠更好地結合相關計算對抗對接地連接的幹擾影響。此外，與TDR方法相比，這些方法需要更少的能量。
在SSTDR方法中，通過正弦形載波信號的倍增(載波信號的調製)，額外發生朝向適於傳輸測量信號的頻段的擴展頻譜的頻移。
優選地，偽隨機序列或在時間上交替發送的補碼的兩個序列被用作擴頻碼。
這些序列由於其良好的相關特性而顯著，補碼的序列特別包括自相關函數，其在中心值之外(0位移)的值剛好為0。
為了分支供電系統中的絕緣故障識別以及分支供電系統的狀態監控而使用的其他方法以基於時域反射技術方法在某個時間點將供電系統上的所有反射位置的圖像確定為供電系統的反射曲線以及以實現在時間演替中所確定的反射曲線的對比而顯著。對比的反射曲線之間的差異暗示供電系統的電氣狀態的變化。
通過定期地將反射測量信號記錄為供電系統的反射曲線，並通過將每個反射曲線與之前記錄的反射曲線進行對比，可識別供電系統的電氣狀態的變化。此持久狀態監控允許例如對變化的網絡群集或操作模式(例如負載變化)做出結論。
參考裝置，通過用於分支式非接地供電系統中的絕緣故障定位的裝置實現本發明目的，該裝置包括功能單元絕緣故障測試儀器和具有測量電流互感器的絕緣故障評估裝置，根據本發明，該裝置包括時域反射技術測量裝置，該時域反射技術測量裝置具有用於使用由用於識別故障電纜出線的絕緣故障評估裝置提供的信息控制時域反射技術測量的功能性過程的控制和評估裝置。
當實施根據本發明的方法時，相應裝置包括具有控制和評估裝置的時域反射技術測量裝置。構成本方法基礎的步驟實施於這些裝置中。
附圖說明
從以下描述和以示例方式示出本發明的優選實施例的附圖中可取得進一步有利的實施例。
圖1示出根據本發明的方法和實施本方法的功能單元的示例性應用。
具體實施方式
在示例性視圖中，圖1示出根據本發明的方法以及用於分支式非接地供電系統2中的絕緣故障定位的裝置的實施本方法的功能單元12、16、30、32的示例性應用，該供電系統2由具有若干電纜出線6的主系統4組成，該若干電纜出線進一步包括各自與負載7連接的電纜出線6。電纜出線6通常包括不同的電纜長度。
供電系統2由用於潛在絕緣故障10的絕緣監控裝置8持續地監控。如果已發生這樣的絕緣故障10，絕緣故障測試儀器12通過將測試電流提供至供電系統2發起用於確定故障電纜出線14的絕緣故障定位。在絕緣故障評估裝置16中，評估由測量電流互感器18檢測到的信號，以便可以利用相關測量電流互感器20識別故障電纜出線14，由於絕緣故障10，測試電流流過該相關測量電流互感器20。
此外，當絕緣故障10發生時，時域反射技術測量裝置30將時域反射技術測量脈衝提供至供電系統2。在供電系統2的電纜的特性波阻抗的所有不連續(阻抗失配)處，此測量脈衝被反射，以便作為接收到的反射測量信號，反射測量脈衝的序列顯現為供電系統2中的所有反射位置的時相圖像。與未發生故障的情況相比，當故障10發生-即阻抗失配-時，反射測量信號包括由絕緣故障10引起的額外的反射「絕緣故障」測量脈衝，測量信號的顯現位置的距離(「絕緣故障」反射位置與時域反射技術測量裝置30之間的距離)能夠從運行時間確定。當將此與從絕緣故障評估裝置16接收到的關於哪個電纜出線20已被識別為故障的信息結合時，因此可精確地確定絕緣故障10的位置。
在此範圍內，兩種機制，傳統的絕緣故障定位和時域反射技術測量，可起到彼此支持的作用，特別是在具有弱反射測量脈衝的廣泛分支供電系統中。
依據由用於識別故障電纜出線14的絕緣故障評估裝置提供的信息，控制和評估裝置32控制時域反射技術測量的功能性過程。
功能單元絕緣故障測試儀器12、絕緣故障評估裝置16以及具有控制和評估裝置32的時域反射技術測量裝置30因此可有利地結合於結構單元中作為擴展的絕緣故障定位裝置。此外，該擴展的絕緣故障定位裝置可在結構上集成於絕緣監控裝置8中。