使用光接地线光纤中的行波的传输线路保护

摘要

本文公开了用于使用光接地线中的偏振状态行波来检测电力传输线路上的故障的位置的系统。各个实施例还可检测传输系统的导体上的行波。可将偏振状态行波和电行波的到达时间进行比较。使用时间差和已知的行波传播速度，可计算到故障的距离。偏振状态行波的到达时间可使用来自光通道中的光电检测器的电信号来计算，该光通道具有不同取向或参考帧的偏振滤波器。

权利要求

1.一种被配置为监控与电力线路相关联的光接地线光纤的系统，包括：偏振状态检测子系统，其用于检测由所述光接地线光纤承载并由所述电力线路上的干扰引起的光辐射的至少一个偏振参数的变化；

数字化子系统，其被配置为创建所述至少一个偏振参数的第一数字化表示；以及智能电子设备，其与所述偏振状态检测子系统进行通信，所述智能电子设备包括：第一输入端，其被配置为接收所述至少一个偏振参数的所述第一数字化表示；

第二输入端，其被配置为接收与所述电力线路相关联的电信号的第二数字化表示；

偏振状态行波子系统，其被配置为基于由所述第一数字化表示指示的偏振状态的变化来识别偏振状态行波，以及电行波模块，其被配置为基于所述第二数字化表示来识别电行波；以及保护子系统，其与所述偏振状态检测子系统和所述电行波模块进行通信，所述保护子系统被配置为响应于对所述偏振状态行波和所述电行波的识别来实施保护动作。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述智能电子设备还包括：干扰定位器，所述干扰定位器被配置为基于以下项来确定到所述干扰的距离：偏振状态行波到达时间、电行波到达时间、所述偏振状态行波的传播速度以及所述电行波的传播速度。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述保护子系统还被配置为基于到所述干扰的距离来确定所述干扰在所述智能电子设备的保护区域内。

4.如权利要求2所述的系统，其中，所述智能电子设备还包括：时间输入端，所述时间输入端被配置为接收时间信号；

其中，所述偏振状态行波到达时间和所述电行波到达时间根据所述时间信号来确定。

5.如权利要求2所述的系统，其中，所述干扰定位器被配置为使用来自所述光接地线光纤的仅一个终端和所述电力线路的仅一个终端的测量结果来确定到所述干扰的距离。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述偏振状态检测子系统包括：分离器，所述分离器用于将所述光辐射分到多个路径中；

多个偏振滤波器，所述多个偏振滤波器与所述分离器进行光通信，每个偏振滤波器被配置为传输电光辐射的偏振部分；以及多个光电检测器，每个光电检测器与所述多个偏振滤波器中的一个进行光通信，每个光电检测器被配置为响应于由与其进行光通信的偏振滤波器传输的光辐射来发出电信号；

其中，所述数字化子系统被配置为从所述多个光电检测器接收电信号。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述多个偏振滤波器中的每个被配置为使不同偏振的所述光辐射通过。

8.如权利要求1所述的系统，还包括外壳，所述外壳被配置为容纳所述偏振状态检测子系统、所述数字化子系统和所述智能电子设备。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述干扰包括雷击和电气故障中的一种。

10.如权利要求1所述的系统，其中，所述光辐射包括线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光中的一种。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述光辐射包括光学编码的数据流和连续光源中的一种。

12.一种用于检测电力系统中的干扰并实施保护动作的方法，所述方法包括：接收由与所述电力系统中的电力线路相关联的光接地线光纤承载的光辐射；

使所述光辐射传递通过多个偏振滤波器；

检测通过所述多个偏振滤波器的所述光辐射的传输；

创建通过所述多个偏振滤波器传输的所述光辐射的第一数字化表示；

检测所述光辐射的所述第一数字化表示的变化；

基于所述光辐射的所述第一数字化表示的变化来识别偏振状态行波；

接收与所述电力线路相关联的电信号的第二数字化表示；

基于所述第二数字化表示来识别电行波；

基于对所述偏振状态行波和所述电行波的识别来实施保护动作。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

基于以下项来确定到所述干扰的距离：偏振状态行波到达时间、电行波到达时间、所述偏振状态行波的传播速度以及所述电行波的传播速度。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

基于到所述干扰的距离确定所述干扰在保护区域内。

15.如权利要求13所述的方法，还包括：

接收输入时间信号；以及

根据所述输入时间信号来确定所述偏振状态行波到达时间和所述电行波到达时间。

16.如权利要求13所述的方法，其中，到所述干扰的距离使用来自所述光接地线光纤的仅一个终端和所述电力线路的仅一个终端的测量结果来确定。

17.如权利要求12所述的方法，还包括：

将由所述光接地线光纤承载的所述光辐射分到多个路径中；

将所述多个路径中的每个引导到所述多个偏振滤波器中的一个；

其中，检测通过所述多个偏振滤波器的所述光辐射的传输包括将光电检测器放置成与所述多个偏振滤波器中的每个进行光通信；以及其中，创建通过所述多个偏振滤波器传输的所述光辐射的所述第一数字化表示包括对每个光电检测器的输出进行数字化。

18.如权利要求12所述的方法，其中，所述多个偏振滤波器中的每个被配置为使不同偏振的所述光辐射通过。

19.如权利要求12所述的方法，其中，所述光辐射包括线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光中的一种。

20.如权利要求12所述的方法，其中，所述光辐射包括光学编码的数据流和连续光源中的一种。

说明书

使用光接地线光纤中的行波的传输线路保护

技术领域

[0001] 本公开涉及使用光接地线光纤(“OPGW”)中的行波的传输线路保护。更具体地，本公开涉及但不限于使用OPGW中的光的偏振来检测与电传输线路相关联的OPGW中的行波，并将这样的行波的到达时间与电传输线路中的行波的到达时间进行比较，以确定干扰的发生和/或干扰的位置。

[0002] 附图简述

[0003] 参照附图对本公开的非限制性和非穷举性实施例进行了描述，包括本公开的各个实施例，在附图中：

[0004] 图1A图示了符合本公开的实施例的、通过电传输系统中的OPGW被引导到接地的干扰。

[0005] 图1B图示了符合本公开的实施例的图1A的OPGW，其中干扰影响光纤中的被检测为终端处的行波的光信号的偏振状态。

[0006] 图2图示了符合本公开的实施例的、线路负载条件的偏振状态的快速傅里叶变换的曲线图。

[0007] 图3A图示了符合本公开的实施例的、如从远离电导体的一个终端发生的干扰点看到的电导体中由干扰产生的电流随时间推移的曲线图。

[0008] 图3B图示了符合本公开的实施例的、如在一个终端处看到的斯托克斯(Stokes)参数随时间推移的曲线图，其指示通过OPGW光纤传输并由图3A中所图示的电流浪涌(surge)产生的光信号的SOP的变化。

[0009] 图4图示了符合本公开的实施例的、传输系统的相导体上由导体中的一个上的干扰产生的电流的TW路径和OPGW光纤上的SOP的TW路径。

[0010] 图5图示了符合本公开的实施例的、用于检测传输系统中的行波的系统的一个实施例的简化框图。

[0011] 图6图示了符合本公开的实施例的、用于检测OPGW中的SOP行波的系统的一个实施例的简化框图。

[0012] 图7图示了符合本公开的实施例的、用于检测OPGW中的SOP行波和电导体中的电流行波的系统的一个实施例的简化框图。

[0013] 图8图示了符合本公开的实施例的、用于检测传输系统中的行波的系统的一个实施例的简化框图。

[0014] 图9图示了符合本公开的实施例的、用于基于对SOP行波的检测来检测电力系统中的干扰并实施保护动作的方法的流程图。

[0015] 图10图示了符合本公开的实施例的、用于基于对SOP行波和电TW的检测来检测电力系统中的干扰、确定到干扰的距离、并且在干扰在保护区域内时选择性地实施保护动作的方法的流程图。

[0016] 详细描述

[0017] 线路故障的超高速跳闸带来许多好处，包括减少故障损坏和装备磨损、改善瞬态系统稳定性、增加电力传递和资产利用率、安全性以及减少野火灾害。超高速保护使用行波(TW)技术是可能的。线路的电流和电压中的TW实现了非常快速的方向决策(亚毫秒)，并允许通过基于通信的方向比较方案跳闸。然而，这些解决方案需要高保真电压测量结果(100kHz带宽)。通常用于在高压(HV)和超高压(EHV)网络中的保护的耦合电容器式电压互感器(CCVT)不提供这种所需的保真度。例如，典型的CCVT具有大约1kHz的带宽。

[0018] 标准的电流互感器通常具有更大的带宽，并可用在TW故障检测系统中。故障数据信息可经由高带宽通道(例如，100Mbps通道)来交换。另外，测量结果可包括允许测量结果被时间对准的时间戳。因此，这样的系统可利用高带宽通信和外部时间源。

[0019] 单端保护系统(即，仅使用来自线路的一端的测量结果的系统)呈现出几个理想的特性。例如，由于系统不需要等待来自远程位置的传输，因此这样的系统的速度可提高。这样的系统与由远程继电器造成的延迟和传输延迟无关。此外，这样的系统不需要时间同步；然而，单端系统可能鲁棒性较差，并且需要高保真电压源。

[0020] 本公开涉及被配置为识别线路电流中的TW以及光接地线(OPGW)光纤中的光TW的系统和方法。OPGW电缆结合了接地和通信的功能。典型的OPGW电缆包含在中心处具有一条或更多条光纤的导电材料的管状结构。OPGW电缆在高压电力塔架的顶部之间运行。电缆的导电部分用于将相邻的塔连接到大地，并屏蔽高压导体免于雷击。OPGW电缆内的光纤可用于进行数据的高速传输。

[0021] 本文中所提出的系统和方法可用于检测产生行波的干扰(例如，雷击、故障等)，或用于OPGW光纤的诊断功能。虽然光纤是绝缘体，但是电传输线路中的电流耦合到光纤。两种机制主要负责耦合：雷击和故障的法拉第效应，以及由于由负载和故障电流引起的机电吸引力/排斥力在光纤上产生的机械应力。OPGW通道中的电流影响通过通道行进的光的偏振状态(“SOP”)。换句话说，耦合将光的方向偏移为振荡波。

[0022] SOP是OPGW通道中的光的可测量特性。如果耦合电流高且快速变化，则SOP可能会受到极大影响。雷击和故障产生其中SOP受到显著影响的状况，并且这样的事件产生了处于SOP的TW。该TW以光在光纤中的速度从失真点行进到线路终端。

[0023] 在各个实施例中，符合本公开的系统可监控OPGW光纤以检测SOPTW，并且可监控电导体以检测电TW。这样的系统可包括多个输入电流互感器，每个输入电流互感器与电力传输系统的独立相进行电气通信，以用于获得与电力传输系统的每个相位中的电流相关的电信号。每个输入CT可被配置为将电信号传递到ADC，以用于对电信号进行采样和数字化，以供用于检测相导体上的行波的算法使用。这样的算法可使用用于检测相导体上的电流中TW的上升沿的各种方法。

[0024] OPGW光纤上的行波可使用通过多个偏振滤波器传输的光来检测。多个偏振滤波器的输出可由多个光电检测器监控。在一个实施例中，OPGW使用在一端处的偏振光来激发。当光行进到线路的接收端时，偏振状态应该保持相同或以统一的方式改变，使得在OPGW的接收端处接收的光随着时间的推移维持特定的SOP。干扰(例如，电气故障或雷击)可能引起OPGW上的SOP的改变，其以SOP行波的形式从干扰的地点行进。SOP行波前可由通过多个偏振滤波器中的一个的光的通过(passage)的增加检测。通过偏振滤波器中的一个传递的光可能会导致来自相关联的光电检测器的电信号的增加。因此，在OPGW上处于SOP的行波的到达时间可通过检测偏振滤波器中的一个的偏振的变化来确定。

[0025] 与SOP行波和电行波的检测相关的信息可用于线路故障的超快(亚毫秒)跳闸。与电力线路不同，OPGW光纤不互连，而是在通信装备收发器上终止的点对点链路。因此，SOP TW被包含到电力系统的与受影响的OPGW通道对应的特定段。因此，SOP行波的存在是在承载OPGW光纤的塔之上/附近的高能量事件的强指示。因此，对SOP行波的检测可用于监督其他形式的保护以提高安全性和速度二者。例如，在检测到SOP行波之后，由于TW的检测证实了故障发生在由超范围(overreaching)元件覆盖的保护区域内，因此超范围元件可被准许跳闸。

[0026] 被配置为监控SOP TW和电TW的系统可使用电波和SOP波的传播速度的差来计算干扰的位置。电流TW和SOP TW二者均源自线路上的某个点，但由于波行进的不同介质可能具有不同的速度。因此，距离可根据到达时间差和速度来确定：

[0027]

[0028] 其中：

[0029] v1是电TW的传播速度，

[0030] v2是SOP TW的传播速度，

[0031] t1是电TW的到达时间，以及

[0032] t2是SOP TW的到达时间。

[0033] 如可认识到的是，对于计算方程1所需的所有信息在单个终端处是可用的。换句话说，系统不需要来自远程终端的信息来计算到干扰的距离。

[0034] 使用方程1计算的距离可用于确定距离是否小于有界限的线路长度，并且如果是这样，则系统可以基于第一电流波和第一SOP波之间的到达时间差来使断路器跳闸。随后的波/反射波不需要用于计算到故障的距离或用于跳闸目的。对第一波的到达时间的依赖性只能使该单端保护原理鲁棒且简单。

[0035] SOP的实时测量可由电力系统中的保护设备执行。用于线路保护的对OPGW光纤中的TW的检测是对检测电压或电流行波的系统的有吸引力的替代或增强。针对SOP TW的系统监控可避免与监控电流和电压的TW检测系统相关联的高带宽通信通道和用于数据对准的外部时间源。

[0036] 通过参照附图将最好地理解本公开的实施例，其中类似的部件自始至终由类似的数字表示。将容易理解的是，如在本文中的附图中一般性地描述和图示的，所公开的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本公开的系统和方法的实施例的以下详细的描述不旨在限制本公开所要求保护的范围，而是仅代表本公开的可能实施例。另外，除非另有说明，方法的步骤不一定需要按照任何特定的顺序或甚至顺序地执行，也不需要步骤仅执行一次。

[0037] 在一些情况下，众所周知的特征、结构或操作没有被详细示出或描述。此外，所描述的特征、结构或操作可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。还将容易理解的是，如在本文中的附图中一般性地描述和图示的实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0038] 所描述的实施例的几个方面将作为软件模块或组件来说明。如本文中所使用的，软件模块或组件可包括位于存储设备内和/或作为电子信号通过系统总线或者有线或无线网络传输的任何类型的计算机指令或计算机可执行代码。例如，软件模块或组件可包括计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块，其可被组织为执行一个或更多个任务或实现特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。

[0039] 在某些实施例中，特定的软件模块或组件可包括被储存在存储设备的不同位置中的不同指令，其共同实现模块的所描述的功能。事实上，模块或组件可包括单一指令或许多指令，并且可以分布在几个不同的代码段上、不同的程序之间以及跨几个存储设备分布。一些实施例可在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，软件模块或组件可位于本地存储器储存设备和/或远程存储器储存设备中。另外，在数据库记录中绑定或呈现在一起的数据可驻留在相同的存储设备中或跨几个存储设备驻留，以及可以跨网络在数据库中的记录字段中链接在一起。

[0040] 实施例可作为计算机程序产品提供，其包括具有在其上所储存的指令的机器可读介质，该指令可用于给计算机(或其他电子设备)编写程序以执行本文中所描述的过程。机器可读介质可包括但不限于硬盘驱动器、软盘、光盘、CD-ROM、DVD-ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、固态存储设备、或适用于存储电子指令的其他类型的媒介/机器可读介质。

[0041] 图1A图示了符合本公开的实施例的、通过电传输系统100中的OPGW102被引导到接地的干扰104。电气系统100包括在多个塔架110之间架线的多个高压电线路108。OPGW 102包括可将干扰104引导到接地的导体。在一个示例中，干扰104可包括雷击。OPGW 102可屏蔽多个导体108免于雷击。来自雷击的电能可如箭头106所指示的向外行进到相邻的塔架，其中能量可通过接地被耗散。线106的重量指示较大部分的电能可通过两个最近的塔架流到接地；然而，一些能量可能被传递到更远的塔架。

[0042] 图1B图示了符合本公开的实施例的图1A的OPGW 102，其中干扰104影响光纤114中被检测为OPGW终端处的行波116a、116b的光信号的偏振状态。OPGW 102包括在中心具有光纤114的导电材料的外部管状结构112。如箭头106所指示的，来自干扰104的电能向外行进到相邻的塔架。外部管状结构的电激励部分112b由实线表示。来自干扰104的电能通过接地110来耗散，该接地表示图1A中的塔架110。如由虚线所设计的，外部导体的剩余部分112a没有被电激励。

[0043] 由于法拉第效应并且因为导体线的螺旋结构，干扰104影响在光纤114上行进的信号的SOP，并发起从干扰104的点发出的行波116a、116b。终端处的检测器可检测在光纤114的相对端处的行波116a、116b。行波116a、116b的到达时间可被记录并用于确定干扰104的位置。

[0044] 图2图示了符合本公开的实施例的、在60Hz电气系统中关于线路负载条件的在OPGW上承载的信号的SOP的快速傅里叶变换(“FFT”)的曲线图。FFT清晰地示出了在系统的基频(即，60Hz)下的尖峰以及几个谐波。电气系统的基频和谐波的存在表明OPGW通道和传输线路的电力导体中的电流之间有耦合。

[0045] 图3A图示了符合本公开的实施例的、如从远离电导体的一个终端发生的干扰点看到的、在电导体中由干扰产生的电流随时间推移的曲线图。在所图示的实施例中，干扰是雷击。时间轴已对准，使得电流斜坡发生在时间t＝0。

[0046] 图3B图示了符合本公开的实施例的、如在一个终端处看到的斯托克斯参数S1随时间推移的曲线图，并示出了由雷击引起的电流产生的由与电导体相关联的OPGW承载的光信号的SOP的变化。相比于图3A，SOPTW延迟25μs。在干扰起源处测量并在图3A中示出的电流和图3B中所示的一个终端处测得的SOP TW之间的延迟可用于确定到干扰的距离。在一个实施例中，SOP TW的传播速度接近2×108米/秒。该值以及25μs的延迟指示干扰发生在距终端5km处。在各个实施例中，IED或其他设备可监控电导体和OPGW光纤，以确定电流TW和SOP TW之间的延迟。然后，设备可基于电流TW和SOP TW的传播速度和延迟来确定到故障的距离。

[0047] 图4图示了符合本公开的实施例的、传输系统的相导体上的由电力导体中的一个上的干扰产生的电流的TW路径和OPGW光纤上的SOP的TW路径。干扰402发生在与电力系统的相位C相关联的导体上。干扰402可包括故障。干扰402从干扰的位置在两个方向上发起电流TW。电力导体中的行波耦合到OPGW，以在OPGW中产生电流。该电流在塔架处通过接地被耗散。OPGW中的电流又发起处于OPGW光纤的SOP下的TW。

[0048] 设置在导体或OPGW的任一端处的检测器可观察由干扰402产生的电流TW和SOP TW。这样的检测器可使用电流TW和SOP TW来确定干扰402的位置。此外，检测器可被配置为基于对TW的检测来采取保护动作。例如，检测器可被配置为基于对两个TW的检测来发出跳闸命令。如上所述，对SOP TW的检测可证实干扰402发生在保护设备的保护区域内。

[0049] 图5图示了符合本公开的实施例的、用于检测传输系统中的行波的系统500的一个实施例的简化框图。系统500包括设置在三相电力线路514的相对端处的线路继电器502A、502B。线路继电器502A、502B可分别包括向电流TW测量子系统504A、504B提供输入的电流互感器514A、514B。电流TW测量子系统504A、504B可被配置为检测三相电力线路514上的电流TW，并对其进行分析。

[0050] 线路继电器502A、502B可使用OPGW光纤对512进行通信。线路继电器502A可经由OPGW光纤512A传输信息，并且可经由光纤512B接收信息。线路继电器502B可经由OPGW光纤512B传输信息，并且可经由光纤512A接收信息。在各个实施例中，OPGW光纤可通过波分复用(WDM)共享。在这样的实施例中，符合本公开的系统和方法可利用光纤对，其已经通过对通道上的新的波长进行复用来使用。线路继电器502A、502B可包括可用于发射光信号的偏振光源508A、508B。在各个实施例中，光信号可包括光学编码的数据流，或者可包括连续光源。
所接收的光信号可被提供给SOP TW检测系统506A、506B。SOP TW检测子系统506A、506B可被配置为检测OPGW光纤对512上的SOP TW，并对其进行分析。

[0051] 干扰定位器510A、510B可被配置为分别对来自电流TW测量子系统504A、504B以及SOP TW检测子系统506A、506B的信息进行分析，以确定到干扰的距离。如上所讨论的，干扰可朝向线路继电器502A、502B发起电流TW和SOP TW。与电流TW和SOP TW相关联的不同传播速度可被确定，并且可用于使用方程1来检测到干扰的距离。在各个实施例中，线路继电器502A、502B可被配置为基于对电流TW、SOP TW以及到干扰的距离的一个或更多个检测来采取保护动作。

[0052] 图6图示了符合本公开的实施例的、用于检测OPGW中的SOP行波的系统600的一个实施例的简化框图。在所图示的实施例中，偏振光源602被配置为通过设置在OPGW电缆610内的光纤光缆606发送光信号。在所图示的实施例中，偏振光源体现为0°偏振光源。在符合本公开的其他实施例中，光源可以是椭圆偏振的或部分偏振的。此外，光源可被配置为生成编码数据流，或者可生成连续光源。干扰604可生成电流脉冲，如箭头630所指示的，其从干扰点通过OPGW电缆610向外行进。电流可由影响OPGW的事件(诸如，闪电击中OPGW电缆610)直接引起。可替代地，OPGW电缆610中的电流可能由于流经相关联的电导体(未示出)的电流的改变(诸如，电气故障)而引发。

[0053] 电流脉冲630可在光纤光缆606中产生SOP TW，该SOP TW可由SOPTW检测子系统620检测。分离器612可产生可以是多个偏振滤波器的输入的输入光信号。每个滤波器可被配置为以彼此隔开的间隔传递光。在所图示的实施例中，SOP TW检测子系统包括0°偏振滤波器622A、45°偏振滤波器622B和90°偏振滤波器622C。其他实施例可包括更多或更少的偏振滤波器。例如，如果使用三个滤波器，则一个滤波器可被定位在0°，另一个滤波器与第一个滤波器偏移45°，以及第三个滤波器与第一个滤波器偏移90°。更多或更少的单独的偏振滤波器可用于使来自OPGW的光通过，以更具体地细化来自OPGW的光的偏振状态并对其进行检测。其他实施例可使用更多的滤波器，每个滤波器被配置为使不同偏振的光通过。另外其他的实施例可使用更少的滤波器。适当数量的滤波器可等间隔。

[0054] 多个偏振滤波器622A、622B、622C可与相应的多个光电检测器616A、616B、616C以及相应的多个模数(“ADC”)转换器相关联。光电检测器的输出可以以高速率来采样。多个光电检测器616A、616B、616C被配置为发出与从偏振滤波器622A、622B、622C传递到其的光量成比例的电信号，偏振滤波器622A、622B、622C与多个光电检测器616A、616B、616C进行光通信。在一个具体实施例中，光电检测器可具有响应时间为微秒的高带宽检测器。在一个具体实施例中，多个ADC 614A、614B、614C具有1.5Msps的采样率。数字化样本可用于检测来自OPGW的光的SOP的变化，以便检测来自OPGW的处于SOP的行波。

[0055] 光电检测器616A、616B、616C的数字化表示可被提供给分析器618，该分析器可被配置为检测SOP TW。通过光纤电缆606行进的光信号的偏振的变化可由光电检测器616B或616C来检测。这样的变化可通过分析器618来评估，该分析器可确定变化是否与SOP TW一致。SOP TW检测子系统620可用作允许利用电流TW和SOP TW进行高速跳闸的系统的一部分。

[0056] 符合本公开的各个实施例可使用部分偏振光来激发OPGW。在这样的实施例中，将不期望相对SOP在正常操作期间显著改变。相反，每个偏振滤波器可使部分光通过，并且每个光电检测器可将电信号传递给ADC。可建立这样的检测光的基线。一旦发生干扰，OPGW上的处于SOP下的行波将改变SOP，使得偏振滤波器中的一个或更多个传输增加的光量，因此相关联的光电检测器可能表现出其输出的增加。在一些情况下，通过多个滤波器中的一个传递的光的增加可能伴随着通过另一偏振滤波器传递到其相关联的光电检测器的光的减少。通过将传入信息与在正常操作期间建立的基线进行比较并注意变化，行波的到达时间可通过由一个或更多个偏振滤波器所传递的光的变化来检测。

[0057] 图7图示了符合本公开的实施例的、被配置为检测SOP行波和电导体708中的电流行波的系统700的一个实施例的简化框图。系统700可与系统600共享各种组件。这样的组件使用相同的参考数字来标识。

[0058] IED 702可被配置为从各个输入端采集数据并记录该数据。由IED 702采集的数据可在本地可用或经由远程访问可用。虽然IED 702可能不需要外部通信来确定干扰的位置，但可实施对IED 702的远程访问以便于数据收集和操作。在各个实施例中，IED 702可由从华盛顿州普尔曼的史怀哲工程实验室(Schweitzer Engineering Laboratories of Pullman)获得的SEL-411L保护、自动化和控制系统来具体化。SEL-411L包括1.5Msps的ADC通道，其可用于对来自偏振滤波器622A、622B和622C的输出进行采样。在一个具体实施例中，以1MHz速率的5ms记录可与光电检测器和电流通道相关联。

[0059] 多个混叠滤波器(AF)也可与光电检测器616A、616B、616C的输出相关联。电流互感器704可检测电导体708上的电流行波710。在需要附加输入端以测量SOP波的程度上，可使用多个SEL-411L设备。例如，一个SEL-411L设备可用于检测和测量SOP TW，而另一SEL-411L设备可用于检测和测量电流TW。在另一场景下，可使用单个SEL-411L。

[0060] 在各个实施例中，偏振检测不一定要求偏振器不需要高精度或长期稳定性。相对低的精度要求可实现相对低的生产成本。IED 702可用于利用高带宽来测量SOP。在某些实施例中，可检测到SOP的快速变化，而不是SOP值本身。在一个具体实施例中，SOP测量可被配置为检测偏振中高达2μs的上升时间。

[0061] IED 702可提供高速数据采集(例如，大约1MHz或更高)。此外，IED702可提供滤波器的输出作为低电压信号(例如，毫伏级)的使用。因此，IED 702可用于监控和检测到相同数据采集环境中的电TW和光TW。

[0062] 对SOP TW或电TW的检测可用于在系统700中触发保护动作。在一个实施例中，保护子系统706可被配置为在检测到SOP的突然变化时实施保护动作。在一些实施例中，可在检测到SOP TW和电TW二者时实施保护动作。

[0063] 在高电流快速放电到OPGW(诸如，故障或雷击)时，IED 702可被配置为检测SOP的变化。在其他实施例中，OPGW光纤可用部分偏振光来激发。在高电流快速放电到OPGW(诸如，故障或雷击)时，411L可被配置为检测SOP的变化。

[0064] 图8图示了符合本公开的实施例的、用于检测电传输系统中的行波的系统800的一个实施例的简化框图。所图示的实施例利用设置在每个传输线路806A、806B的相对端上的多个IED 804A-D。在各个实施例中，IED804A-D可被实施为SEL-411L设备。在所图示的实施例中，处理设备可对来自偏振滤波器的输出连同电流一起进行采样。光信号可由偏振光源802A、802B生成，并且可通过OPGW 806A、806B传输。分离器、多个偏振滤波器和光电检测器
810A、810B可分别向IED 804D、804C提供信息。

[0065] 在OPGW上处于SOP的TW的到达时间和在相导体上的TW的到达时间可用在由IED 804A-804D执行的各种监控和保护功能中。在一个实施例中，IED 804A-804D可使用OPGW上的行波的到达时间和相导体上的行波的到达时间来利用例如方程1计算到故障的距离。在另一实施例中，OPGW上的行波的到达可用于验证故障在与特定IED 804A-804D相关联的特定保护区域内的确定。在另一实施例中，在所计算的到故障的距离超出特定IED的保护区域的情况下，OPGW上的行波的到达可用于替代IED804A-804D的距离阻断功能，以采取保护动作。

[0066] 在各个实施例中，分离器、偏振滤波器和/或光电检测器810A、810B可被集成到相关联的IED(例如，分别被集成到IED 804D、804C)中。将光学组件纳入到单个外壳中可准许符合本公开的系统相对紧凑，和/或被配置成容易集成到现有电气系统中。例如，在一个实施例中，各个组件可被容纳在被配置用于在19”机架中安装的单元中，其通常用在电力系统变电站中。在其他实施例中，分离器、偏振滤波器和光电检测器中的一个或更多个可被容纳在单独的单元内。此外，为了便于组装和调试，与由符合本公开的系统所使用的各个输入端相关联的连接可使用标准连接器来实现。

[0067] 图9图示了符合本公开的实施例的、用于基于对SOP行波的检测来检测电力系统中的干扰并实施保护动作的方法900的流程图。在902，可接收在OPGW上承载的光信号。在各个实施例中，光信号可包括偏振光，而在其它实施例中，光信号可包括部分偏振光。

[0068] 在904，可通过多个偏振滤波器传递光信号。分离器可用于将光信号引导到多个偏振滤波器。在一些实施例中，适当数量的滤波器可以以特定的偏振角度的偶数倍偏振(例如，每个滤波器可以是45°的整数倍)。滤波器的数量可在符合本公开的不同实施例中有所不同。

[0069] 在906，可检测到通过多个偏振滤波器传递的光辐射的传输。在各个实施例中，光电检测器可与每个滤波器相关联。通过滤波器传递的光辐射可由光电检测器接收并被转换为电信号。在908，电信号由光电检测器产生并对应于通过的光辐射。多个ADC可用于产生数字化信号。

[0070] 在910，方法900可确定是否在通过多个偏振滤波器传递的光辐射的数字化表示中检测到变化。可基于各种标准来检测变化，包括通过一个或更多个偏振滤波器传递的光辐射的量的增加、通过一个或更多个偏振滤波器传递的光辐射的量的减少、已建立的基线的变化等。如果没有检测到变化，则方法900可返回到902。

[0071] 在912，系统900可确定检测到的变化是否指示SOP TW。可以建立某标准，以用于识别可被评估为在由SOP TW引起的变化和由其他现象引起的变化之间不同的SOP TW。这样的标准可包括变化的持续时间、变化的强度或数量、违背建立简档等。如果变化不指示SOP TW，则方法900可返回到902。

[0072] 在914，方法900可基于对SOP TW的检测来实施保护动作。可以实施各种类型的保护动作。例如，可向线路断路器发出跳闸命令。可替代地，可以实施其他保护动作来解决引起SOP TW的扰动。

[0073] 图10图示了符合本公开的实施例的、用于基于对SOP行波和电TW的检测来检测电力系统中的干扰、确定到干扰的距离、并且在干扰在保护区域内时选择性地实施保护动作的方法1000的流程图。在1002，可针对SOP TW对OPGW光纤进行监控，并且可针对电TW对电导体进行监控。在1004，方法1000可确定是否检测到电TW。如果没有检测到电TW，则方法1000可返回到1002。如果检测到电TW，则在1006可确定电TW的到达时间。

[0074] 在1008，方法1000可确定是否检测到SOP TW。如果没有检测到SOPTW，则方法1000可返回到1002。在实施方法1000的系统中，系统可同时对SOP TW和电TW进行监控，或可替代地，可交换元素1004和1008的顺序。在任何情况下，方法1000可确定何时发生SOP TW和电TW二者。在1010，可确定SOP TW的到达时间。

[0075] 在1012，方法1000可确定到引起所检测到的SOP TW和所检测到的电TW的干扰的距离。在各个实施例中，到干扰的距离可基于所检测到的SOP TW和所检测到的电TW的到达时间的差以及电TW和SOP TW的不同的传播速度来确定。在一个具体实施例中，方程1可用于确定到干扰的距离。

[0076] 在1014，方法1000可确定干扰是否在保护区域内。在一些实施例中，保护区域可与OPGW光纤的长度共同扩展。因此，对SOP TW的检测可指示干扰在保护区域内。在其他实施例中，实施方法1000的系统可将所确定的到干扰的距离与超范围设置进行比较。如果干扰在保护区域内，则方法1000可在1016实施保护动作。可实施各种类型的保护动作。例如，可向线路的断路器发出跳闸命令。可替代地，可实施其他保护动作来解决引起SOP TW和电TW的扰动。如果在1014确定干扰在保护区域以外，则方法1000可返回到1002。

[0077] 虽然已经图示并描述了本公开的特定实施例和应用，但是应理解的是，本公开不限于本文中所公开的精确配置和组件。在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开的方法和系统的布置、操作和细节中做出对于本领域中的技术人员来说明显的各种修改、变化和变型。