[发明专利]用于MV配送电路中的自适应故障检测的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

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

技术领域

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

背景技术

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

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

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

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

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

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

本发明针对解决现有技术故障检测方法和装置的前述缺陷的方法和装置。

发明内容