CN108369254B - 定位电力传输介质中的故障的方法 - Google Patents

Abstract

在电力网络领域中，提供了一种定位电力传输介质(12)中的故障(F)的方法，所述方法包括以下步骤：a)在第一监测位置(20)处监测多个频率下的电力传输介质(12)的电气特性(I)；b)在第一监测位置(20)处检测第一组传播故障信号，第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的电气特性(I)的第一传播故障信号(I_f1,1)和在所述多个频率中的第二频率下的电气特性(I)的第二传播故障信号(I_f1,2)，其中每个传播故障信号(I_f1,1,I_f1,2)由电力传输介质(12)中的故障(F)引起；c)将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号(I_f1,1,I_f1,2)彼此比较以获得第一组比较值(Δt₁)；和d)通过从第一组比较值(Δt₁)导出距第一监测位置(20)的故障距离(d_f1)来确定电力传输介质(12)中的故障(F)的位置。

Description

定位电力传输介质中的故障的方法

本发明涉及定位电力传输介质中的故障的方法和故障定位设备(fault locatorapparatus)。

准确的故障定位在电力网络中是重要的，因为它可以通过避免对电力传输介质进行昂贵的目视检查来帮助降低操作成本，并且减少由延长的网络中断引起的收入损失。

应当理解，电力传输介质可以是能够在两个或更多个电端子之间传输电力的任何介质。这种介质可以是但不限于HVDC网络或电网的电力传输电缆或架空电力传输线。

根据本发明的第一方面，提供了一种定位电力传输介质中的故障的方法，该方法包括以下步骤：

a)在第一监测位置处监测多个频率下的电力传输介质的电气特性；

b)在第一监测位置处检测第一组传播故障信号(propagating fault signals)，所述第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的电气特性的第一传播故障信号，以及在所述多个频率中的第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质中的故障引起；

c)将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得第一组比较值；和

d)通过从第一组比较值导出距第一监测位置的故障距离来确定电力传输介质中的故障的位置。

应当理解，在专利说明书中使用术语“第一”和“第二”仅旨在帮助区分类似特征(例如，第一和第二传播故障信号)，而不旨在指示一个特征相对于另一特征的相对重要性。

在第一监测位置处检测包括如上所述的第一和第二传播故障信号的第一组传播故障信号的步骤利用在不同频率下发生的传播故障信号中的固有差异。这样，每个传播故障信号之间的比较可以进行，并且此后用于确定电力传输介质中的故障的位置。

这样的步骤还意味着可以确定电力传输介质中的故障的位置，而不必依赖于通过电力传输介质的反射脉冲信号，例如像在基于行波的技术中使用的那样。依赖于测量反射脉冲信号可能是不可靠的，尤其是在长的(例如超过100km)电力传输介质的情况下，因为反射脉冲信号在其行进通过电力传输介质时开始衰减。结果，反射脉冲信号可能难以精确测量，并且在某些情况下根本无法测量(即，由于功率传输介质的长度)。

此外，依赖于测量反射脉冲信号可能是耗时的，因为脉冲信号在被测量之前必须反射并沿着电力传输介质行进，因此增加了测量反射脉冲信号所花费的时间。

除了上述之外，可以通过在单个监测位置监测单个电气特性来确定故障位置。结果，可以降低该方法的复杂性和执行该方法所需的部件数量。

在本发明的一个实施例中，将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较的步骤包括：将第一传播故障信号的检测时间与第二传播故障信号的检测时间进行比较，以获得检测第一传播故障信号和第二传播故障信号之间的时间间隔；

其中确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从所述时间间隔导出距第一监测位置的故障距离。

以上述方式获得检测第一传播故障信号和第二传播故障信号之间的时间间隔利用了电力传输介质的传播速度随频率变化的事实。因此，传播的故障信号中的固有差异(inherent difference)，即传播的故障信号通过电力传输介质的速度，在第一和第二频率下发生，因此传播的故障信号将在不同时间被检测到。

在本发明的另一实施例中，将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较的步骤包括将第一传播故障信号的幅度与第二传播故障信号的幅度进行比较以获得幅度比(amplitude ratio)；

其中确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从所述幅度比导出距第一监测位置的故障距离。

以上述方式获得幅度比利用了传播故障信号的衰减随频率变化的事实。因此，传播故障信号中的固有差异，即传播故障信号的幅度，发生在第一和第二频率下。

应当理解，该方法可以包括获得时间间隔和幅度比两者的步骤，所述时间间隔和幅度比各自用于导出距第一监测位置的相应故障距离。这样的步骤增加了导出的故障距离的数量，从而增加了方法的可靠性和准确性。

可选地，在第一监测位置监测的步骤包括在多个频率下监测电力传输介质的多个电气特性；

其中在第一监测位置处检测第一组传播故障信号的步骤，第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的每个电气特性的第一传播故障信号，以及在所述多个频率中的第二频率下的每个电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播信号由电力传输介质中的故障引起。

监测电力传输介质的多个电气特性并检测第一组传播故障信号增加了被检测的第一和第二传播故障信号的数量，所述第一组传播故障信号包括在所述多个频率中的第一频率下的每个电气特性的第一传播故障信号、以及所述多个频率中的第二频率下的每个电气特性的第二传播故障信号。第一和第二传播故障信号的数量的这种增加在该方法的后续步骤中提供了更高程度的灵活性。

优选地，该方法包括以下步骤：

c)将每个电气特性的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得相应的第一组比较值；

其中确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从相应的第一组比较值中的每一个导出距第一监测位置的相应故障距离。

获得相应的第一组比较值并从相应的第一组比较值中的每一个导出距第一监测位置的相应故障距离提高了定位故障的方法的精度，因为存在多个相应的故障距离，例如，所有这些故障距离都可以被调查以定位电力传输介质中的故障的位置。

确定电力传输介质中的故障的位置的步骤还可以包括计算相应的故障距离中的每一个的平均值，以获得距第一监测位置的平均故障距离。

计算相应的故障距离中的每一个的平均值以获得距第一监测位置的平均故障距离提高了定位故障的精度，因为单个故障距离已经从多个故障距离计算出。计算平均值还允许对平均故障距离应用公差带(即由相应的故障距离的最低值和最高值组成)。这样的公差带有助于在调查故障时进行维护操作。

在本发明的一些实施例中，该方法包括以下步骤：

c)将每个电气特性的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得相应的第一组比较值，并且计算相应的第一组比较值中的每一个的平均值以获得平均的第一组比较值；

其中确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从平均的第一组比较值导出距第一监测位置的故障距离。

采用这样的步骤减少了计算时间，因为使用单个平均的第一组比较值来计算单个故障距离(a single fault distance)。

在本发明的一些实施例中，仅确定平均的第一组比较值，使得单个故障距离被导出。在本发明的其它实施例中，获得距第一监测位置的相应的故障距离(如从相应的第一组比较值中的每一个导出的)和从平均的第一组比较值导出的单个故障距离两者。以这种方式，来自相应故障距离的公差带可以应用于从平均的第一组比较值导出的单个故障距离。

可选地，在第一监测位置处检测第一组传播故障信号的步骤，所述第一组传播故障信号附加包括：在所述多个频率中的相应的其它频率下的电气特性的一个或多个另外的传播故障信号，其中所述或每个另外的传播故障信号由电力传输介质中的故障引起；

其中该方法包括以下步骤：

c)将第一、第二和所述或每个另外的传播故障信号彼此比较，以获得多于一个的第一组比较值。

第一组传播故障信号附加包括在所述多个频率中的相应的其它频率下的电气特性的一个或多个另外的传播故障信号增加了可以接着彼此比较的传播故障信号的数量。接着，第一组比较值的数量增加，这在该方法的后续步骤中提供了更高程度的灵活性。

优选地，将第一、第二和所述或每个另外的传播故障信号彼此比较的步骤包括将第一、第二和所述或每个另外的传播故障信号中的每一个与另一个第一、第二和所述或每个另外的传播故障信号中的每一个进行比较。

这样的步骤意味着将每个传播故障信号与提供最大数量的第一组比较值的每个其它传播故障信号进行比较。

优选地，确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从第一组比较值中的每一个导出距第一监测位置的相应故障距离。

从第一组比较值中的每一个导出距第一监测位置的相应故障距离提高了定位故障的方法的精度，因为存在多个相应的故障距离。例如，可以调查所有故障距离以定位电力传输介质中的故障的位置。

确定电力传输介质中的故障的位置的步骤还可以包括计算相应的故障距离中的每一个的平均值，以获得距第一监测位置的平均故障距离。

计算每个相应的故障距离的平均值以获得距第一监测位置的平均故障距离简化了故障的定位，同时提高了定位故障的方法的精度。

在本发明的实施例中，在第一监测位置处检测第一组传播故障信号的步骤，所述第一组传播故障信号附加包括：在所述多个频率中的相应的其它频率下的每个电气特性的一个或多个另外的传播故障信号，其中每个另外的传播故障信号由电力传输介质中的故障引起，

其中该方法包括以下步骤：

c)将每个电气特性的第一、第二和所述或每个另外的传播故障信号彼此比较，以获得多于一个的第一组比较值。

第一组传播故障信号附加包括在所述多个频率中的相应的其它频率下的每个电气特性的一个或多个另外的传播故障信号允许该方法包括监测电力传输介质的多个电气特性和在相应的其它频率下的一个或多个另外的传播故障信号的组合。因此，提高了故障定位方法的准确性。

应当理解，权利要求9至12中所述的任何步骤可以应用于第一组传播故障信号，该第一组传播故障信号附加包括：在所述多个频率中的相应的其它频率下的每个电气特性的一个或多个另外的传播故障信号，其中所述或每个另外的传播故障信号由电力传输介质中的故障引起。

可选地，该方法还包括以下步骤：

e)在第二监测位置处监测多个频率下的电力传输介质的电气特性；

f)在第二监测位置处检测第二组传播故障信号，所述第二组传播故障信号包括：在第一频率下的电气特性的第一传播故障信号，以及在第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质中的故障引起；

g)将第二组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得第二组比较值；和

h)通过从第二组比较值导出距第二监测位置的故障距离来确定电力传输介质中的故障的位置。

这样的附加步骤提高了定位故障的方法的精度，因为导出了距第一监测位置的故障距离并且还导出了距第二监测位置的故障距离，并且可以在采取进一步的动作之前比较这两个故障距离。当该方法应用于在受保护的电力传输介质上定位故障时，这可能是特别有利的，在该应用中，定位故障所花费的时间不像不受保护的电力传输介质那样关键。

应当理解，权利要求2至13中阐述的关于第一组传播故障信号的任何步骤都可以以相同的方式应用于第二组传播故障信号。因此，本申请涵盖权利要求2至13的措词，其中短语“第一组传播故障信号”被替换为“第二组传播故障信号”，并且其中短语“第一组比较值”被替换为短语“第二组比较值”，并且其中短语“第一监测位置”被替换为短语“第二监测位置”。

将第二组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较的步骤可以包括：将第一组传播故障信号中的第一传播故障信号与第二组传播故障信号中的第一传播故障信号进行比较以获得第一组合组比较值；以及将第一组传播故障信号中的第二传播故障信号与第二组传播故障信号中的第二传播故障信号进行比较以获得第二组合组比较值。

以上述方式比较第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号与第二组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号增加了在该方法中可以采取的后续步骤的灵活性，因为获得了多于一个的比较值。同时，由于从电力传输介质上的两个位置处的测量获得比较值，所以可以从比较值导出的所述或每个故障距离的精度增加。

可选地，确定电力传输介质中的故障的位置的步骤包括从第一和第二组合组比较值中的每一个导出距第一和第二监测位置中的一个的相应故障距离。

就这一点而言，从第一和第二监测位置中的哪一个导出故障距离将取决于在何处定位执行方法步骤所必需的设备的便利性。例如，在海上链路(offshore link)的情况下，陆上(onshore)的监测位置将是有利的，因为更容易接近设备。在网状网络的情况下，存在最多电缆连接的监测位置(即具有许多电缆连接的节点)将是有利的，因为单个设备可用于所有电缆连接。

该方法还可以包括以下步骤：

i)将第一组传播故障信号中的第一传播故障信号与第二组传播故障信号中的第一传播故障信号进行比较以获得第一组合组比较值；以及将第一组传播故障信号中的第二传播故障信号与第二组传播故障信号中的第二传播故障信号进行比较以获得第二组合组比较值。

以上述方式将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号与第二组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号进行比较的进一步步骤导致比较值的数量增加，即第一组比较值、第二组比较值、第一组合组比较值和第二组合组比较值。结果，进一步增加了确定故障位置的方法的后续步骤中的灵活性。

根据本发明的第二方面，提供了一种故障定位设备，其包括：

第一故障定位装置，用于在第一监测位置处监测多个频率下的电力传输介质的电气特性，第一故障定位装置被配置成在第一监测位置处检测第一组传播故障信号，第一组传播故障信号包括：在多个频率中的第一频率下的电气特性的第一传播故障信号和在多个频率中的第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质中的故障引起，第一故障定位装置还被配置成将第一组传播故障信号中的第一传播故障信号和第二传播故障信号彼此比较以获得第一组比较值，第一故障定位装置还被配置成通过从第一组比较值导出距第一监测位置的故障距离来确定电力传输介质中的故障的位置。

故障定位设备还可以包括：

第二故障定位装置，用于在第二监测位置处监测多个频率下的电力传输介质的电气特性，第二故障定位装置被配置成在第二监测位置处检测第二组传播故障信号，第二组传播故障信号包括：在第一频率下的电气特性的第一传播故障信号和在第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质中的故障引起，第二故障定位装置还被配置成将第二组传播故障信号中的第一传播故障信号和第二传播故障信号彼此比较以获得第二组比较值，第二故障定位装置还被配置成通过从第二组比较值导出距第二监测位置的故障距离来确定电力传输介质中的故障的位置。

本发明的设备与本发明的方法的对应步骤具有相同的优点。

应当理解，第一和第二故障定位装置也可以记录其监测的数据。这种数据可以在几秒钟的时间范围内被记录，然后被重新写入，除非检测到故障，在这种情况下，数据将被保存到另一种更永久的形式，以便可以在稍后的日期对其进行分析。以这种方式记录故障数据还意味着，如果需要，它可以用于离线确定故障位置。

现将参考附图借助于非限制性示例来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出了执行根据本发明的第一、第二、第三、第四和第五实施例的方法的故障定位设备的示意图；图2以图形格式示出了本发明的第一实施例；

图3(a)以图形格式示出了本发明的第二实施例；

图3(b)以图形格式示出了本发明的第二实施例；

图4示出了执行根据本发明的第六和第七实施例的方法的故障定位设备的示意图；和

图5以图形格式示出了本发明的第六实施例；

执行根据本发明的第一实施例的方法的故障定位设备通常由附图标记10表示，并在图1中示出。

故障定位设备10安装在电力传输介质12上。电力传输介质12在第一端子14和第二端子16之间延伸，并且在该实施例中具有至少100km的长度L。应当理解，电力传输介质12可以具有小于100km的长度L。电力传输介质12是DC电缆，其形成HVDC电网的一部分，但是也可以是AC电网的一部分，或者可以是架空线路(overhead line)。

故障定位设备10还包括定位在电力传输介质12上的第一监测位置20处的第一故障定位装置18。第一故障定位装置18被配置成执行本发明的第一至第五实施例的方法，如下面更详细描述的。

在图1所示的实施例中，第一监测位置20朝向第一端子14定位。第一监测位置18也可以定位在第一端子14处，或者也位于或朝向第二端子16。

根据本发明的第一实施例的方法包括以下步骤：

a)在第一监测位置20处监测多个频率下的电力传输介质12的电气特性；

b)在第一监测位置20处检测第一组传播故障信号，所述第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的电气特性的第一传播故障信号，以及在所述多个频率中的第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质12中的故障F引起；

c)将第一组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得第一组比较值；和

d)通过从第一组比较值导出距第一监测位置20的故障距离d_f1来确定电力传输介质12中的故障F的位置。

电气特性是流过电力传输介质12的电流I。电流I的第一传播故障信号是在多个频率中的第一频率下检测到的第一故障电流信号I_f1,1，并且电流I的第二传播故障信号是在多个频率中的第二频率下检测到的第二故障电流信号I_f1,2。电气特性也可以是电力传输介质12的电压。

第一频率为10kHz，第二频率为100Hz。第一和第二传播故障信号经由滤波器(未示出)例如带通滤波器检测。第一和第二频率也可以是其它值。

如图2所示，将第一组传播故障信号中的第一故障电流信号I_f1,1和第二故障电流信号I_f1,2彼此比较的步骤包括检测第一故障电流信号I_f1,1的到达时间t₁和检测第二故障电流信号I_f1,2的到达时间t₂。到达时间具有与权利要求中提到的检测时间相同的含义。

第一实施例的方法还包括以下步骤：获取第一故障电流信号I_f1,1的到达时间t₁与第二故障电流信号I_f1,2的到达时间t₂之间的差值，以获得在第一监测位置20处的时间间隔Δt₁(即，第一设置比较值)。

此外，确定电力传输介质12中的故障F的位置的步骤包括从第一监测位置20处的时间间隔Δt₁导出距第一监测位置20的故障距离d_f1。

信号以10kHz通过电力传输介质12的传播速度约为16x10⁷m/s，而信号以100Hz通过电力传输介质12的传播速度约为8x10⁷m/s。因此，当在电力传输介质12中发生故障F时，在第二频率下检测到故障电流之前，将在第一频率下检测所得到的故障电流。因此，第一故障电流信号I_f1,1将具有比第二故障电流信号I_f1,2的到达时间t₂更小(即更快)的到达时间t₁。

例如，如果故障F发生在距第一监测位置20 100km的故障距离d_f1处，则第一故障电流信号I_f1,1的到达时间t₁将是0.625ms，而第二故障电流信号I_f1,2的到达时间t₂将是1.25ms。因此，在第一监测位置20处所得到的时间间隔Δt₁将是0.625ms。

在另一示例中，如果故障F发生在距第一监测位置20 200km的故障距离d_f1处，则第一故障电流信号I_f1,1的到达时间t₁将是1.25ms，而第二故障电流信号I_f1,2的到达时间t₂将是2.5ms。因此，在第一监测位置20处所得到的时间间隔Δt₁将是1.25ms。

从上面给出的示例可以看出，时间间隔Δt₁随着故障距离d_f1的增加而线性增加。这样的关系使得能够从时间间隔Δt₁导出距第一监测位置20的故障距离d_f1。

更具体地，确定电力传输介质12中的故障F的位置的步骤包括将预定的一组比较值和对应的故障距离d_f1与获得的第一组比较值进行比较。换句话说，预定时间间隔Δt₁和距第一监测位置20的对应故障距离d_f1的查找表与获得的时间间隔Δt₁交叉引用。

一旦确定了故障F的位置，该方法就可以触发保护措施以清除故障，例如触发在电力传输介质12的任一端处的DC断路器。备选地或另外地，维护操作人员可以调查故障F并执行任何必要的修理。

现在将描述本发明的第二实施例，其中第二实施例具有图1中所示和上文结合本发明的第一实施例所述的特征。然而，在本发明的第二实施例中，将第一故障电流信号I_f1,1和第二故障电流信号I_f1,2彼此比较的步骤包括测量第一故障电流信号I_f1,1的幅度A₁和测量第二故障电流信号I_f1,2的幅度A₂。

此外，本发明的第二实施例的方法包括将第一故障电流信号I_f1,1的幅度A₁与第二故障电流信号I_f1,2的幅度A₂进行比较，以获得幅度比。

除了上述之外，本发明的第二实施例与本发明的第一实施例的不同之处在于，确定电力传输介质20中的故障F的位置的步骤包括从幅度比

导出距第一监测位置20的故障距离d_f1。

确定故障F的位置的步骤基于诸如电缆的电力传输介质12的传播特性的公式，该公式是：

[等式1]

其中：H(ω)是传播函数；

Y是电力传输介质12的并联导纳；

Z是电力传输介质12的串联导纳；

是角频率；

L是电力传输介质12的长度；

对于电缆，该公式意味着在较高频率测量的幅度比在较低频率测量的幅度衰减得更强。图3(a)示出了当距第一监测位置的故障距离d_f1为100km时第一故障电流信号I_f11的幅度A₁和第二故障电流信号I_f1,2的幅度A₂，而图3(b)示出了当距第一监测位置的故障距离d_f1为200km时第一故障电流信号I_f1,1的幅度A₁和第二故障电流信号I_f1,2的幅度A₂。可以看出，第一故障电流信号I_f1,1的幅度A₁和第二故障电流信号I_f1,2的幅度A₂之间的幅度的差值ΔA对于位于更远离第一监测位置20的故障F(即，在图3(b)中)大于对于位于更靠近第一监测位置20的故障F(即，在图3(a)中)的幅度的差值ΔA。

第二实施例还包括在第一和第二频率的每一个下计算

的值的步骤。

的值也可以例如在电力传输介质12的调试期间测量。

然后，可以通过使用以下公式导出故障距离：

[等式2]

其中：d_f1是距第一监测位置20的故障距离；

A₁是第一故障电流信号I_f1,1的测量幅度；

A₂是第二I_f1,2的测量幅度；

∝₁是第一频率下的实际

值；

∝₂是第二频率下的实际

值。

因此，在故障距离d_f1和幅度比

之间存在关系，并且这种关系用于确定电力传输介质12中的故障F的位置。更具体地，与第一实施例一样，将幅度比

与预定的一组幅度比

和对应的故障位置d_f1进行比较。或者，如上所述，故障距离d_f1直接从等式2计算。

在本发明的其它实施例中，获得第一监测位置20处的时间间隔Δt₁和幅度比

使得导出距第一监测位置20的相应故障距离。由此，导出两个故障距离；一个从时间间隔Δt₁导出，另一个从幅度比

导出。两个故障距离(如果彼此不同)可以由维护操作人员调查以例如修复故障。或者，可以计算两个故障距离的平均值。

现在将描述本发明的第三实施例，其中第三实施例具有图1中所示和上文结合本发明的第一实施例所述的特征。本发明的第三实施例与本发明的第一实施例的不同之处在于，在第一监测位置20处监测的步骤包括在多个频率下监测电力传输介质12的电流和电压，即，监测两个电气特性。

此外，在第三实施例中，第一组传播故障信号包括：在多个频率中的第一频率下的电流和电压中的每一个的第一传播故障信号，以及在多个频率中的第二频率下的电流I和电压中的每一个的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质12中的故障F引起。

这样，第一组传播故障信号包括两个第一传播故障信号和两个第二传播故障信号。本实施例中的两个第一传播故障信号是第一故障电流信号(在第一频率下检测)和第一故障电压信号(在第一频率下检测)，而两个第二传播故障信号是第二故障电流信号(在第二频率下检测)和第二故障电压信号(在第二频率下检测)。

测量第一和第二故障电流信号中的每一个的到达时间，然后进行比较，以获得第一监测位置20处的第一时间间隔。还测量第一和第二故障电压信号中的每一个的到达时间，然后进行比较，以获得第一监测位置20处的第二时间间隔。这样，获得两个第一组比较值。

接下来，第三实施例的方法从第一监测位置20处的第一和第二时间间隔中的每一个导出距第一监测位置20的第一和第二故障距离。

本发明的第三实施例还包括计算第一和第二故障距离的平均值以获得距第一监测位置20的平均故障距离的步骤。然后使用平均故障距离来确定电力传输介质12中的故障F的位置。

或者，可由维护操作人员调查距第一监测位置20的第一和第二故障距离中的每一个。也可以通过选择第一监测位置20处的第一时间间隔和第二时间间隔中的一个来导出距第一监测位置20的单个故障距离，以在确定故障位置的后续步骤中使用。

第三实施例中的比较值也可以是幅度比，如上文结合本发明的第二实施例所述。比较值也可以是第一监测位置20处的时间间隔和幅度比两者的混合。

现在描述本发明的第四实施例，其具有第三实施例的特征。第四实施例与第三实施例的不同之处在于，它包括计算第一监测位置20处的第一和第二时间间隔的平均值以获得平均时间间隔(即平均比较值)的步骤。

然后在本发明的第四实施例中使用平均时间间隔来导出距第一监测位置20的故障距离，以便确定电力传输介质12中的故障F的位置。

非常类似于本发明的第三实施例，第四实施例中的比较值也可以是幅度比，从而计算平均幅度比。

现在描述本发明的第五实施例，其具有如上所述和如图1所示的本发明的第一实施例的特征。本发明的第五实施例与第一实施例的不同之处在于，第一组传播故障信号附加包括：在多个频率中的另一频率下的电流的另一传播故障信号，其中所述或每个另外的传播故障信号由电力传输介质12中的故障F引起。

更具体地，在本发明的第五实施例中，在相应的第一、第二和第三频率下检测第一、第二和第三故障电流信号。

本发明的第五实施例还包括将第一、第二和第三故障电流信号彼此比较以获得多于一个的第一组比较值的步骤。

特别地，测量第一、第二和第三故障电流信号中的每一个的到达时间，其提供第一、第二和第三到达时间。然后，将第一和第二到达时间相比较(即相减)，以获得第一时间间隔。比较第二和第三到达时间以获得第二时间间隔，并且比较第一和第三到达时间以获得第三时间间隔。这样，第一、第二和第三故障电流信号的每个到达时间与第一、第二和第三故障电流信号的每个其它到达时间进行比较。

因此，上述步骤在第一监测位置20处获得三个第一组比较值。

也可以仅比较第一和第二到达时间以及第二和第三到达时间，以便仅获得第一和第二时间间隔，即两个第一组比较值。

接下来，第一、第二和第三时间间隔中的每一个被用于导出距第一监测位置的相应的故障距离。换句话说，从第一时间间隔导出第一故障距离，从第二时间间隔导出第二故障距离，并且从第三时间间隔导出第三故障距离。

然后，第一、第二和第三时间间隔中的每一个被用于导出距第一监测位置20的相应的第一、第二和第三故障距离。就这一点而言，查找表用于将每个时间间隔与查找表中的值进行比较，以便确定距第一监测位置20的相应的第一、第二和第三故障距离。例如，第一、第二和第三频率可以是100Hz、500Hz和10kHz，使得在100和500Hz之间获得第一时间间隔。查找表中的一列将对应于在100和500Hz之间获得的时间间隔的距离，因此该列将用于确定对应的第一故障距离。对于在500Hz和10kHz之间获得的时间间隔以及对于在10和500kHz之间获得的时间间隔的单独的列也将用来确定对应的第二和第三故障距离。

然后计算第一、第二和第三故障距离的平均值以获得距第一监测位置20的平均故障距离，并且因此由平均故障距离确定电力传输介质12中的故障的位置。

或者，可以选择第一、第二和第三时间间隔中的一个来导出距第一监测位置20的单个故障距离。

应当理解，根据本发明的第五实施例的方法可以结合第一和第二电气特性(即，如结合第三实施例所述)来执行。

还应当理解，根据本发明的第五实施例的方法中的第一组比较值也可以是幅度比(即，如结合本发明的第二实施例所述)。

执行根据本发明的第六实施例的方法的故障定位设备通常由附图标记100表示，并在图4中示出。

故障定位设备100包括图1所示的故障定位设备10的相同特征，并且相同特征具有相同的附图标记。

图4的故障定位设备100与图1的故障定位设备10的不同之处在于，其附加地包括在第二监测位置120处的第二故障定位装置118。

第二监测位置120朝向与第一端子14相对的第二端子16定位。第二监测位置120也可以定位在沿着电力传输介质12的任何地方。

根据本发明的第六实施例的方法包括根据本发明的第一实施例的所有步骤。本发明的第六实施例的方法附加包括以下步骤：

e)在第二监测位置120处监测多个频率下的电力传输介质12的电气特性；

f)在第二监测位置120处检测第二组传播故障信号，所述第二组传播故障信号包括：在第一频率下的电气特性的第一传播故障信号，以及在第二频率下的电气特性的第二传播故障信号，其中每个传播故障信号由电力传输介质12中的故障F引起；

g)将第二组传播故障信号中的第一和第二传播故障信号彼此比较以获得第二组比较值；和

h)通过从第二组比较值导出距第二监测位置120的故障距离来确定电力传输介质12中的故障F的位置。

在该实施例中，在第二监测位置处监测的电气特性也是电流I，使得第二组传播故障信号包括第一频率下的第一故障电流信号I_f2,1和第二频率下的第二故障电流信号I_f2,2。

在本发明的其它实施例中，在第二监测位置120处监测的电气特性也可以是电压。

如图5所示，在第二监测位置120处检测第一故障电流信号I_f2,1和第二故障电流信号I_f2,2中的每一个的到达时间t₁、t₂。

然后将第二监测位置120处的第一和第二到达时间相比较(即相减)，以获得第二监测位置120处的时间间隔Δt₂形式的第二组比较值。

然后使用第二监测位置120处的时间间隔Δt₂来导出距第二监测位置120的故障距离d_f2。这样，导出了两个故障距离：距第一监测位置20的故障距离d_f1和距第二监测位置120的故障距离d_f2。

上述故障距离d_f1、d_f2中的每一个可以由维护操作人员调查。

应当理解，根据本发明的第六实施例的方法可以包括在第二监测位置120监测第一和第二电气特性的步骤(即，如第三实施例中结合第一监测位置所描述的)。

还应当理解，根据本发明的第六实施例的方法中的第二组比较值也可以是第二监测位置120处的幅度比(即，如本发明的第二实施例中结合第一监测位置所描述的)。

现在将描述根据本发明的第七实施例的方法，该方法具有如上所述和如图4所示的本发明的第六实施例的特征。本发明的第七实施例与第六实施例的不同之处在于，它包括将第一监测位置20处的第一到达时间与第二监测位置120处的第一到达时间进行比较(即相减)以获得第一组合时间间隔(即第一组合组比较值)的步骤。以类似的方式，将第一监测位置20处的第二到达时间与第二监测位置120处的第二到达时间进行比较，以获得第二组合时间间隔，即第二组合组比较值。

在本发明的该实施例中，在第一监测位置20和第二监测位置120处获得第一和第二组合时间间隔来代替第一和第二时间间隔，即，使得该方法包括仅获得第一和第二组合时间间隔。或者，除了在第一监测位置20处的第一和第二时间间隔之外，还可以获得第一和第二组合时间间隔，但是代替在第二监测位置120处获得第一和第二时间间隔，即，使得该方法包括获得在第一监测位置20处的第一和第二时间间隔以及第一和第二组合时间间隔。除了获得在第一监测位置20和第二监测位置120两者处的第一和第二时间间隔之外，也可以获得第一和第二组合时间间隔，即，使得该方法包括获得在第一监测位置20处的第一和第二时间间隔、在第二监测位置120处的第一和第二时间间隔、以及第一和第二组合时间间隔。

根据本发明的第七实施例的方法还包括从第一和第二组合时间间隔中的每一个导出相应故障距离的步骤。这是通过使用查找表来实现的，该查找表包括与进行测量的不同频率相关的单独列。例如，从第一故障电流信号I_f1.1在第二监测位置120处的到达时间减去第一故障电流信号I_f1,1在第一监测位置20处的到达时间t₁。这种相减产生与电缆中心相关的故障距离，因为如果故障发生在电力传输介质12的中心，相减将等于零。然后，该值可以与查找表上相对于第一监测位置20和第二监测位置120之一的距离相关。

在本发明的第七实施例中，使用例如GPS使第一监测位置20和第二监测位置120两者时间同步。

应当理解，根据本发明的第七实施例的方法可以包括在第二监测位置120监测第一和第二电气特性的步骤(即，如第三实施例中结合第一监测位置所描述的)。

还应当理解，根据本发明的第七实施例的方法中的第二组比较值也可以是第二监测位置120处的幅度比(即，如本发明的第二实施例中结合第一监测位置所描述的)。

Claims (18)

1.一种定位电力传输介质(12)中的故障的方法，所述方法包括以下步骤：

在第一监测位置（20）处监测多个频率下的电力传输介质（12）的电气特性；

在所述第一监测位置（20）处检测第一组传播故障信号，所述第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的所述电气特性的第一传播故障信号（I_f1,1），以及在所述多个频率中的第二频率下的所述电气特性的第二传播故障信号（I_f1,2），其中每个传播故障信号由所述电力传输介质（12）中的所述故障引起；

将所述第一组传播故障信号中的所述第一和第二传播故障信号（I_f1,1 ,I_f1,2）彼此比较以获得第一组比较值；和

通过从所述第一组比较值导出到所述第一监测位置(20)的故障距离来确定所述电力传输介质(12)中的所述故障的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一组传播故障信号中的所述第一和第二传播故障信号彼此比较的步骤包括：将所述第一传播故障信号（I_f1,1）的检测时间与所述第二传播故障信号（I_f2,2）的检测时间进行比较，以获得检测所述第一传播故障信号（I_f1,1）和所述第二传播故障信号（I_f1,1）之间的时间间隔(Δt₁);并且

其中，确定所述电力传输介质(12)中的所述故障的位置的步骤包括从所述时间间隔导出距所述第一监测位置(20)的故障距离(d_f1)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述第一组传播故障信号中的所述第一和第二传播故障信号（I_f1,1 ,I_f1,2）彼此比较的步骤包括将所述第一传播故障信号（I_f1,1）的幅度与所述第二传播故障信号（I_f2,2）的幅度进行比较以获得幅度比；并且

其中，确定所述电力传输介质中的所述故障的位置的步骤包括从所述幅度比导出距所述第一监测位置的故障距离。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一监测位置(20)处监测的步骤包括在多个频率下监测所述电力传输介质(12)的多个电气特性；并且

其中，在所述第一监测位置（20）处检测第一组传播故障信号的步骤，所述第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的所述第一频率下的每个电气特性的第一传播故障信号，以及在所述多个频率中的所述第二频率下的每个电气特性的第二传播故障信号，其中，每个传播信号由所述电力传输介质（12）中的所述故障引起。

5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：

c)将所述电气特性中的每一个的所述第一和第二传播故障信号（I_f1,1 ,I_f1,2）彼此比较以获得相应的第一组比较值；

其中，确定所述电力传输介质(12)中的所述故障的位置的步骤包括从所述相应的第一组比较值中的每一个导出距所述第一监测位置(20)的相应故障距离(d_f1)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述电力传输介质(12)中的所述故障的位置的步骤还包括计算所述相应故障距离中的每一个的平均值,以获得距所述第一监测位置(20)的平均故障距离。

7.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：

c)将所述电气特性中的每一个的所述第一和第二传播故障信号（I_f1,1 ,I_f1,2）彼此比较以获得相应的第一组比较值，并且计算所述相应的第一组比较值中的每一个的平均值以获得平均的第一组比较值；

其中，确定所述电力传输介质中的所述故障的位置的步骤包括从所述平均的第一组比较值导出距所述第一监测位置的故障距离。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一监测位置(20)处检测第一组传播故障信号的步骤，所述第一组传播故障信号附加地包括：在所述多个频率中的相应的其它频率下的所述电气特性的一个或多个另外的传播故障信号，其中，所述一个或多个另外的传播故障信号由所述电力传输介质(12)中的所述故障引起，

其中，所述方法包括以下步骤：

c)将所述第一、第二和所述一个或多个另外的传播故障信号彼此比较，以获得多于一个的第一组比较值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第一、第二和所述一个或多个另外的传播故障信号（I_f1,1 ,I_f1,2）彼此比较的步骤包括将所述第一、第二和所述一个或多个另外的传播故障信号中的每一个与所述另一个第一、第二和所述一个或多个另外的传播故障信号中的每一个进行比较。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述电力传输介质（12）中的所述故障的位置的步骤包括从所述第一组比较值中的每一个导出距所述第一监测位置（20）的相应故障距离。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述电力传输介质（12）中的所述故障的位置的步骤还包括计算所述相应故障距离中的每一个的平均值，以获得距所述第一监测位置（20）的平均故障距离。

12.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述第一监测位置（20）处检测第一组传播故障信号的步骤，所述第一组传播故障信号附加地包括：在所述多个频率中的相应的其它频率下的每个电气特性的一个或多个另外的传播故障信号，其中，每个另外的传播故障信号由所述电力传输介质（12 ）中的所述故障引起，

其中，所述方法包括以下步骤：

c)将每个电气特性的所述第一、第二和所述一个或多个另外的传播故障信号彼此比较，以获得多于一个的第一组比较值。

13.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

e)在第二监测位置（120）处监测多个频率下的所述电力传输介质（12）的电气特性；

f)在所述第二监测位置（120）处检测第二组传播故障信号，所述第二组传播故障信号包括：在所述第一频率下的所述电气特性的第一传播故障信号，以及在所述第二频率下的所述电气特性的第二传播故障信号，其中，每个传播故障信号由所述电力传输介质（12）中的所述故障引起；

g)将所述第二组传播故障信号中的所述第一和第二传播故障信号彼此比较以获得第二组比较值；和

h)通过从所述第二组比较值导出距所述第二监测位置（120）的故障距离来确定所述电力传输介质（12）中的所述故障的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述第二组传播故障信号中的所述第一和第二传播故障信号彼此比较的步骤包括：将所述第一组传播故障信号中的所述第一传播故障信号与所述第二组传播故障信号中的所述第一传播故障信号进行比较以获得第一组合组比较值，以及将所述第一组传播故障信号中的所述第二传播故障信号与所述第二组传播故障信号中的所述第二传播故障信号进行比较以获得第二组合组比较值。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述电力传输介质（12）中的所述故障的位置的步骤包括从所述第一和第二组合组比较值中的每一个导出距所述第一和第二监测位置（20，120）中的一个的相应故障距离。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：

i)将所述第一组传播故障信号中的所述第一传播故障信号与所述第二组传播故障信号中的所述第一传播故障信号进行比较以获得第一组合组比较值；以及将所述第一组传播故障信号中的所述第二传播故障信号与所述第二组传播故障信号中的所述第二传播故障信号进行比较以获得第二组合组比较值。

17.一种故障定位设备（10），包括：

第一故障定位装置（18），用于在第一监测位置（20）处监测多个频率下的电力传输介质（12）的电气特性，所述第一故障定位装置（18）被配置成在所述第一监测位置（20）处检测第一组传播故障信号，所述第一组传播故障信号包括：在所述多个频率中的第一频率下的所述电气特性的第一传播故障信号（I_f1,1）和在所述多个频率中的第二频率下的所述电气特性的第二传播故障信号（I_f1,2），其中，每个传播故障信号由所述电力传输介质（12）中的所述故障引起，所述第一故障定位装置还被配置成将所述第一组传播故障信号中的所述第一传播故障信号和所述第二传播故障信号彼此比较以获得第一组比较值，所述第一故障定位装置（18）还被进一步配置成通过从所述第一组比较值导出距所述第一监测位置（20）的故障距离来确定所述电力传输介质（12）中的所述故障的位置。

18.根据权利要求17所述的故障定位设备，还包括：

第二故障定位装置（118），用于在所述第二监测位置（120）处监测多个频率下的所述电力传输介质（12）的电气特性，所述第二故障定位装置（118）被配置成在所述第二监测位置（120）处检测第二组传播故障信号，所述第二组传播故障信号包括：在所述第一频率下的所述电气特性的第一传播故障信号和在所述第二频率下的所述电气特性的第二传播故障信号，其中，每个传播故障信号由所述电力传输介质（12）中的所述故障引起，所述第二故障定位装置（118）还被配置成将所述第二组传播故障信号中的所述第一传播故障信号和所述第二传播故障信号彼此比较以获得第二组比较值，所述第二故障定位装置（118）还被配置成通过从所述第二组比较值导出距所述第二监测位置（120）的故障距离来确定所述电力传输介质中的所述故障的位置。

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