CN102187539B

CN102187539B - 用于mv配送电路中的自适应故障检测的装置和方法

Info

Publication number: CN102187539B
Application number: CN200980140808.7A
Authority: CN
Inventors: M·J·穆萨维; J·J·麦克戈万; J·斯图皮斯; V·D·唐德
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2029-09-04
Also published as: RU2475913C2; US20100066381A1; RU2011113551A; CN102187539A; WO2010028286A1; CA2736459C; CA2736459A1; US8390302B2; EP2332225A1; EP2332225B1

Abstract

提供一种方法和可操作用以执行该方法的保护设备，其中该方法用于检测和分析在三相馈线***中传送电力的第一线缆和一个或者多个其他线缆中的故障。比较第一线缆中的电流幅度与阈值水平。如果电流量值幅度超过阈值水平，则测量该状况的持续时间。如果持续时间落入预定持续时间范围内，则允许经过预定时间间隔，然后确定是否在该一个或者多个其他线缆中检测到故障。如果在该一个或者多个其他线缆中未检测到故障，则确定馈线***中发生了单相故障。

Description

用于MV配送电路中的自适应故障检测的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请按照35U.S.C 119(e)要求对2008年9月8日提交的发明名称为“Field Investigation and Analysis of Incipient Faults Leadingto a Catastrophic Failure in an Underground Distribution Feeder”的第61/095,170号美国临时专利申请的优先权，通过引用将其整体结合于此。

技术领域

本发明涉及电力配送***中的故障检测。它具体应用于检测和通知在常规馈线保护智能电子设备(IED)通常检测不到的高架和地下馈线中的细微馈线故障。

背景技术

地下和高架馈线和线缆是电力输送和配送中的关键部件。然而遗憾的是，高架馈线和线缆可能往往有在两相或者更多相之间或者在一相或者多相与地之间的短路或者以别的方式的异常低的阻抗连接。包括线缆故障的这些和其他馈线故障可能由多个因素引起，这些因素包括人为错误(例如意外切断或者破坏线缆)、气候条件(例如降雨量、地震活动或者闪电雷击)、动物活动和线缆或者它的关联设备由于绝缘体老化而故障或者退化。另外，包括线缆故障的馈线故障可能导致停电，这对于受到影响的客户而言不便并且对于涉及到的电业公司可能成本高昂。

一类馈线故障是自清除故障。尽管自清除故障可能具有任何数目的根源起因，但是它们通常具有不足以使相关保护设备脱扣的暂时持续时间。在实践中，多数自清除故障的持续时间通常小于电力***频率的约一(1)至两(2)个周期，并且在许多情况下小于一(1)个周期。

一种可以生成自清除线缆故障的机制是在多个线缆相之间或者在线缆相与地之间的绝缘体中的暂时击穿。这样的故障经常由在线缆衔接或者接头的潮气而引起或者加剧，并且通常以持续时间约为四分之一到半个周期(即在六十赫兹(60Hz)***中为大致四(4)至八(8))毫秒(ms)的升高或者故障电流为特征。故障电流的开始通常出现于电场应力最高的电压峰值出或者其附近。随着情形恶化，这些故障的频率和严重性往往随时间而更为恶化，从而以最终线缆故障和作为结果的停电而告终。

已经开发了检测装置以识别自清除故障。例如参见：(i.)Kojovic等人的Sub-Cycle Overcurrent Protection for Self-ClearingFaults Due to Insulation Breakdown(1999)；以及(ii.)于2001年3月6日授于Newton等人的第6,198,401号美国专利Detection of Sub-Cycle，Self-Clearing Faults。在现有技术的故障检测设备(比如上述那些设备)中，自动确定瞬态故障为与线缆退化关联的类型的自清除故障。然而，发明人已经确定这样的瞬态故障未必是可归因于线缆退化的自清除故障。在一些实例中，这样的瞬态故障可以归因于来自另一线缆或者来自环境的电弧传播或者对多个线缆有影响的其他因素。

另外，在常规设备中，用户必须手动地适当设置程序设置以便算法恰当工作。设置参数需要预先了解***参数、负载电流以及故障电流水平。当第一次输入设置时可以解决这个问题，但是故障电流和电路加载由于电路的手动或者自动化切换和重新配置而受到频繁改变。当重新配置电路时，算法设置需要相应地改变以反映电路的最新状态。实时自动改变参数至今尚未成为普遍做法。通过利用自适应设置，算法动态地适应于变化环境并且自行预备正确操作而无用户干预。

最后，常规故障检测功能通常驻留于具有固定实现的保护继电器这一级。这个以继电器为中心的架构的一个结果在于该装置与变电站自动化(SA)、配电自动化(DA)、馈线自动化(FA)或者其他自动化***的集成相对较差。另外，该装置需要使用必须紧密耦合到保护继电器的专用硬件平台。另外，该检测技术已经相对不复杂并且利用瞬态故障电流。虽然这使检测延迟最少，但是若无恰当滤波，则这些技术可能容易有噪声和异常值从而导致多余误警。

本发明针对解决现有技术故障检测方法和装置的前述缺陷的方法和装置。

发明内容

根据本发明，提供一种计算机实施的方法，用于检测和分析具有第一线缆和一个或者多个其他线缆的三相馈线***中的故障。根据该方法，确定第一线缆中的电流幅度。比较该电流幅度与阈值水平。如果电流幅度超过阈值水平，则测量电流幅度在阈值水平以上停留多久。如果电流幅度在阈值水平以上停留的持续时间落在预定持续时间范围内，则启动计时器。在计时器测量预定时间间隔之后，确定是否在该一个或者多个其他线缆中检测到故障。如果在该一个或者多个其他线缆中未检测到故障，则确定馈线***中发生了单相故障。

根据本发明还提供一种可操作用以执行前述方法的保护设备。

附图说明

本发明的特征、方面和优点通过参照下文描述、所附权利要求和以下附图将变得更好理解：

图1示出了电力配送***以及控制和监视***的示意图；

图2示出了连接到保护***的变电站智能***的示意图；

图3示出了在保护***的保护继电器中存储和执行的故障检测程序的示意图；

图4示出了故障检测程序的操作流程图的第一部分；

图5示出了流程图的第二部分；

图6示出了在监视时段中针对初期故障的瞬时峰值电流的绝对值绘图；

图7示出了在监视时段中针对初期故障的rms负载电流的绘图；以及

图8示出了在监视时段中针对初期故障的参照rms负载电流标准化的瞬时峰值故障电流的绝对值绘图。

具体实施方式

应当注意，在下文具体描述中，相同部件无论它们是否在本发明的不同实施例中均被示出都具有相同参考标号。也应当注意，为了清楚和简洁地公开本发明，附图未必是按比例的，并且可能用有些示意的形式示出本发明的某些特征。

现在参照图1，示出了包括变电站12和一个或者多个馈线14的电力配送***10，该馈线将电力从变电站向客户驻地传送。变电站12包括电力变压器、高压和低压开关设备、断路器、变电站智能电子设备(IED)、保护***24、智能***16和通信接口18。如在电力配送***中通常遇到的那样，馈线14包括现场设备(比如架空/地下线缆、配送变压器、电容器、自动重合闭合开关、负载断路开关、现场IED)以及其他设备和资产。在图1中所示本例中，馈线14包括线缆20(包括主线缆和旁支线缆)、熔丝21和设备控制器22(比如开关/自动重合开关控制器)。

馈线14操作上连接到智能***16。根据给定***的架构，智能***16可以作为变电站自动化***、馈线自动化***或者配电自动化***中的一个或者多个***来工作。

监控和数据采集(SCADA)***42经由一个或多个适当通信接口43连接到通信网络36。SCADA***42通常位于变电站12远处并且为多个变电站和/或电力配送***的其他部件提供监控功能。

智能***16还可以连接到一个或者多个企业计算机***44、比如数据仓库、数据市场、规划***、地理信息***(GIS)或者集中维护管理***(CMMS)，这些***类似地通过一个或多个通信接口46连接到通信网络36。

如上文所言，线缆20包括一个或者多个馈线线缆。馈线线缆用来提供在变电站的输出与下游主要电路的输入之间的电连接。离开变电站12的馈线线缆有时称为变电站出口线缆。根据选址和其他考虑，一些或者所有线缆20可以安装于地下，因此是地下线缆。

保护***24通常包括一个或者多个保护继电器和关联电路断路器或者自动重合开关。保护继电器有利地实施为基于IED的设备，这些设备除了其他功能之外还监视它们的关联线缆20的电压、电流和其他相关参数，以例如检测各种故障状况，比如由电流、电压和/或频率扰动所引起的故障状况，并且这些故障状况可以由包括线缆故障的馈线故障而引起或者可以并非由其引起。

如图2中所示，智能***16包括在一个或者多个计算机30上运行的数据库26和智能程序28以及人机接口(HMI)34。通信接口18将智能***16连接到可以包括局域网(LAN)、因特网或者其他通信网络的通信网络36。智能***16可以使用DNP3协议、PPP协议、MODBUS协议或者TCP/IP协议通过通信网络36来与设备控制器22通信。

特别参照图2，其中示出了包括保护继电器48和关联控制设备49如自动重合开关或者断路器的保护***24a。保护***24a如图1中所示位于变电站中。备选地，保护***24a可以位于智能***16远处(例如，相距大于约四分之一英里)。保护继电器48是IED并且包括微处理器或者中央处理单元(CPU)50、存储器52和人机接口(HMI)54，该HMI可以包括显示屏和用户输入设备，如键区。保护继电器48连接到电流互感器56a、56b、56c和电压互感器58a、58b、58c，这些电流和电压互感器分别测量在分别输送三相电力的三个线缆20a、20b、20c中的电流和电压。保护继电器48连接到控制设备49并且向控制设备49提供控制信号。保护继电器48也通过通信网络36和通信接口18连接到智能***16。保护继电器48具有多个瞬时、有限时间延迟和反时间延迟过电流元件(相、中性、接地/灵敏接地和负序)。

异常检测和数据捕获(ADDC)程序60存储于存储器52中并且由CPU 50执行。ADDC程序60通过HMI 54接收用户输入。ADDC程序60监视分别由电流互感器56和电压互感器58测量的在线缆20中的电流和电压。ADDC程序60还监视控制设备49的操作，并且可以监视保护继电器48从其他现场设备所接收的信息，该其他现场设包括其他电流和电压互感器以及其他保护继电器。ADDC程序60可操作用以基于可以通过HMI 54向ADDC程序60中输入的用户可选标准来检测故障或者异常。在本发明的一个实施例中，ADDC程序60可操作用以检测三个不同类型的异常：过电流突发(burst)、电压偏离和过电流元件脱扣。

ADDC程序60检测持续的时间小于可编程时间阈值设置(以毫秒或者周期为单位)的过电流“突发”。例如，用户可以将阈值设置成约一个周期(约16毫秒)。ADDC程序60可以使用对本身具有可编程设置的保护继电器48的所选过电流保护元件的拾取，来检测过电流突发。用户可以通过HMI 54来选择特定的过电流保护元件。例如，ADDC程序60可以选择保护继电器48的瞬时接地时间过电流保护元件用于在检测过电流突发时使用。当使用这样的过电流保护元件时，将阈值设置成所选过电流保护元件拾取设置的可编程百分比(例如50％)。

ADDC程序60检测持续的时间比可编程时间阈值设置(以周期为单位)更久的、比标称电压设置的可编程百分比阈值(例如10％)更大的电压偏离。用户可以通过HMI 54设置百分比阈值和时间阈值。

ADDC程序60检测一个或者多个过电流保护元件中的任一个的任何脱扣。

在检测到异常如过电流突发时，ADDC程序60捕获在可编程收集时间段内的数字故障记录(DFR)数据(比如电压、电流和其他示波数据)，并且设置表明出现异常的DFR标志。通常，ADDC程序60按照每周期(约16毫秒)32个或者更多样本的速率取得电压和/或电流样本。将DFR数据格式化，以便以已知的瞬时数据交换共用格式(COMTRADE)或者其他适当文件格式进行传输，然后通过通信网络36向智能***16发送该数据。根据异常的性质和严重性，保护继电器48也可以使关联控制设备49脱扣。用户通过HMI 54设置对DFR数据进行收集的收集时段。收集时段例如可以大于一个周期。例如，收集时段可以是五、十或者十五个周期或者某一其他时段。

根据故障检测程序64安装和操作于何处，故障检测程序64与ADDC程序60串行或者并行地操作。就这一点而言，故障检测程序64可以存储于存储器52中，并且由保护继电器48的CPU 50执行，或者故障检测程序64可以存储于计算机存储器中并且由智能***16中的一个或者多个计算机30执行。在前一情况下，故障检测程序64与ADDC程序60实时并行运行。在后一情况下，故障检测程序64与ADDC程序60串行运行并且对ADDC程序60向智能***16发送的DFR数据进行操作。故障检测程序64根据故障检测程序64位于何处，通过HMI 54或者HMI 34接收用户输入。

又一可能性在于，故障检测程序64存储于与保护继电器48分离但与保护继电器48通信的IED中并且由IED执行。这样的IED可以位于变电站12中或者可以位于变电站12远处。这样的IED也可以与智能***16或者保护***24通信。

一般而言，故障检测程序64如图3中所示包括分析模块66和判定模块68。

分析模块66包括三个离散傅里叶变换(DFT)模块70a、70b、70c，每个DFT模块用于由线缆20a、20b、20c输送的电力中的一相。各DFT模块70接收与DFT模块70关联的电流互感器56所测量的电流样本。如果故障检测程序64位于智能***16中，则从DFR数据获得电流样本。DFT模块70针对每第四个样本有中断，其中前三个样本和第四样本存储于环形缓存器中，该缓存器具有用于存储最近十六个电流样本的容量。在每次中断，DFT模块70使用环形缓存器中存储的后四个电流样本加上前十二个电流样本来计算半周期DFT。半个周期对于60Hz电力而言约为8ms。DFT模块70具有分别与DFT的实部和虚部对应的estimateReal(估计值实部)和estimateImg(估计值虚部)这两个输出。

各DFT模块70连接到幅度模块72，该幅度模块接收DFT模块70的输出并且使用它们来计算在电力的基频(例如60Hz)处的电流幅度(下文应当称之为DFT幅度)。DFT幅度存储于阵列缓存器中，并且发往监视DFT幅度的子模块74。

各子模块74具有事件计数器和故障计数器。在各中断，如果DFT幅度超过最大电流水平，则事件计数器以一递增。事件计数器继续递增直至电流幅度降至最大电流水平以下(这时重置计数器)。当电流幅度确实降至预定电流水平以下时，子模块74确定是否出现了故障。如果计数器数目落在低水平和高水平所确定的范围内，则子模块74确定出现了故障。在一个实施例中，低水平为二(四分之一周期)而高水平为四十(5个周期)。用户可以通过HMI 34或者54来改变该低水平和高水平。如果子模块74确定出现了故障，则子模块74递增故障计数器，该故障计数器对故障发生的次数进行计数。子模块74a、74b、74c中的故障计数器的值sc-a、sc-b和sc-c被输出至判定模块68。

在各子模块74中，基于子模块74是在固定模式还是自适应模式中操作(用户可以通过HMI 34或者54对其进行选择)，来确定用以确定是否出现了故障的最大电流水平。

在固定模式中，将最大电流水平设置成等于用户通过HMI 34或者54输入(选择)的固定或者预设阈值。

在自适应模式中，将最大电流水平设置成等于如下自适应阈值，该阈值是DFT幅度(针对与子模块74关联的相)在预定数目的先前电力周期内的平均值的倍数，或者如果有边界条件则为固定最小值。在线缆20刚好开始启动输送电流时(比如在负载拾取或者其他电流涌入情形的情况下)，可能存在边界条件。固定最小值由用户通过HMI 34或者54来输入，并且可以对应于或者等于线缆20作为其一部分的馈线的绝对最小负载。用来计算平均DFT幅度的先前周期的预定数目可以是二、三、四或者五个或者更多先前周期。在本发明的一个实施例中，预定数目为三。用来根据平均DFT幅度计算最大电流水平的倍数可以在从1.5至3的范围中，更特别地在从1.5至2.5的范围中，甚至更特别地为二(倍)。

判定模块68接收子模块74a、74b、74c中的计数器的值sc-a、sc-b和sc-c。如果判定模块68检测到sc-a、sc-b和sc-c之一的值从上次中断起发生改变，则判定模块68确定故障已经刚好出现于与改变的值对应的相中，并且将输出SCFDDetect(SCFD检测)升至高(布尔一)。此外，启动计时器。在计时器测量预定时间段(可以约为一个周期或者16ms)之后，判定模块68确定是否已经在该预定时间段期间出现其他两相中的故障(如相关子模块74确定的那样)。换而言之，判定模块68确定sc-a、sc-b和sc-c中的其他两个的值是否有改变。如果故障出现于另外两相中的一相或者两相中，则判定模块68确定故障为多相故障而非单相故障。判定模块68然后将输出EventDetect-multiphase(事件检测-多相)升至高。然而如果故障尚未出现于另外两相中的任一相中，则判定模块68确定故障为单相故障。判定模块68然后针对其中检测到故障的相的线缆20，升高输出DetectedFault-(a，b或者c)(检测到的故障t-(a，b或者c))。此外，判定模块68递增用于该相(线缆20)的故障计数器，该计数器保持对在该相(线缆20)中检测到单相故障的次数的连续计数。计数器中的计数被输出为SC-a、SC-b和SC-c。

现在参照图4和图5，示出了故障检测程序64的流程图。在步骤100中，程序64开始。在步骤102中，向程序64中读入用户通过HMI 34或者54输入的可调参数，比如子模块74是在固定模式还是自适应模式中操作。在步骤104中，向环形缓存器填充电流样本值，并且针对各相计算它们的DFT。如果在步骤105中确定阈值已经被确定(如固定的或者计算的)，则程序64进行至步骤114。否则，它进行至步骤106，其中确定是否有三个周期的数据可用。如果有三个周期的数据可用，则程序64进行至步骤108，而如果没有三个周期的数据可用，则程序64回到步骤104以向环形缓存器计算更多DFT幅度值。在步骤108中确定已经为子模块74选择哪个操作模式。如果确定已经选择自适应模式，则程序64进行至步骤110，在其中计算自适应阈值。在步骤112中确定自适应模式是否大于固定最小值，而如果是这样，则程序64进行至步骤114。如果自适应阈值不大于固定最小值，则在步骤116中调节适配的阈值，以便具有大于或者等于固定最小值的值。程序64从步骤116进行至步骤114。如果在步骤108中确定已经选择固定模式，则程序进行至步骤120，在其中向程序64中读入固定阈值的值。在步骤114中确定半周期DFT幅度是否超过阈值(适配是或者固定的)。如果半周期DFT确实超过该阈值，则在步骤122中测量它这样做的时间(它的持续时间)。如果半周期DFT未超过该阈值，则程序64返回到步骤102。程序64从步骤122进行至步骤124，其中确定是否已经满足持续时间标准。如果尚未满足持续时间标准，则程序64首先进行至步骤128(其中报告非故障拾取事件)，然后进行至返回步骤136。如果已经满足持续时间标准，则程序64进行至步骤126，并且确定是否涉及到多相。如果未涉及到多相，则确定事件为单相故障，并且如在步骤132中那样报告该事件。程序64然后进行至步骤134，在其中更新判定模块68中的用于相关相(线缆)的故障计数器(以一递增)。如果在步骤126中确定涉及到多相，则确定事件为多相故障并且如在步骤130中那样报告事件。程序64从步骤130或者步骤134进行至返回步骤136，该步骤使程序64返回到步骤100。

如果程序64位于保护继电器48中，则通过通信网络36向在变电站12处的智能***16发送来自判定模块68的输出(例如事件检测-多相、检测到的故障-(a，b，c)以及SC-a、SC-b和SC-c)。在智能***16中，接收的数据可以用接收时间和日期来打上时间戳，然后可以存储于数据库26中。

如果程序64位于智能***16中，则程序64与智能程序28直接接口或者形成智能程序28的部分。

由智能程序28分析来自判定模块68的输出，以确定新检测到的单相故障的性质。就这一点而言，已经确定检测到的单相故障可以归因于：线缆20a、20b、20c之一中的自清除故障，馈线14中的烧断熔丝21，或者位于变电站12远处的设备控制器22(IED)操作故障中断设备，如自动重合开关。如果(在从检测到单相故障起的预定时间段内)智能程序28通过通信网络36接收一个或者多个客户或者收入计量仪已经报告断电这样的通知，但是尚未接收任何远程设备控制器22已经激励自动重合开关或者开关的通知，则智能程序28将确定新检测到的单相故障可归因于烧断的熔丝21。如果(在从检测到单相故障起的预定时间段内)智能程序28通过通信网络36接收到远程设备控制器22已经激励故障中断设备(如自动重合开关)的通知，则智能程序28将确定新检测到的单相故障可归因于远程设备控制器22的操作。如果(在从检测到单相故障起的预定时间段内)智能程序28未接收到任何停电或者远程设备控制器22的操作的通知，则智能程序28将确定新检测到的单相故障可归因于线缆20a、20b、20c之一中的自清除故障。无论程序位于保护继电器48中、智能***16中、还是另一IED中，都实时或者接近实时地进行程序64对单相故障的检测以及智能程序28所执行的后续分析和所需操作员通知。

如果确定单相故障为自清除故障，则智能程序28将确定自清除故障是否引起超过报警阈值。这样的确定可以考虑线缆20中的自清除故障频率，在变电站12记录的当前和历史天气状况以及线缆20的当前和历史负载。就这一点而言，发明人在典型配电站中安装数据收集***，以便在变电站级从地下配送馈线捕获和收集电压和电流示波数据。分析收集的数据，以确定一般称为自清除故障的一类初期线缆故障的特性。可以使用这些特性作为征兆，以确定故障的重现性质，并且确定由智能程序28用来通知操作员和维护人员的报警阈值。

该数据收集***类似于上文示出和描述的数据收集***。在10个月的时段内收集数据，在该时段期间在出现烧断65A熔丝的灾难性故障之前记录了总数为141的初期线缆故障事件。在首次初期故障与灾难性故障之间有如下起始故障的类似范例，这些故障的电流峰值在1000A与3000A之间变化，而幅度既有正极性也有负极性。这些事件既未在断电数据中留下踪线，也未导致任何客户中断。

执行对收集的数据的时域和频域分析。时域分析包括针对各事件计算瞬时峰值故障电流幅度，以及通过取rms电流在事件窗的前两个周期中的平均值，来计算rms负载电流。然后，比较瞬时峰值故障电流幅度与rms负载电流，并且也执行在这两个数据值之间的相关。计算的另一时域值是初期故障的持续时间。

通过对有故障的电流周期执行快速傅里叶变换(FFT)来进行频域分析。这提供了对感兴趣的事件窗中有故障的周期中存在的谐波的概览。计算谐波的主要原因在于考察所有谐波之中的主导谐波，并且也比较偶次与奇次谐波的幅度。可以使用主导谐波作为用于进行预测维护的征兆参数。

图6示出了在被监视的时段中针对初期故障的瞬时峰值电流的绝对值的绘图。如图所示，初期故障的绝对峰值具有全局最大值2798A、全局最小值1087A和平均值1720A。有83个负峰值和63个正峰值，而正峰值和负峰值的全局最大值几乎相同：正峰值为2798A而负峰值为2781A。这表明极性并非是引发故障的重要确定因素。

通过取在前两个周期内的平均值来计算rms负载电流。这一rms值考虑所有谐波，并且是负载电流的真实rms值。在图7中示出了在被监视的时段中针对初期故障的rms负载电流的绘图。观看图6和图7中的绘图，不言而喻的是瞬时峰值故障电流值很高，至少是rms负载电流的5倍。

在瞬时峰值故障电流与rms负载电流之间计算互相关函数。找到这一函数以在索引值为146(这等于记录的事件数目(141次故障，其中五个为双峰值))时处于峰值。这意味着两个数据序列与滞后因子零相关。因此，执行参照rms负载电流对瞬时峰值故障电流的标准化。针对数据收集时段中的初期故障生成由参照rms负载电流标准化的瞬时峰值故障电流的绝对值的绘图(图8中所示)。这一绘图示出了标准化的峰值电流值的逐渐增加。规范化的峰值截止至监视时段结束增加至其初始值几乎3倍。这一观测表明线缆衔接完整性随着重现的起始故障和电弧的每个实例而进一步下降。

在有故障的周期内，参照基频电流对奇次(3次、5次、7次和9次)以及偶次(0次、2次、4次、6次和8次)电流谐波来标准化。根据这一标准化，不言而喻的是二次谐波为基频和主导谐波的几乎70％。此外，偶次谐波与奇次谐波相比相对更高。这些观测的主要原因之一在于对包含故障电流峰值的周期执行FFT。

参照图7的rms负载电流对主导电流谐波(0次、2次和3次)以及基频分量进行标准化。这些电流谐波如先前观测的那样在故障周期中占主导，并且以与图8中的标准化峰值电流类似的增加趋势为特征。它们看来与故障正相关，并且即使它们并非为这些故障所特有，但仍然可以使用它们作为用于预测维护的征兆参数。

概括而言，发明人观察到：故障通常在电压应力处于峰值时出现；瞬时峰值故障电流可以达到高值，比如五倍于rms负载电流；故障的持续时间通常小于半个周期；线缆衔接完整性随着重现的初期故障和电弧的每个实例而下降；相继事件之间的时间或者到达间隔时间表明可变幅度和持续时间的空闲时段，由此说明这些类型的故障的间歇和时断时续(on/off)行为；并且在故障周期中发现主导电流谐波为0次、2次和3次，以与标准化峰值电流的增加趋势类似的增加趋势为特征。

如上文所言，前述信息可以用来确定由智能程序28用来通知操作员和维护人员的报警阈值。例如，如果参照rms负载电流标准化的瞬时峰值故障电流的绝对值超过它在先前故障中的初始故障时的值的两倍或者两倍半，则针对故障(出现于一个或者多个先前故障之后)生成报警。这一报警可以表明灾难性线缆故障即将来临并且需要迅速采取补救措施。

需要理解的是，对前述一个或多个示例实施例的描述旨在于仅举例说明而非穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的实施例进行某些添加、删除和/或修改，而不脱离如所附权利要求限定的本发明精神实质或者其范围。例如，设想用于在分析模块66中使用的各种不同傅里叶变换算法。根据一种这样的替代，可以使用适当快速傅里叶变换(FFT)算法来实施离散傅里叶变换。

Claims

1.一种检测和分析具有第一线缆和一个或者多个其他线缆的三相馈线***中的故障的方法，所述方法由至少一个计算机实施，且所述方法包括：

确定所述第一线缆中的电流幅度；

比较所述电流幅度与阈值水平；

如果所述电流幅度超过所述阈值水平，则启动所述至少一个计算机的计数器；

当所述电流幅度降到所述阈值水平以下时，停止所述计数器，并根据所述计数器确定所述电流幅度在所述阈值水平以上停留多久；

如果确定所述电流幅度已经在所述阈值水平以上停留的持续时间落在具有低水平和高水平的预定持续时间范围内，则启动计时器；

在所述计时器测量预定时间间隔之后，确定在所述预定时间间隔期间是否在所述一个或者多个其他线缆中检测到故障；以及

如果在所述一个或者多个其他线缆中未检测到故障，则确定所述馈线***中发生了单相故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当在所述一个或者多个其他线缆中检测到故障时，则确定所述线缆中发生了多相故障。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在电力的标称频率处确定所述电流幅度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中通过执行对来自所述第一线缆的、在移动窗中的电流测量的半周期傅里叶变换，来确定所述电流幅度。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括从远程定位的保护继电器接收数字故障记录数据，所述数字故障记录数据包括来自所述第一线缆的所述电流测量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值水平为预设值。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括通过用户接口从用户接收所述预设值。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过用户接口接收来自用户的模式选择；

其中当所述模式选择是自适应模式时，所述阈值水平为固定最小值和根据先前电流幅度计算的自适应值之中的较大者；以及

其中当所述模式选择是固定模式，所述阈值水平是通过所述用户接口从用户接收的预设值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述自适应值为先前电流幅度在多于一个先前电力频率周期内的平均值的倍数。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定持续时间范围的低水平为电力的标称频率的四分之一周期，所述预定持续时间范围的高水平为所述标称频率的五个周期。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预定时间间隔为所述标称频率的一个周期。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定是否在所述一个或者多个其他线缆中检测到故障的步骤包括针对各其他线缆：

确定所述其他线缆中的电流幅度；

比较所述其他线缆中的所述电流幅度与另一阈值水平；

如果所述其他线缆中的所述电流幅度超过所述另一阈值水平，则测量所述电流幅度在所述另一阈值水平以上停留多久；以及

如果所述电流幅度在所述另一阈值水平以上停留的持续时间落在另一预定持续时间范围内，则确定发生了故障。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述阈值水平和一个或多个所述另一阈值水平为预设值，并且其中所述方法还包括通过用户接口从用户接收所述预设值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述阈值水平和一个或多个所述另一阈值水平中的每个阈值水平分别是固定最小值与根据所述第一线缆和所述一个或者多个其他线缆中的先前电流幅度计算的自适应值中的较大者。

15.一种用于检测和分析具有第一线缆和一个或者多个其他线缆的三相馈线***中的故障的设备，所述设备包括：

用于确定所述第一线缆中的电流幅度的装置；

用于比较所述电流幅度与阈值水平的装置；

用于如果所述电流幅度超过所述阈值水平，则启动计数器的装置；

用于当所述电流幅度降到所述阈值水平以下时，停止所述计数器，并根据所述计数器确定所述电流幅度在所述阈值水平以上停留多久的装置；

用于如果确定所述电流幅度已经在所述阈值水平以上停留的持续时间落在具有低水平和高水平的预定持续时间范围内，则启动计时器的装置；

用于在所述计时器测量预定时间间隔之后，确定在所述预定时间间隔期间是否在所述一个或者多个其他线缆中检测到故障的装置；以及

用于如果在所述一个或者多个其他线缆中未检测到故障，则确定所述馈线***中发生了单相故障的装置。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述电流幅度通过执行对来自所述第一线缆的电流测量的傅里叶变换而确定。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述阈值水平为通过用户接口从用户接收的预设值。

18.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：

用于通过用户接口接收来自用户的模式选择的装置；

其中当所述模式选择是固定模式时，所述阈值水平为通过所述用户接口从用户接收的预设值。

19.根据权利要求15所述的设备，其中所述预定持续时间范围的所述低水平为电力的标称频率的四分之一周期，所述预定持续时间范围的所述高水平为所述标称频率的五个周期。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述预定时间间隔为所述标称频率的一个周期。

21.根据权利要求15所述的设备，其中所述设备可在用于监视由所述第一线缆和一个或者所述多个其他线缆传送的电力的保护设备中操作。

22.根据权利要求21所述的设备，其中所述保护设备包括保护继电器。