СПОСОБ И СИСТЕМА ДИНАМИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
METHOD AND SYSTEM FOR DYNAMIC FAULT DETECTION IN ELECTRIC NETWORK

Область техники
Раскрытые в настоящем изобретении способ и аппарат относятся к области электрических сетей, в частности, но не исключительно, к сетям для передачи и распределения электроэнергии, в частности, но не исключительно, к обнаружению неисправностей в электрической сети.
Уровень техники
Электрическая сеть может иметь множество неисправностей. Различные компоненты сети могут выйти из строя, причем подобный отказ может оказаться кратковременным, нарастающим или перемежающимся. Некоторые неисправности могут быть вызваны воздействием окружающей среды, например, влажности, дыма, пыли, ветра, наличием деревьев и т.д. Различные неисправности и отказы могут иметь различные характеристики и могут по-разному влиять на работу сети. Определение характеристик, обнаружение, идентификация и локализация неисправностей в электрической сети является известной проблемой. В этой связи, крайне предпочтительно устранить упомянутые выше ограничения.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно одному из примерных вариантов осуществления в настоящем изобретении предложена система, способ и/или компьютерная программа для обнаружения неисправности в электрической сети, причем система содержит множество измерительных устройств сети, распределенных в электрической сети, причем измерительные устройства сети содержат датчик измерения тока и/или датчик измерения напряжения, причем измерительные устройства сети выполнены с возможностью измерения по меньшей мере одного из измерения тока и измерения напряжения, для формирования множества измерений с соответствующим временем их осуществления, причем предлагаемые способ, устройство и компьютерная программа позволяют пользователю задавать по меньшей мере один тип неисправности и по меньшей мере одно правило для обнаружения по меньшей мере одного типа неисправности, причем правило обеспечивает связывание типа неисправности с по меньшей мере одним из измерений, выполнение измерений и анализ измерений согласно по меньшей мере одному правилу для обнаружения неисправности.
Согласно другому примерному варианту осуществления измерение содержит по меньшей мере одно из следующего: абсолютное значение, изменение значения и скорость изменения значения, мгновенное изменение по меньшей мере одного из напряжения, тока и мощности, переходный процесс, всплеск и бросок.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления указанное правило включает по меньшей мере одно из следующего: множество измерений посредством одного измерительного устройства сети, причем измерения выполнены по существу в одно и то же время, множество измерений посредством одного измерительного устройства сети, причем измерения выполнены в разное время, и множество измерений посредством множества измерительных устройств сети, причем измерения выполнены по существу в одно и то же время.
Согласно другому примерному варианту осуществления система дополнительно измеряет по меньшей мере одно из следующего: температура кабеля, скорость ветра, влажность, движение кабеля, высота кабеля, провисание кабеля и угол кабеля.
Более того, согласно еще одному примерному варианту осуществления анализ измерений согласно правилу для обнаружения неисправности включает коррелирование измерения тока и/или измерения напряжения с измерениями любого из следующего: температура кабеля, скорость ветра, влажность, движения кабеля, высота кабеля, провисание кабеля, угол кабеля и время суток.
Согласно другому примерному варианту осуществления неисправность представляет собой по меньшей мере одно из следующего: контакт кабеля сети с объектом, развитие коррозии в указанном кабеле, развитие коррозии в клемме, повреждение изоляции указанного кабеля, развитие утечки тока, связанной с кабелем, некачественное соединение, образование места перегрева и износ кабеля.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления указанное правило дополнительно включает измерение разницы между измерениями по меньшей мере двух измерительных устройств сети, обнаружение зависимого от времени изменения указанной разницы и связывание неисправности с указанным зависимым от времени изменением.
Более того, согласно другому примерному варианту осуществления указанное зависимое от времени изменение является по меньшей мере одним из монотонного, циклического или повторяющегося.
Кроме того, согласно еще одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения, правило определяет неисправность, когда каждое из двух или более измерительных устройств сети обнаруживает зависимое от времени изменение, причем эти два или более измерительных устройств сети обнаруживают зависимые от времени изменения разного значения.
Согласно другому примерному варианту осуществления зависимое от времени изменение является повторяющимся, причем неисправность заключается в контакте кабеля сети с некоторым объектом.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления зависимое от времени изменение является монотонным, причем неисправность заключается в развитии утечки тока.
Согласно другому примерному варианту осуществления зависимое от времени изменение является циклическим и коррелированным с по меньшей мере одним из следующего: время суток и температура, причем неисправность представляет собой по меньшей мере одно из следующего: развитие коррозии и повреждение изоляции.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления правило может быть задано так, чтобы обеспечить выполнение, сбор и передачу измерений, причем правило и/или измерения связаны с предварительно заданной неисправностью.
Согласно другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения система передает по меньшей мере одно из следующего: измерение, результат анализа измерений в соответствии с правилом и неисправность.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления система может запросить первое измерительное устройство сети на выполнение по меньшей мере одного из следующего: выполнение по меньшей мере одного измерения, сохранение указанного по меньшей мере одного измерения, анализ указанного по меньшей мере одного измерения для формирования результата анализа, и передачу по меньшей мере одного из следующего: по меньшей мере один из измерения и результата анализа, причем указанный запрос является результатом анализа по меньшей мере одного измерения, выполненного вторым измерительным устройством сети.
Кроме того, согласно еще одному примерному варианту осуществления запрос включает время измерения, причем время измерения связано с временем по меньшей мере одного измерения, выполненного вторым измерительным устройством сети.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления запрашиваемое измерение связано с периодом времени вблизи времени по меньшей мере одного измерения, выполненного вторым измерительным устройством сети.
Согласно другому примерному варианту осуществления предварительно заданный период не превышает время прохождения переходного процесса между измерительным устройством, обнаружившим переходный процесс, и ближайшим измерительным устройством, в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления передача по меньшей мере одного измерения включает множество измерений с низкой разрешающей способностью, причем запрос содержит запрос на множество измерений с высокой разрешающей способностью.
Согласно другому примерному варианту осуществления разрешающая способность включает разрешающую способность по времени и/или частоту повторений множества измерений.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления система может обнаружить множество переходных процессов посредством первого измерительного устройства и соответствующее время измерения переходных процессов, и уведомить о переходных процессах в случае, если второе измерительное устройство, расположенное ниже по потоку от первого измерительного устройства, не обнаружило переходный процесс в пределах предварительно заданного периода времени вблизи времени измерения переходных процессов, обнаруженных первым измерительным устройством, и/или второе измерительное устройство, расположенное ниже по потоку от первого измерительного устройства, обнаружило повторяющиеся противоположные переходные процессы в пределах предварительно заданного периода времени вблизи времени измерения переходных процессов, обнаруженных первым измерительным устройством.
Согласно еще одному примерному варианту осуществления предварительно заданный период не превышает время прохождения переходного процесса между первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети.
Более того, согласно другому варианту система может обнаружить повторяющееся изменение значения между последовательными измерениями, выполненными первым измерительным устройством в пределах некоторого периода времени, и, соответственно, правило позволяет определить неисправность, когда повторяющееся изменение значения по существу отличается от изменения значения между последовательными изменениями в пределах периода времени по меньшей мере одного второго измерительного устройства, близкого к первому измерительному устройству.
Все технические и научные термины, использованные в настоящем описании, имеют общепринятое значение, понятное специалисту в данной области техники, если не указано иное. Материалы, способы и примеры, представленные в настоящем описании, являются исключительно иллюстративными и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. При этом отсутствует или не предусмотрен какой-либо конкретный порядок этапов или стадий для способов и процессов, раскрытых в данном описании и проиллюстрированных на чертежах, за исключением случаев, когда это требуется или заложено в процесс как таковой. Во многих случаях порядок этапов процесса может меняться без изменения цели или без влияния на предлагаемые способы.
Краткое описание чертежей
Далее, исключительно в качестве примера, приведено описание различных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Уделим теперь особое и более подробное внимание прилагаемым чертежам; при этом здесь следует подчеркнуть, что изображенные на них конкретные детали приводятся в качестве примеров и предназначены лишь для более наглядной демонстрации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, причем они обеспечивают предположительно наиболее полезное и понятное описание принципов и концептуальных аспектов рассматриваемых вариантов осуществления. В этой связи, в данном описании не предпринимаются попытки продемонстрировать структурные особенности вариантов осуществления подробнее, чем это необходимо для фундаментального понимания объекта настоящего изобретения, причем после изучения описания совместно с чертежами специалисту в данной области техники станет очевидным то, как можно на практике реализовать многочисленные формы и структуры предлагаемого технического решения.
При этом на чертежах изображено следующее.
На фиг. 1 упрощенно показано измерительное устройство сети, установленное на электрическом кабеле.
На фиг. 2 упрощенно показано множество измерительных устройств сети, распределенных по различным кабельным сегментам в сети передачи или распределения электроэнергии.
На фиг. 3 представлена упрощенная схема измерительной системы сети.
На фиг. 4 представлена упрощенная принципиальная схема вычислительного устройства или вычислительной системы, использованной в измерительной системе сети.
На фиг. 5 представлена принципиальная схема реализованной программными средствами программы для динамического обнаружения неисправностей, которая применяется в измерительной системе сети.
На фиг. 6 представлена блок-схема анализа измерений.
На фиг. 7 представлена блок-схема процедуры сканирования измерений.
На фиг. 8 схематично показана часть сети, имеющей неисправность, причем местоположение неисправности определяют посредством двух или более измерительных устройств сети.
Осуществление изобретения
В вариантах осуществления настоящего изобретения предложены способ и система для обнаружения неисправностей в электрической сети, в частности, но неисключительно, динамического обнаружения неисправностей. Принципы и функционирование устройства и способа динамического обнаружения неисправностей согласно нескольким примерным вариантам осуществления можно легко понять в контексте прилагаемых чертежей и нижеследующего описания.
Перед подробным объяснением по меньшей мере одного из вариантов осуществления следует понять, что варианты осуществления не ограничены в своем применении теми особенностями конструкции и компоновкой компонентов, которые изложены в нижеследующем описании или проиллюстрированы на чертежах. Другие варианты осуществления могут быть реализованы на практике или исполнены по-разному. Кроме того, следует понимать, что фразы и термины, использованные в данном документе, служат лишь для описания и их не следует рассматривать в качестве ограничивающих.
В данном документе, элемент чертежа, не рассмотренный в рамках описания этого чертежа и обозначенный некоторым номером позиции, который был указан на предыдущем чертеже, имеет то же самое применение и описание, как и на предыдущих чертежах. По аналогии, элемент, обозначенный в тексте некоторым номером позиции, который не присутствует на чертеже, раскрытом в тексте, имеет то же самое применение и описание, что и на предыдущих чертежах, в отношении которых он был описан.
Чертежи в данном документе могут быть не в масштабе. На различных фигурах может быть использован разный масштаб, при этом разные масштабы могут быть даже в пределах одного и того же чертежа, например, разные масштабы для различных видов одного и того же объекта или разные масштабы для двух смежных объектов.
Цель различных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить возможность измерения различных электрических параметров во множестве мест в электрической сети, а также возможность определения, путем сравнения множества измерений, наличия неисправности, типа или характеристики неисправности и ее местоположения.
Понятие «сеть» или «электрическая сеть» может относиться к сети передачи электроэнергии и/или электрической распределительной сети, и к любой части такой сети между электростанцией или электростанциями, и нагрузкой или пользователем.
Понятие «измерение» или «электрическое измерение» может относиться к любому типу измерения любого электрического параметра, такого как напряжение, ток, электрическое поле, магнитное поле, сопротивление, емкость, индуктивность, электрический заряд и т.д.
Понятие «физическое измерение» или «механическое измерение» может относиться к любому типу измерения любого физического параметра, отличного от электрических параметров. Такие параметры могут представлять собой температуру, ветер, влажность, движение, высоту, провисание (кабеля), угол (кабеля) и т.д.
На фиг. 1 упрощенно показано измерительное устройство 10 сети, установленное на электрическом кабеле 11, согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, измерительное устройство 10 сети может содержать короб или корпус 12, через который проходит электрический кабель 11. Электрический кабель 11 может являться частью электрической сети, сети передачи электроэнергии, или электрической распределительной сети, например, такой сети, которую обслуживает энергосистема общего пользования для обеспечения электричества в коммунальные сооружения, промышленные предприятия и т.д. Таким образом, измерительное устройство 10 сети может быть установлено на кабеле 11, находящемся под напряжением. Говоря другими словами, кабель 11 полностью получает энергию и/или находится под электрическим напряжением и/или проводит электрический ток.
Таким образом, короб 12 состоит из двух частей, которые можно открыть и затем закрыть с охватыванием кабеля 11. Альтернативно, короб 12 может состоять из одной части, окружающей большую часть диаметра кабеля и имеющей отверстие на одной из сторон, обеспечивающее возможность крепления короба поверх кабеля 11.
Как показано на фиг. 1, измерительное устройство 10 сети может содержать модуль 13 питания, модуль 14 контроллера, один или более электрических измерительных устройств 15, одно или более физических измерительных устройств 16, и ретрансляционный модуль 17 связи. Опционально, измерительное устройство 10 сети может также содержать модуль 18 локальной связи, модуль 19 удаленного измерения и модуль 20 управления ходом.
Как показано на фиг. 1, измерительное устройство 10 сети может содержать магнитный сердечник 21, вокруг которого намотана по меньшей мере одна катушка для формирования обмотки 22. Магнитный сердечник 21 может быть установлен вокруг электрического кабеля 11. Магнитный сердечник 21 может состоять из двух частей, по одной части в каждой из двух частей короба 12, причем две части магнитного сердечника 21 охватывают электрический кабель 11, когда короб 12 закрыт вокруг электрического кабеля 11. На фиг. 1 измерительное устройство 10 сети показано открытым, причем одна часть короба 12 удалена, а магнитный сердечник 21 охватывает электрический кабель 11.
Как правило, магнитный сердечник 21 позволяет получить магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим в электрическом кабеле 11. В обмотке 22 обычно возникает электрический ток под действием магнитного потока в магнитном сердечнике 21. Обмотка 22 может быть электрически соединена с модулем 13 питания, который, как показано на фиг. 1, обычно обеспечивает электрическое напряжение в другие модули измерительного устройства 10 сети. Следует понимать, что измерительное устройство 10 сети позволяет получить электрическую энергию из одного электрического кабеля 11.
Альтернативно, например, при использовании с высоковольтными кабелями и/или подземными кабелями и/или в низковольтных сетях, модуль 13 питания может быть соединен с датчиками, прикрепленными к электрическим кабелям, питаемым от главного блока, подключенного к низковольтному выходу трансформатора. Такая конфигурация измерительного устройства 10 может иметь только одну часть с отверстием в основании.
Ретрансляционный модуль 17 связи и модуль 18 локальной связи могут быть подключены, каждый и/или оба, к одной или более антеннам 23. Модуль 19 удаленного измерения может быть соединен и управлять различными датчиками, одной или более съемочными камерами 24, одним или более микрофонами 25 и т.д. Следует понимать, что съемочная камера может быть установлена в системе осей с обеспечением трехмерного вращения. Альтернативно, возможно установление множества или массива фиксированных съемочных камер для покрытия, если требуется, большой зоны обзора.
Ретрансляционный модуль 17 связи и модуль 18 локальной связи могут использовать любой тип коммуникационной технологии и/или коммуникационной сети, в частности: понятие «коммуникационная технология» или «коммуникационная сеть», или просто «сеть», относится к любому типу коммуникационной среды, такой как стационарная (проводная, кабельная) сеть, беспроводная сеть, и/или спутниковая сеть связи, глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network), стационарная или беспроводная, в том числе, к различным типам сотовых сетей связи, локальных вычислительных сетей (LAN, Local Area Network), стационарных или беспроводных, сетей Wi-Fi, и персональной сети (PAN, Personal Area Network), стационарной или беспроводной, в том числе, Bluetooth, ZigBee и NFC, технологии связи через линии электропередачи (PLC, Power Line Communication) и т.д. Понятие «коммуникационная сеть» или «сеть» может относиться к любому количеству сетей или любой комбинации сетей и/или коммуникационных технологий.
Альтернативно, измерительное устройство 10 сети может также содержать модуль 26 системы глобального позиционирования (GPS, Global Positioning System) и может использовать его для измерения, мониторинга и/или управления положением измерительного устройства 10 сети вдоль электрического кабеля 11. GPS-модуль 26 может также обеспечить точное универсальное время, например, для точного определения абсолютного времени измерения.
Модуль 14 контроллера может содержать блок процессора, один или более блоков памяти (например, оперативное запоминающее устройство (RAM, Random Access Memory), долговременную память, такую как флэш-память, и т.д.), один или более накопителей (например, накопитель на жестком магнитном диске и/или сменный накопитель и т.д.), которые можно использовать для хранения и/или исполнения реализованной программными средствами программы и сопряженных данных, и для обмена данными с внешними устройствами.
Модуль 20 управления ходом может быть соединен с одним или более исполнительными устройствами, такими как электрический двигатель 27, который может быть соединен с одним или более колесами 28. Колеса 28 могут быть установлены на кабеле 11, что позволяет модулю 20 управления ходом перемещать измерительное устройство 20 сети вдоль кабеля 11 за счет управления электрическим двигателем 27.
Следует понимать, что силовая система измерительного устройства 10 сети (в том числе, но не исключительно, модуль 20 управления ходом, один или более электрических двигателей 27, одно или более колес 28 и т.д.) может быть выполнена с возможностью перемещения измерительного устройства 10 сети вдоль кабеля 11 и/или вращения измерительного устройства 10 сети вокруг кабеля 11.
Следует понимать, что в данном описании под электрическим двигателем 27 понимается любая технология, подходящая для обеспечения маневрирования измерительного устройства 10 сети вдоль и/или вокруг кабеля 11, в том числе, но не исключительно, двигатель переменного тока, двигатель постоянного тока, шаговый двигатель, пневматический насос и/или двигатель, гидравлический насос и/или двигатель, или любой другой тип исполнительного механизма.
Обратимся теперь к фиг. 2, на которой в упрощенном виде показано множество измерительных устройств 10 сети, распределенных по различным кабельным сегментам в сети 29 передачи или распределения электроэнергии, согласно одному из примерных вариантов осуществления. Как вариант, то, что проиллюстрировано на фиг. 2, также можно рассматривать в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что иллюстративный материал, представленный на фиг. 2, может быть рассмотрен в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения могут быть в равной степени применимы к нижеследующему описанию.
На фиг. 2 сеть 29 передачи или распределения электроэнергии может содержать множество сегментов электрического кабеля 11, причем измерительные устройства 10 сети могут быть установлены на любом сегменте электрического кабеля 11, в том числе последовательных сегментах (несущих одинаковую фазу электрического тока) и параллельных сегментах (несущих различные фазы электрического тока).
Как показано на фиг. 2, измерительные устройства 10 сети могут обмениваться данными друг с другом посредством, например, ретрансляционного модуля 17 связи, показанного и раскрытого со ссылкой на фиг. 1. Измерительные устройства 10 сети могут формировать, например, решетчатую сеть 30.
Как показано на фиг. 2, измерительные устройства 10 сети могут использовать свой ретрансляционный модуль 17 связи и/или решетчатую сеть 30 для обмена данными с локальным контроллером 31. Локальный контроллер 31 может обмениваться данными с центральным контроллером или сервером 32, например, используя беспроводную коммуникационную сеть широкого охвата (например, WAN), такую как, например, сотовая сеть 33. Следует понимать, что, в качестве одного из возможных вариантов, измерительные устройства 10 сети могут также обмениваться данными по сети WAN напрямую с центральным контроллером или сервером 32.
Как показано на фиг. 2, измерительные устройства 10 сети могут также использовать свои модули 18 локальной сети передачи данных, показанные и описанные со ссылкой на фиг. 1, для обмена данными с коммуникационными терминалами 34, например, смартфонами в пределах диапазона локальной вычислительной сети 35.
При движении измерительных устройств 10 сети относительно соответствующих кабельных сегментов, решетчатая сеть 30 может менять свою топологию. Следует понимать, что такие изменения топологии решетчатой сети 30 могут привести к отсоединению одного или более измерительных устройств 10 сети от решетчатой сети 30, и, как следствие, от локального контроллера 31 и/или центрального контроллера 32. Кроме того, следует понимать, что при отсоединении первого измерительного устройства 10 сети также может произойти отсоединение других измерительных устройств 10 сети, которые зависят от первого измерительного устройства 10 сети для возможности сопряжения с решетчатой сетью 30. Также следует понимать, что измерительное устройство 10 сети может отказать и отсоединить некоторую часть решетчатой сети 30 (например, одно или более измерительных устройств 10 сети) от остальной части решетчатой сети 30.
Когда множество измерительных устройств 10 сети установлено в конкретной части сети 29 передачи или распределения электроэнергии, они оказываются скомпонованными в виде по меньшей мере одной топологии (структуры) решетчатой сети 30, в которой все измерительные устройства 10 сети находятся в диапазоне решетчатой сети 30. Эта конкретная топология или структура решетчатой сети 30 записывается посредством измерительных устройств 10 сети как стандартная топология или топология по умолчанию. Измерительные устройства 10 сети записывают свои местоположения в соответствующих сегментах электрического кабеля 11, например, посредством записи своих соответствующих GPS данных в долговременную память.
Процесс организации и записи одной или более стандартных топологий или структур, или топологий или структур по умолчанию, решетчатой сети 30 и соответствующих местоположений каждого из измерительных устройств 10 сети может быть исполнен под управлением или контролем со стороны локального контроллера 31.
Следует понимать, что создается несколько таких стандартных топологий или структур, или топологий или структур по умолчанию, решетчатой сети 30 для того, чтобы ни одно неисправное измерительное устройство 10 сети не привело к отсоединению части решетчатой сети 30. Например, если конкретное измерительное устройство 10 сети отказало, то имеется стандартная топология или структура, или топология или структура по умолчанию, решетчатой сети 30, в которой все остальные измерительные устройства 10 сети могут обмениваться друг с другом данными.
Измерительное устройство 10 сети, отсоединенное от сети, может само занять автоматически соответствующее положение в таких стандартных топологиях или структурах, или топологиях или структурах по умолчанию, решетчатой сети 30. В частности, когда измерительное устройство 10 сети выявляет, что оно отсоединено от решетчатой сети 30, оно автоматически возвращается в местоположение, заданное по умолчанию, например, обозначенное посредством GPS данных, записанных в долговременной памяти, как раскрыто выше.
Многочисленные стандартные топологии или структуры, или топологии или структуры по умолчанию, могут располагаться по порядку, причем измерительное устройство 10, при отсоединении от сети, может сканировать стандартные топологии или структуры, или топологии или структуры по умолчанию, в соответствии с их порядком.
Для разрешения ситуации, в которой одно или более измерительных устройств 10 сети оказываются отсоединенными, некоторые из множества измерительных устройств 10 сети могут выбрать конкретную стандартную топологию, а остальные измерительные устройства 10 сети могут сканировать стандартные топологии до тех пор, пока все рабочие измерительные устройства 10 сети не будут сообщаться друг с другом.
Например, локальный контроллер 31 может выбрать стандартную топологию в соответствии с идентификацией отсоединенного одного или более измерительных устройств 10 сети и направить инструкции в соединенные измерительные устройства 10 сети для принятия ими этой стандартной топологии и ожидания подсоединения к сети указанного отсоединенного одного или более измерительных устройств 10 сети. Этот процесс может повторяться до тех пор, пока все из отсоединенного одного или более измерительных устройств 10 сети не будут подсоединены к решетчатой сети 30, или до тех пор, пока одно или более измерительных устройств 10 сети не будут определены как неисправные.
Альтернативно, для снижения риска потери связи с большой частью измерительных устройств 10 сети, локальный контроллер 31 может за раз задействовать только одно измерительное устройство 10 сети. Локальный контроллер 31 может направить инструкции во все остальные измерительные устройства 10 сети для того, чтобы они заняли свои соответствующие местоположения, заданные по умолчанию, или расположились в конкретной стандартной топологии, выбранной так, чтобы рабочее измерительное устройство 10 сети переместилось вдоль своего кабельного сегмента, например, без разрыва связи с решетчатой сетью 30.
Следует понимать, что когда измерительные устройства 10 сети осуществляют некоторое действие, такое как «располагаются», «возвращаются» (в местоположение, заданное по умолчанию), «двигаются вдоль своих кабельных сегментов», «изменяют топологию», «принимают топологию», «сканируют топологии», и т.д., такое действие относится к измерительным устройствам 10 сети, использующим свой модуль 20 управления ходом, электрический двигатель 27, колеса 28, и т.д., для возможности их маневрирования вдоль кабеля 11.
Далее обратимся к фиг. 3, на которой представлена упрощенная схема измерительной системы 36 сети согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 3, измерительная система 36 сети может содержать множество измерительных устройств 37 сети, распределенных по сети 38 передачи электроэнергии. Измерительная система 36 сети может также содержать по меньшей мере один локальный контроллер 39. Один из локальных контроллеров 39 представляет собой главный центральный контроллер 40, например, расположенный выше по потоку.
Некоторые из измерительных устройств 37 сети являются однофазными устройствами, такими как измерительное устройство 10 сети, показанное на фиг. 1, и могут быть соединены с одним кабелем 11, в то время как другие измерительные устройства 37 сети являются трехфазными устройствами. Трехфазные устройства отличаются от однофазного устройства наличием по меньшей мере одного электрического измерительного устройства для каждой фазы и, таким образом, они соединены с тремя кабелями 11.
Локальные контроллеры 39 могут обмениваться данными с измерительными устройствами 37 сети за счет использования любой подходящей коммуникационной технологии. Каждый из локальных контроллеров 39 может управлять различными сегментами сети 38 передачи электроэнергии. Опционально, сегменты, управляемые различными локальными контроллерами 39, по меньшей мере частично перекрываются для обеспечения избыточности так, что измерительная система 36 сети легко адаптируется к неисправности одного или более локальных контроллеров 39.
Следует понимать, что локальные контроллеры 39 могут быть соединены с кабельной коммуникационной сетью или коммуникационной сетью на основе Интернет-протокола (IP, Internet Protocol). Следует понимать, что один или более локальных контроллеров 39 из указанного множества используются в качестве главного центрального контроллера для управления другими локальными контроллерами 39.
Независимо от того, используется ли проводная коммуникационная технология, беспроводная коммуникационная технология, коммуникационная технология PLC, или любая другая коммуникационная технология, измерительная система 36 сети может применять коммуникационную технологию с малой дальностью или коммуникационную технологию на больших расстояниях. Используя коммуникационную технологию на больших расстояниях (проводную, беспроводную, PLC и т.д.), измерительные устройства 37 сети могут обмениваться данными напрямую со своим локальным контроллером 39.
Альтернативно, используя коммуникационную технологию с малой дальностью (проводную, беспроводную, PLC и т.д.), измерительные устройства 37 сети могут обмениваться данными со своими соседними измерительными устройствами 37 сети, которые могут транслировать связь вверх по потоку до достижения главного центрального контроллера 40, и наоборот. На фиг. 3 показаны локальные контроллеры 39, обменивающиеся данными с измерительными устройствами 37 сети с использованием коммуникационных блоков 41, причем коммуникационные блоки 41 могут использовать любой тип коммуникационной технологии, в том числе проводные, беспроводные и/или PLC технологии, и, в частности, сотовые, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, и т.д.
Например, измерительные устройства 37 сети могут использовать коммуникационную технологию PLC или RF, такую как Wi-Fi, Bluetooth и/или ZigBee, для обмена данными с локальными контроллерами 39, в том время как локальные контроллеры 39 могут использовать проводную, WiMAX и/или сотовую технологию для обмена данными с главным центральным контроллером 40. Каждое из этих устройств может содержать две различные коммуникационные технологии для обеспечения избыточности и резервирования.
Измерительные устройства 37 сети могут обмениваться данными непосредственно, или косвенно, через локальные контроллеры, с главным центральным контроллером 40. Локальные контроллеры 39 могут обмениваться данными с главным центральным контроллером 40.
Следует понимать, что сеть 38 передачи электроэнергии представляет собой трехфазную сеть передачи, однако, также возможны другие конфигурации.
Далее, обратимся к фиг. 4, на которой представлена упрощенная принципиальная схема вычислительного устройства или вычислительной системы 42, согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. В качестве одного из возможных вариантов, принципиальную схему с фиг. 4 можно рассматривать в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что схему с фиг. 4 можно рассматривать в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения могут быть в равной степени применены к нижеследующему описанию.
Вычислительная система 42 представлена в виде схемы вычислительного устройства, используемого для локального контролера 31 и/или центрального контроллера 32 с фиг. 2, а также локальных контроллеров 39 и/или центрального контроллера 40. Вычислительная система 42 может исполнять любые реализованные программными средствами программы, например, для анализа измерений, произведенных любым из одного или более измерительных устройств 10 сети с фиг. 2, и/или измерительных устройств 37 сети с фиг. 3.
Как показано на фиг. 4, вычислительная система 42 может содержать по меньшей мере один блок 43 процессора, один или более блоков 44 памяти (например, оперативное запоминающее устройство (RAM), долговременную память, такую как флэш-память, и т.д.), один или более накопителей 45 (например, в том числе накопитель на жестком магнитном диске и/или сменный накопитель, представляющий собой накопитель на гибком диске, накопитель на магнитной ленте, дисковод на компакт-диске, устройство флэш-памяти, и т.д.).
Вычислительная система 42 может также содержать один или более коммуникационных блоков 46, один или более графических процессоров 47 и дисплеев 48, и одну или более коммуникационных шин 49, соединяющих упомянутые выше блоки.
Вычислительная система 42 может также содержать одну или более компьютерных программ 50, или логических алгоритмов управления компьютера, которые могут быть сохранены в любом из блоков 44 памяти и/или накопителей 45. Такие компьютерные программы, при их исполнении, позволяют вычислительной системе 42 выполнять различные функции, изложенные в настоящем описании. Блоки 44 памяти и/или накопители 45 и/или любые другие устройства для хранения являются возможными примерами реальной машиночитаемой среды. В частности, компьютерные программы 50 могут включать реализованные программными средствами программы для анализа одного или более измерений, принятых от одного или более измерительных устройств 10 сети с фиг. 2, и/или измерительных устройств 37 сети с фиг. 3.
Далее, обратимся к фиг. 5, на которой представлена структурная схема реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения.
В качестве одного из возможных вариантов, структурная схема реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей с фиг. 5 может быть рассмотрена в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может быть рассмотрена в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения могут быть в равной степени применены к нижеследующему описанию.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может быть исполнена вычислительной системой 42, и/или локальным контроллером 31 или 39, и/или центральным контроллером или сервером 32 или 40, а также измерительными устройствами 10 или 37 сети.
Как показано на фиг. 5, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может иметь следующие модули.
Коммуникационный модуль 52 может обмениваться данными с одним или более измерительными устройствами 10 сети с фиг. 2 и/или измерительными устройствами 37 сети с фиг. 3. Коммуникационный модуль 52 может принимать различные измерения от одного или более измерительных устройств сети и/или выдавать инструкции в любое такое одно или более измерительных устройств сети для выполнения одного или более конкретных измерений конкретным образом. Коммуникационный модуль 52 может сохранять такие измерения 53 в модуле 54 базы данных.
Следует понимать, что применение базы данных, такой как модуль 54 базы данных, является примером возможных вариантов осуществления, причем для ведения журнала и хранения данных могут быть предусмотрены другие варианты осуществления, в том числе, память или устройство для хранения любого типа, включая временную память (RAM).
Модуль 55 анализа измерений может загрузить измерения 53 из модуля 54 базы данных, получить результаты 56 анализа и сохранить результаты анализа в модуле 54 базы данных.
Модуль 57 пользовательского интерфейса может позволить пользователю 58 управлять реализованной программными средствами программой 51 для динамического обнаружения неисправностей, например, путем определения одного или более рабочих параметров реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей. Модуль 57 пользовательского интерфейса может позволить пользователю 58 получить доступ к результатам 56 анализа. Модуль 57 пользовательского интерфейса может также автоматически предупредить пользователя 58 при возникновении конкретного события, как определено пользователем 58. Модуль 57 пользовательского интерфейса может позволить пользователю 58 определить такие рабочие параметры, как правила 59 сбора измерений, правила 60 анализа измерений и правила 61 предупреждения о событии.
Модуль 54 базы данных может содержать базу 62 данных измерений, содержащую измерения, собранные посредством коммуникационного модуля 52, операционную базу 63 данных, содержащую правила 59 сбора, правила 60 анализа, правила 61 предупреждения о событии и расписания сканирования, и базу 64 данных о результатах анализа.
Следует понимать, что применение сохраненных правил, таких как правила 59, 60 и правила 61, является одним из примеров возможных вариантов осуществления, при этом возможны также другие варианты осуществления. Например, логика таких правил может быть воплощена в коде соответствующего модуля.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может анализировать измерения по-разному. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может сравнивать два или более измерений, произведенных посредством одного и того же измерительного устройства сети в разное время. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может сравнивать два или более измерений, произведенных разными измерительными устройствами сети по существу в одно и то же время. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может сравнивать два или более изменений в измерениях, выявленных одним и тем же или разными измерительными устройствами сети. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может сравнивать два или более измерений переходных процессов, обнаруженных одним и тем же или разными измерительными устройствами сети.
Понятие «переходный процесс» может относиться к любому типу кратковременного или мгновенного изменения напряжения и/или тока и/или мощности, такого как резкий всплеск, бросок и т.д.
Модуль 55 анализа измерений сканирует базу 62 данных измерений согласно правилам 60 анализа измерений для обнаружения аномалий, или неисправностей. Различные неисправности могут иметь разные характеристики в форме типовых измерений, или соотношений между измерениями, произведенными одним и тем же или разными измерительными устройствами сети.
Правило 60 анализа измерений может быть предназначено для обнаружения и/или идентификации конкретной неисправности. Правило 60 анализа измерений может также запустить применение одного или более конкретных правил 59 сбора измерений, например, для сбора более точных измерений, например, некоторого набора измерений, произведенных конкретным измерительным устройством сети в течение конкретного времени.
Далее обратимся к фиг. 6, на которой представлена блок-схема для модуля 55 анализа измерений согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как вариант, блок-схему модуля 55 анализа измерений с фиг. 6 можно рассматривать в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что блок-схема модуля 55 анализа измерений с фиг. 6 может быть рассмотрена в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения могут быть в равной степени применены к нижеследующему описанию.
Как показано на фиг. 6, модуль 55 анализа измерений может начать с этапа 65, например, для загрузки правил из операционной базы 63 данных. Модуль 55 анализа измерений может далее продолжить и перейти на этап 66 для сканирования измерений в базе 62 данных измерений. Модуль 55 анализа измерений может далее перейти на этап 67 для сравнения каждого измерения со всеми правилами идентификации аномалий.
Правило идентификации аномалий может связать измерение с конкретным типом аномалии. Как правило, тип аномалии связывает измерение с одной или более возможными неисправностями. Если (этап 68) измерение идентифицируют как аномальный, то следует проверить соответствующие измерения соседних измерительных устройств сети для определения того, существует ли неисправность и каков тип такой неисправности.
При обнаружении аномального измерения (этап 68), модуль 55 анализа измерений далее переходит на этап 69 для загрузки из операционной базы 63 данных одного или более правил анализа, связанных с одним или более типами аномалий, определенными на этапе 67. Правило анализа может указать, например, на то, какие другие измерения необходимо проанализировать и как это сделать. Правило анализа может затребовать один или более предыдущих измерений того же самого измерительного устройства сети, и/или один или более предыдущих измерений другого измерительного устройства сети. Модуль 55 анализа измерений может далее перейти на этап 70 для сканирования и сравнения измерения в соответствии с правилом анализа.
Если модуль 55 анализа измерений, используя правило анализа, идентифицирует неисправность (этап 71), модуль 55 анализа измерений может уведомить о неисправности (этап 72), как правило, путем создания записи о неисправности в базу 64 данных о результатах анализа в соответствии с правилом предупреждения о событии, связанным с идентифицированной неисправностью.
Модуль 55 анализа измерений может повторить этапы 69-72 для всех правил, связанных с идентифицированной аномалией (этап 73). Модуль 55 анализа измерений может повторить этапы 66-72 для всех измерений в базе 62 данных измерений.
Модуль 55 анализа измерений может сканировать базу 62 данных измерений непрерывно и/или многократно в соответствии с конкретным расписанием, и/или после предупреждения от измерительного устройства сети и/или после предупреждения от коммуникационного модуля 52, и/или после ручного запроса, например, от пользователя 52. Расписание сканирования может быть определено пользователем 52 или правилом анализа.
Далее, обратимся к фиг. 7, на которой представлена блок-схема процедуры 74 сканирования измерений согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Процедура 74 сканирования измерений может представлять собой одну из возможных реализаций этапа 70 с фиг. 6.
Как вариант, блок-схема процедуры 74 сканирования измерений с фиг. 7 может быть рассмотрена в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что блок-схему процедуры 74 сканирования измерений с фиг. 7 можно рассматривать в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения можно в равной степени применять к нижеследующему описанию.
Процедура 74 сканирования измерений может быть выполнена посредством вычислительной системы 42, центрального контроллера или сервера 32 или 40, и/или локального контроллера 31 или 39, а также посредством измерительных устройств 10 или 37 сети. Процедура 74 сканирования измерений, как правило, выполняется в качестве части реализованной программными средствами программы 51 динамического обнаружения неисправностей, и тем же самым устройством.
Однако, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей и процедура 74 сканирования измерений могут быть выполнены различными устройствами. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может быть исполнена центральным контроллером или сервером 32 или 40, а процедура 74 сканирования измерений выполняется одним или более локальными контроллерами 31 или 39. Например, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может быть исполнена локальным контроллером 31 или 39, а процедура 74 сканирования измерений выполняется одним или более измерительными устройствами 10 или 37 сети.
Как показано на фиг. 7, процедура 74 сканирования измерений может начать с этапа 75 для определения измерительных устройств сети, для которых необходимо провести оценку измерений. Как правило, такие измерительные устройства сети могут быть расположены проксимально ниже по потоку, например, в направлении электрической нагрузки (или нагрузок) и/или потребителя (или потребителей) электроэнергии. Альтернативно или дополнительно, такие измерительные устройства сети могут быть расположены проксимально выше по потоку, например, в направлении электростанции (или электростанций).
Альтернативно или дополнительно, такие измерительные устройства сети могут быть расположены проксимально параллельно, например, на параллельном энергонесущем проводнике одной и той же фазы, или на энергонесущем проводнике, имеющим другую фазу, или нейтральной линии, и т.д. Альтернативно или дополнительно, в случае наличия ветвей сети (вверх по потоку или вниз по потоку) такие измерительные устройства сети могут быть расположены на параллельных ветвях. Измерительные устройства сети, для которых необходимо обеспечить оценку измерений, могут быть определены в соответствии с типом аномалии, обнаруженным на этапе 67 с фиг. 6, и/или в соответствии с правилом анализа, загруженным на этапе 69 с фиг. 6. Измерительные устройства сети, для которых необходимо провести оценку измерений, могут быть определены в соответствии с типом и/или характеристиками оцененных измерений соседних устройств. Таким образом, оценка может охватить любое количество измерительных устройств сети.
Следует понимать, что реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может обнаружить направление потока энергии и/или сторону (или стороны) генератора. Например, если допустить, что питающая линия, несущая энергию от основного электрогенератора на электростанции, соединена с первой стороной линии, и, на той же самой линии, фотогальваническая электрогенераторная установка соединена со второй стороной. Измерительное устройство 10 сети может отдельно измерить поток энергии для двух блоков питания. Процедура 74 сканирования измерений может перейти на этап 76 для определения того, существует ли корректное измерение для одного или более измерительных устройств сети, выбранных на этапе 75. Такие измерения могут быть корректными, если измерение относится к требуемому типу, и/или было произведено в конкретное время, и/или имеет надлежащую точность и т.д.
Измерение может относиться к различным типам, например, это может быть напряжение, ток, фаза между напряжением и током, частота, температура, ветер, и т.д., мгновенное измерение, усредненное по любому конкретному временному периоду, и т.д., абсолютное значение, изменение, переходный процесс, и т.д.
Если корректное измерение не существует, например, в базе 62 данных измерений, то процедура 74 сканирования измерений может продолжить и запросить корректное измерение у соответствующего измерительного устройства сети (как определено на этапе 75).
Процедура 74 сканирования измерений может, как правило, перейти на этап 77 для загрузки правила 59 сбора измерений из операционной базы 63 данных. Процедура 74 сканирования измерений может далее перейти на этап 78 для запрашивания конкретного измерения от измерительного устройства сети, как определено на этапе 75.
Например, этап 78 может быть реализован посредством процедуры 74 сканирования измерений, обеспечивающей отправку надлежащего правила 59 сбора измерений, с помощью реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей, и посредством коммуникационного модуля 52, в надлежащие локальные контроллеры (31, 39) и/или измерительные устройства (10, 37) сети.
Процедура 74 сканирования измерений может продолжиться и далее перейти на этап 79 для изменения расписания сканирования, при наличии корректного измерения. Процедура 74 сканирования измерений может затем перейти на этап 80 для определения (с учетом отсутствия корректного измерения, и изменения расписания сканирования) того, что неисправность не идентифицирована.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей, а также процедура 74 сканирования измерений могут быть исполнены посредством главного центрального контроллера 40 и/или локальных контроллеров 39 и/или и тех, и других контроллеров, представленных на фиг. 3, и/или центрального контроллера или сервера 32 и/или локального контроллера 31, и/или и тех, и других контроллеров, представленных на фиг. 2. Этапы 77-80, как правило, выполняются посредством этих субъектов. Однако, альтернативно или дополнительно, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей, а также процедура 74 сканирования измерений могут быть исполнены, полностью или частично, посредством любого из измерительных устройств 10 сети с фиг. 1 и 2 и/или измерительных устройств 37 сети с фиг. 3.
Преимущество исполнения реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей, а также процедуры 74 сканирования измерений посредством главного центрального контроллера 40 и/или центрального контроллера или сервера 32 состоит в наличии всеобъемлющей базы 62 данных измерений, покрывающей всю сеть, или большую часть сети, и в длительном временном периоде сбора измерений.
Преимущество исполнения реализованной программными средствами программы 51 динамического обнаружения неисправностей, а также процедуры 74 сканирования измерений посредством локальных контроллеров (31, 39) состоит в том, что измерения сканируются параллельно и, соответственно, неисправности и/или подозрительные ситуации могут быть обнаружены быстрее, по меньшей мере для ограниченной зоны, которую контролирует конкретный локальный контроллер.
Преимущество исполнения реализованной программными средствами программы 51 для динамического обнаружения неисправностей, а также процедуры 74 сканирования измерений посредством измерительных устройств (10, 37) сети состоит в том, что по меньшей мере некоторые неисправности и/или подозрительные ситуации могут быть обнаружены даже быстрее, по меньшей мере в непосредственной близости от конкретного измерительного устройства сети.
Каждое измерительное устройство может хранить внутри измерения, не передаваемые в локальные контроллеры (31, 39) и/или главный центральный контроллер 40 и/или центральный контроллер или сервер 32. По аналогии, локальные контроллеры (31, 39) могут хранить внутри измерения, не передаваемые в главный центральный контроллер 40 и/или центральный контроллер или сервер 32.
Таким образом, если этапы 76-78 выполняются локальным контроллером (31, 39), локальный контроллер может отправить запрос в соответствующее измерительное устройство (10, 37) сети в пределах его территории, или в соседний локальный контроллер (31, 39), контролирующий измерительное устройство сети. По аналогии, если этапы 76-78 выполняются измерительным устройством (10, 37) сети, оно может отправить запрос непосредственно в надлежащее соседнее измерительное устройство сети. В таком случае запрос может быть предоставлен по существу моментально и процедура 74 сканирования измерений может сразу перейти на этап 81.
На этапе 81 процедура 74 сканирования измерений может загрузить требуемое измерение (или измерения) соседнего измерительного устройства (или устройств) сети, например, в соответствии с релевантным правилом 60 анализа. Если имеются все необходимые измерения (на этапе 82), процедура 74 сканирования измерений может перейти на этап 83 для определения того, существует ли неисправность, а также определения типа неисправности (этапы 84 и 85).
Таким образом, например, первое измерительное устройство 10 или 37 сети может анализировать собранные им данные, как правило, в реальном времени, и определять то, что от конкретного соседнего второго измерительного устройства 10 или 37 сети требуется один или более дополнительных измерений. Например, первое измерительное устройство может обнаружить изменение конкретного значения в конкретный момент времени и запросить второе измерительное устройство об отправке более подробных измерений, которые второе измерительное устройство сети хранит внутри в течение предварительно заданного периода времени. После приема первым измерительным устройством сети подробных измерений от второго измерительного устройства сети, оно может определить конкретную неисправность и проинформировать локальный контроллер 10 или 39, способный начать развернутое сканирование неисправности. То же самое применимо к первому локальному контроллеру 31 или 39, запрашивающему соседний второй локальный контроллер 31 или 39.
Такая компоновка позволяет измерительному устройству 36 сети мгновенно контролировать такие события, как переходные процессы. Измерительная система 36 сети может обнаружить предполагаемые неисправности в реальном времени и использовать очень подробные измерения без необходимости передачи этих подробных измерений в центральную базу данных. Вместо этого, ограниченные во времени подробные измерения сохраняются измерительными устройствами сети внутри и могут быть запрошены и использованы моментально соседними измерительными устройствами сети.
Следует понимать, что каждый блок измерительной системы 36 сети может запросить любой другой блок о сборе подробных измерений, и/или отправить подробные измерения в любой другой блок измерительной системы 36 сети. В частности, главный центральный контроллер 40, таким образом, может запросить один или более локальных контроллеров 31 или 39 и/или измерительное устройство 10 или 37 сети об отправке ему подробных измерений. По аналогии, локальный контроллер 31 или 39 может запросить один или более локальных контроллеров 31 или 39 и/или одно или более измерительных устройств 10 или 37 сети об отправке ему подробных измерений, или об отправке подробных измерений в главный центральный контроллер 40. По аналогии, измерительное устройство 10 или 37 может запросить один или более локальных контроллеров или одно или более измерительных устройств 10 или 37 сети об отправке в него подробных измерений, или об отправке подробных измерений в локальный контроллер 31 или 39, или в главный центральный контроллер 40. Таким образом, измерительной системе 36 сети может не потребоваться передавать все подробные измерения в главный центральный контроллер 40. Вместо этого, подробные измерения обрабатываются измерительным устройством 10 или 37 сети, собирающим измерения, и, если измерительное устройство 10 или 37 сети подозревает о наличии неисправности, в соседние устройства (например, одно или более измерительных устройств 10 или 37 сети, или локальные контроллеры 31 или 39) направляется запрос о передаче подробных измерений (в измерительное устройство 10 или 37 сети, локальный контроллер 31 или 39, или главный центральный контроллер 40) для подробного анализа. В результате, в сеть и базу данных не загружаются ненужные данные.
Следует понимать, что обработка результатов анализа посредством каждого из измерительных устройств 10 или 37 сети (например, этап 70 на фиг. 6) позволяет обрабатывать результаты анализа в реальном времени, или близко к реальному масштабу времени, в результате чего запрос на подробные измерения от одного или более соседних устройств может быть выдан мгновенно (например, в реальном времени или близко к реальному масштабу времени) и, таким образом, измерительные устройства 10 или 37 сети могут потребовать сохранения таких подробных измерений внутри в течение относительно короткого времени. Следовательно, требования к памяти и/или накопителю в измерительных устройствах 10 или 37 сети снижаются и/или более подробные измерения (их типы) могут быть сохранены посредством измерительных устройств 10 или 37 сети.
Следует понимать, что понятие «соседние устройства» может относиться к устройствам (например, одному или более измерительным устройствам 10 или 37 сети, или локальным контроллерам 31 или 39) на одном и том же проводнике (например, кабеле 11), несущем фазу, и/или на параллельном проводнике, таком как параллельный несущий фазу проводник трехфазной сети. По аналогии, понятие «соседние устройства» может также относиться к одному или более устройствам на параллельной ветви сети.
Правило 60 анализа может иметь различные формы в зависимости от возможных неисправностей. Обычно, неисправность конкретного типа может иметь одно или более правил 60 анализа, обнаруживающих неисправность.
Правило 60 анализа может согласовывать или сравнивать один и тот же тип измерений, произведенных одним и тем же измерительным устройством сети, например, в разные моменты времени, обычно последовательных измерений. Правило 60 анализа может согласовывать или сравнивать, например, один и тот же тип измерений, произведенных разными измерительными устройствами сети в одно и то же время. Правило 60 анализа может согласовывать, или сравнивать, например, измерения разных типов одного и того же или разных измерительных устройств сети. Правило 60 анализа может также включать любую комбинацию упомянутых выше корреляций или сравнений.
Например, ветер может привести к тому, что дерево или схожий объект соприкоснется с сетью, или иным образом приведет к мгновенному броску, импульсу, всплеску или изменению тока или изменению напряжения. Такой бросок или изменение может быть обнаружено двумя или более контрольными устройствами сети, например, двумя контрольными устройствами сети выше по потоку и ниже по потоку от точки, в которой дерево соприкасается с сетью. Однако, значение измеренного параметра (например, изменения тока или всплеска напряжения) может отличаться или даже может быть противоположным.
Параметры ветра могут быть измерены непосредственно или косвенно. Например, ветер можно измерить как скорость воздуха или в виде воздействия ветра на кабель. Например, кабель может отклоняться, раскачиваться или колебаться и т.д. Такое отклонение, раскачивание и колебание кабеля могут быть измерены с использованием, например, акселерометра, гравиметра или другого похожего устройства.
Такое изменение тока или напряжения зависит от времени и может быть обнаружено в одно и то же время (или приблизительно в одно и то же время) посредством двух или более измерительных устройств сети. Такое множество измерительных устройств способно обнаружить одно и то же зависимое от времени изменение, причем каждое измерительное устройство сети может измерить зависимое от времени изменение разного значения. Таким образом, разница между измерениями двух измерительных устройств сети также представляет собой зависимое от времени изменение, или импульс.
Например, правило 60 анализа, обнаруживающее увеличение тока в первом контрольном устройстве сети и уменьшение тока в ближайшем контрольном устройстве сети, может указывать на наличие неисправности между контрольными устройствами сети, причем неисправность отражает мгновенное короткое замыкание из-за соприкосновения сети с некоторым объектом. Например, такой индикатор неисправности (например, правило 60 анализа) может также потребовать измерения ветра с достаточным значением, или измерения влажности с достаточным значением, или измерения проводимости воздуха с достаточным значением. Правило 60 анализа может дополнительно требовать, чтобы дополнительные контрольные устройства сети выше по потоку и/или ниже по потоку не выявили релевантный параметр (например, уменьшение или увеличение тока), или обнаружили намного более низкое значение.
Например, правило 60 анализа может обнаружить утечку между двумя контрольными устройствами сети, например, сравнивая измерения тока двух контрольных устройств сети. Если, например, измерение тока верхнего по потоку контрольного устройства сети превышает измерение тока нижнего по потоку контрольного устройства сети, то данная разница может учитываться для какой-либо утечки между контрольными устройствами сети. Значение утечки может быть ниже порогового значения, что потребует уведомления о неисправности (например, на этапе 72).
Однако, на основании последовательных измерений правило 60 анализа может дополнительно обнаружить, что значение утечки со временем увеличивается. Такой индикатор также требует уведомления о наличии очевидной неисправности (например, на этапе 72), несмотря на то, что абсолютное значение утечки может по-прежнему оставаться ниже порогового значения. Правило 60 анализа может дополнительно указывать на связь с другим параметром, таким как ветер, температура, влажность и/или проводимость воздуха.
Таким образом, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может достаточно рано обнаружить развитие ситуации с ухудшением характеристик утечки, например, трансформатора или изоляции.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может также обнаружить разрыв кабеля. Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может обнаружить неисправность в конкретной ветви ниже по потоку от конкретного измерительного устройства сети, не возникающую в другой ветви.
Некоторые датчики могут быть неточными, или могут иметь дрейф, или могут потерять настройки из-за наличия пыли, влажности или износа. Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может использовать правило 60 анализа для исключения такой ситуации за счет компенсации разницы в точности двух или более измерительных устройств сети, медленного дрейфа, или резкого отклонения от калибровочных характеристик.
Например, правило 60 анализа может обнаружить неисправность, связанную с коррозией в соединении между двумя элементами кабеля 11. Например, правило 60 анализа может обнаружить разницу между измерениями тока двух соседних контрольных устройств сети, которая могла быть обусловлена небольшой утечкой, но при этом увязана, например, с температурой. Например, значение разности токов является циклическим и увеличивается с температурой в дневные часы и уменьшается с температурой в ночные часы. Таким образом, на этапе 72 можно уведомить о возможной коррозии, указывающей на наличие неисправности в кабельном соединении между двумя соседними контрольными устройствами сети.
Измерительное устройство сети может измерять различные параметры (например, электрические параметры, физические параметры и т.д.) с высокой разрешающей способностью, например, с высокой скоростью (например, измерения в секунду) и/или высокой точностью. Согласно одному или более правилам 59 сбора, измерительное устройство (10, 37) сети может затем отправить в измерительное устройство сети выше по потоку и/или соответствующие локальные контроллеры (31, 39) и/или в центральный контроллер или сервер 32 и/или в главный центральный контроллер 40, выбранные образцы с низкой разрешающей способностью и/или усредненные значения соответствующих измерений.
Каждое измерительное устройство (10, 37) сети может хранить внутри, например, в памяти или накопителе модуля 14 контроллера с фиг. 1, выбранные измерения с высокой разрешающей способностью. Например, измерительное устройство (10, 37) сети может хранить внутри конкретное количество последних измерений, или измерений за конкретный недавний период времени, или измерений с любыми конкретными характеристиками.
Например, измерительное устройство (10, 37) сети может хранить внутри измерения, соотнесенные с конкретным нарушением, например, переходным процессом. Такие соотнесенные измерения могут, например, представлять собой измерение того же самого параметра непосредственно перед и сразу после переходного процесса, или измерения параметров различных типов в момент времени переходного процесса. Такие измерения могут не передаваться вверх по потоку до тех пор, пока не будет направлен соответствующий запрос.
Правило 60 анализа, например, может содержать запрос на такие измерения с высокой разрешающей способностью от измерительного устройства сети, уведомляющего о наличии переходного процесса, и/или от соседних измерительных устройств сети.
Правило 60 анализа может далее, например, сравнить подробные измерения с высокой разрешающей способностью двух измерительных устройств сети для анализа, например, свойств переходного процесса, и/или местоположения переходного процесса.
Местоположение переходного процесса может быть определено, например, путем сравнения точного времени измерения переходного процесса, выполненного посредством двух или более измерительных устройств сети, например, измерительных устройств сети, расположенных выше по потоку и ниже по потоку от местоположения, в котором возник переходный процесс (альтернативно, измерительных устройств сети, расположенных на той же самой стороне, что и место возникновения переходного процесса). Точное время измерения может быть получено посредством GPS-модуля 26.
Однако, если два измерительных устройства сети измеряют различные формы одного и того же переходного процесса, важно сравнить измерения времени для одного и того же признака переходного процесса. Это можно обеспечить путем сравнения подробных измерений с высокой разрешающей способностью. Правило 60 анализа, например, может содержать запрос на такие измерения с высокой разрешающей способностью одного или более типов параметров, таких как напряжение и ток, например, для оценки мгновенной мощности.
GPS-модуль 26 обеспечивает измерения времени примерно в 10 наносекунд, и, тем самым, позволяет оценить местоположение неисправности примерно в 3 метра. GPS-модуль 26 также обеспечивает возможность синхронизации измерений множества измерительных устройств сети.
Далее обратимся к фиг. 8, на которой представлена схема части сети, имеющей некоторую неисправность, причем местоположение неисправности определяют посредством двух или более измерительных устройств сети, согласно одному из примерных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как вариант, схема с фиг. 8 может быть рассмотрена в контексте деталей, представленных на предыдущих фигурах. Очевидно, однако, что схема с фиг. 8 может быть рассмотрена в контексте любой желаемой среды. Кроме того, упомянутые выше определения могут быть в равной степени применены к нижеследующему описанию.
На фиг. 8 показаны измерительные устройства (10, 37) сети, соединенные с однофазным, несущим фазу проводником (например, кабелем 11). Однако, следует понимать, что компоновка, система и способ, раскрытые со ссылкой на фиг. 8, также могут быть применены к трехфазной сети и/или множеству проводников.
Местоположение неисправности может быть определено в зависимости от местоположений двух или более измерительных устройств (10, 37) сети, которые вовлечены в процесс измерения и/или обнаружения неисправности. Местоположение неисправности может быть определено в соответствии с точным местоположением измерительных устройств (10, 37) сети, полученным, например, с использованием точных GPS измерений. Местоположение неисправности относительно измерительных устройств (10, 37) сети, например, как раскрыто ниже, может быть определено с использованием точно синхронизированных часов в данных измерительных устройствах (10, 37) сети, с использованием GPS сигналов часов. Если точная (например, примерно 10 наносекунд) синхронизация часов невозможна, то местоположение неисправности может быть определено приблизительно, например, посередине между двумя измерительными устройствами (10, 37) сети.
Используя аппаратные средства и/или программные средства для высокоточного определения местоположения неисправности, измерительная система 36 сети, или реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может сначала найти грубое местоположение неисправности, например, между двумя измерительными устройствами (10, 37) сети. И далее, измерительная система 36 сети, или реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может использовать один из следующих контрольных тестов для определения точного местоположения неисправности, используя высокоточное время измерения, связанного с неисправностью, и предоставленного измерительными устройствами (10, 37) сети, находящимися ближе всех к неисправности.
Во время первого контрольного теста, представленного на фиг. 8, измерительная система 36 сети, или реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может определить местоположение неисправности 86 между двумя измерительными устройствами (10, 37) сети, такими как измерительные устройства сети, обозначенные номерами позиций 87 и 88, с использованием следующих формул:
Уравнение 1: L1=L-L2
Уравнение 2: L2=(L-(Т1-Т2)*С)/2
При этом:
С представляет собой скорость электрической волны в проводнике, как правило, скорость света, которая составляет 300 метров в микросекунду;
L представляет собой расстояние между двумя измерительными устройствами 87 и 88 сети;
L1 и L2 представляют собой расстояния до местоположения неисправности от измерительного устройства 87 и 88 сети, соответственно.
Во время второго контрольного теста одно из двух измерительных устройств 87 и 88 сети не обеспечивает измерение времени релевантного события или параметра. Например, измерительное устройство 88 сети измеряет нормальный ток или напряжение или отсутствие тока или отсутствие напряжения, и т.д., например, связанное с неисправностью, такой как разрыв провода или замыкание на землю, или с тем, что отсутствует измерительное устройство сети на стороне неисправности 86.
Измерительная система 36 сети или реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может определить местоположение неисправности 86, используя, например, измерительные устройства сети, обозначенные номерами позиций 87 и 89, посредством следующих формул:
Уравнение 3: L2=L+L1
Уравнение 4: LI=(L+(Т1-Т2)*С)/2
При этом:
С представляет собой скорость электрической волны в проводнике, как правило, скорость света, которая составляет 300 метров в микросекунду;
L представляет собой расстояние между двумя измерительными устройствами 87 и 88 сети;
L1 и L2 представляют собой расстояния до местоположения неисправности от измерительного устройства 87 и 88 сети, соответственно.
Приведенные выше уравнения обеспечивают вычисление местоположения неисправности вдоль кабеля. Местоположение неисправности в абсолютных понятиях (таких как GPS положение) может быть определено в соответствии с фактическим движением кабеля над или под землей. Если, например, отсутствует изгиб кабеля (например, из-за полюса сети), координаты неисправности могут быть вычислены в соответствии с GPS координатами измерительных устройств сети и посредством вычисления траектории кабеля по прямой линии. Если кабель изгибается, то координаты неисправности могут быть вычислены с использованием фактических сегментов кабеля и в соответствии с действительным маршрутом провода.
Таким образом, измерительная система 36 сети может задействовать множество измерительных устройств, распределенных по электрической сети, в которой каждое из этих измерительных устройств способно измерить по меньшей мере ток или напряжение, и записать измерения тока и/или измерения напряжения с соответствующем временем их осуществления.
Таким образом, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может обнаружить неисправность в электрической сети путем первоначальной записи в журнал множества таких измерений, в том числе переходных процессов, обнаруженных любым из множества измерительных устройств. Измерения и/или переходные процессы могут включать изменение значения тока и/или изменение значений напряжения. Как правило, такое изменение записывается в журнал, если такое изменение больше соответствующего предварительно заданного значения.
Далее реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может обнаружить первый переходный процесс, обнаруженный первым измерительным устройством, и второй переходный процесс, обнаруженный вторым измерительным устройством, причем второй переходный процесс происходит в пределах предварительно заданного периода после первого переходного процесса.
Затем реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может вычислить местоположение источника для переходного процесса в соответствии с временем измерения переходного процесса посредством двух или более измерительных устройств.
Предварительно заданный период может не превышать время прохождения такого переходного процесса между первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством в соответствии, например, со скоростью электрического сигнала в кабеле сети.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может вычислить местоположение источника путем вычисления разности времени между временем появления соответствующих переходных процессов, вычисления расстояния движения переходного процесса во время указанной разности времени в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети, вычисления промежуточного местоположения между первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством, и определения местоположения источника на половине расстояния движения от промежуточного местоположения ближе к измерительному устройству, имеющему более раннее время появления соответствующих переходных процессов.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может также обнаружить множество таких переходных процессов, обнаруженных первым измерительным устройством, и соответствующее время измерения переходных процессов, и уведомить о переходных процессах, если второе измерительное устройство, расположенное ниже по потоку от местоположения источника, не обнаружило переходный процесс в пределах предварительно заданного периода времени вблизи времени измерения переходных процессов, обнаруженных первым измерительным устройством. Альтернативно, реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может уведомить о переходных процессах, если второе измерительное устройство, расположенное ниже по потоку, обнаружило повторяющиеся противоположные переходные процессы в пределах предварительно заданного периода времени вблизи времени измерения переходных процессов, обнаруженных первым измерительным устройством.
В этом случае также предварительно заданный период времени может не превышать время прохождения переходного процесса между первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может также вычислить местоположение источника переходного процесса, обнаруженного вторым измерительным устройством, путем первоначального вычисления разности времени между временем появления соответствующих переходных процессов, обнаруженных первым и вторым измерительными устройствами; далее путем вычисления расстояния прохождения переходного процесса во время разности времени в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети; затем путем вычисления местоположения между первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством; и далее, путем определения местоположения источника в виде половины расстояния движения от промежуточного местоположения ближе к измерительному устройству, имеющему более раннее время появления соответствующих переходных процессов.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может также измерить и записать в журнал температуру, с соответствующим временем измерения, и после этого обнаружить повторяющееся изменение значения измерения конкретного измерительного устройства, причем повторяющееся изменение значения измерения согласуется с соответствующим значением температуры или изменением температуры кабеля электрической сети.
Реализованная программными средствами программа 51 для динамического обнаружения неисправностей может дополнительно обнаружить неисправность в электрической сети путем обнаружения переходного процесса посредством по меньшей мере одного измерительного устройства и далее запрашивания, из по меньшей мере одного ближайшего измерительного устройства, об уведомлении о по меньшей мере одном измерении, записанном в пределах предварительно заданного периода времени вблизи времени измерения переходного процесса. Предварительно заданный период может не превышать время прохождения переходного процесса между двумя измерительными устройствами в соответствии со скоростью электрического сигнала в кабеле сети.
Следует понимать, что конкретные признаки, которые, для ясности, раскрыты в контексте отдельных вариантов осуществления настоящего изобретения, также могут быть объединены в одном варианте осуществления. И наоборот, различные признаки, которые, для краткости, раскрыты в контексте одного варианта осуществления настоящего изобретения, также могут быть представлены отдельно или в любой подходящей подкомбинации.
Хотя описание приведено выше в отношении конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, очевидно, что специалисту в данной области техники будут понятны многие другие альтернативы, модификации и вариации настоящего изобретения. Следовательно, настоящее описание призвано охватывать все такие альтернативы, модификации и вариации, которые подпадают под сущность и широкий объем защиты, заданный прилагаемой формулой изобретения. Все публикации, патенты и заявки на патенты, упомянутые в данном описании, включены в полном объеме в настоящий документ посредством ссылки, в той же мере, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент была специально и отдельно указана для ее включения в настоящий документ путем ссылки. Кроме того, приведение или указание любой ссылки в данной заявке не следует рассматривать как признание того, что такая ссылка относится к предшествующему уровню техники.