[發明專利]高阻抗故障檢測器

在審

• 申請號: 202180017590.7
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN115210588A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 大衛·唐納德·海恩斯
• 申請（專利權）人: 阿克拉技術公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;H02H1/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 譚營營;胡彬

一種電網系統，包括相導體、中性導體和被配置為在中性導體和地面之間傳導電流的中性對地導體。該電網系統還包括故障檢測傳感器，該故障檢測傳感器包括電流傳感器，該電流傳感器被配置為感測沿著中性對地導體流動的電流。故障檢測傳感器還包括具有電子處理器的控制器，電子處理器被配置為從電流傳感器接收指示流經中性對地導體的電流的信號，對所接收的信號監測與沿中性對地導體流動的電流相關聯的事件的發生；并且基于檢測到事件的發生來輸出電網系統中故障的發生。

相關申請

本申請主張2020年2月6日提交的美國臨時專利申請號No.62,970,998的利益，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

實施例涉及高阻抗故障檢測。

發明內容

美國的電網系統包括三相輸電線路，以大于或等于35千伏(kV)的電壓將電力從發電站輸送到配電網。電網系統內的配電網通常包括三相一次配電線路和三相或單相二次配電線路。配電變電站的變壓器將輸送至配電網的電力電壓降壓至一次配電電壓電平。一次三相配電線路，通常被稱為中壓線路，通常配電電壓范圍在2kV-35kV之間。配電網中的一些用戶，如較大的商業或工業設施，可能直接從輸電線路接收三相電力；然而，較小的住宅和商業用戶可能會收到配電線路攜帶的電力。位于配電網內電極處的附加服務變壓器可被配置為將配電線路攜帶的電力電壓降壓至低電壓電平(例如，120-240V)，以在一個或多個服務位置處分配給用戶。

三相輸配電線路包括相導體或線路以及中性線。配電網通常利用三相一次線路(A、B或C)和中性線之一將單相電力直接分配給用戶或二次配電線路。在這種情況下，中性線用作單相配電的回流線。以類似的方式，變壓器二次側的一個或多個相導體和中性線將低壓電分配給用戶。在這種情況下，中性線用作到服務變壓器的回流路徑。

國家電氣安全規范(NESC)要求配電網每一英里線路至少包括四個接地連接，無論是輸電還是配電，以符合安全標準。特別是，美國境內配電網的慣例是，每英里配電線路至少包括四個中性對地連接，作為在發生故障時為相導線路配電提供替代回路的一種方式。在正常、無故障的運行條件下，相對標準的電流量沿中性對地(NG)導線沿均勻方向在接地和中性線之間自由流動；然而，當配電網發生故障時，流經NG導線的電流方向和/或大小可能會分別反轉和/或增加或減少。

電網系統內的故障可能由多種來源引起。例如，電纜絕緣、接頭和/或終端故障、閃絡的受污染絕緣子、電氣設備的介電故障和/或挖掘地下電纜可能導致電氣故障。電網系統內的其他故障來源可能包括落在或摩擦架空供電線路上的樹枝、大風期間相互接觸的架空供電線路、傾斜的配電線路桿、野生動物接觸帶電導體，以及架空桿或墊裝配電設備發生的車輛事故。

電網系統中發生的許多故障都是低阻抗故障，這可能是由于可靠接地系統中發生低阻抗故障時產生的大電流造成的。相比之下，電網系統中可能發生的另一種故障類型，即高阻抗故障(HIF)，很難檢測到，因為高阻抗故障會產生常規過電流保護設備無法檢測到的低電流。

高阻抗故障發生在配電網內的一次和二次配電線路上，并且允許電流從輸電線路和配電線路流入地面，繞過電網系統內的負載或預期中性回流線路。發生的某些高阻抗故障比其他故障更容易檢測到。例如，電網系統中的停電可能會伴隨著由停電線路引起的高阻抗，這可能會被常規故障檢測系統快速檢測到，并由自動計量基礎設施(AMI)系統報告。

相比之下，由電源線和過度生長的植被(如靠近電源線的樹木或灌木叢)之間的反復接觸引起的間歇性高阻抗故障可能不會伴隨停電，也不會被常規故障檢測系統檢測到。在這種情況下，通過過度生長的植被從配電線路傳輸到地面的電力可能導致植被著火和野火蔓延。除了電源線和植被之間的物理接觸導致的間歇性高阻抗故障外，電網系統中的故障設備導致的高阻抗故障可能會導致間歇性火花和電弧，能夠點燃植被或使附近人員觸電。