電力線路故障指示器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

王彥彪 張小江

摘要：本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)的故障指示器的功能和性能進(jìn)行了分析，詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)各種功能的主要原理和方法，尤其是對(duì)各種單相接地故障檢測(cè)技術(shù)的原理進(jìn)行了分析和對(duì)比。同時(shí)對(duì)故障指示器的發(fā)展趨勢(shì)給予了分析，指出將故障指示器的檢測(cè)結(jié)果納入配電管理系統(tǒng)（DMS），使其在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和管理中發(fā)揮更大的作用，而且，為了適應(yīng)超高壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)，今后應(yīng)向非接觸式檢測(cè)方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：故障指示器 短路故障 接地故障

中圖分類(lèi)號(hào)： TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

一.概述

配電網(wǎng)由于分支較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方式多變等原因，采用行波測(cè)距或阻抗計(jì)算進(jìn)行故障定位幾乎是不可能的，導(dǎo)致線路的管理維護(hù)和故障搶修工作量很大。故障發(fā)生后查找到故障點(diǎn)需要花費(fèi)很大的人力物力，是導(dǎo)致供電可靠性較低的主要因素之一。從2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因故障停電時(shí)間平均為2.8小時(shí)，其中查找故障的平均時(shí)間為1.6小時(shí)，占整個(gè)故障處理過(guò)程的60%多，而如果在架空線、電力電纜、箱變、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱里，用于指示故障電流的通路，在線路發(fā)生故障后，巡線人員按照指示器的報(bào)警顯示，迅速確定故障區(qū)段，快速處理故障并恢復(fù)供電，可以大大提高供電可靠性。

目前我國(guó)生產(chǎn)故障指示器的企業(yè)及相關(guān)技術(shù)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，尤其是很多掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)可以針對(duì)用戶的實(shí)際需求生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品，使得故障指示器在配網(wǎng)生產(chǎn)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。

二.故障指示器的分類(lèi)

故障指示器可以按照多種方式進(jìn)行分類(lèi)，如按照檢測(cè)故障類(lèi)型、使用場(chǎng)所、指示方式等等，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾種。

2.1 短路故障指示器

短路故障指示器主要用于指示器短路故障電流的通路，其主要原理是利用線路出現(xiàn)故障時(shí)電流的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)短路故障識(shí)別。具體的原理如下圖所示。

該類(lèi)指示器通過(guò)電磁感應(yīng)方法檢測(cè)線路中的電流突變及持續(xù)時(shí)間判斷故障，同時(shí)結(jié)合線路是否已經(jīng)帶電和故障電流后是否停電，可以很準(zhǔn)確的檢測(cè)出短路故障。由此可見(jiàn)，這種方法檢測(cè)原理只與故障時(shí)短路電流分量有關(guān)，可以根據(jù)負(fù)荷電流的大小而自動(dòng)調(diào)整，具有自適應(yīng)性。這種方法判據(jù)比較全面，可以大大減少誤動(dòng)作的可能性。如：當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷逐漸變大時(shí)（圖2-1），當(dāng)有大的負(fù)荷投退時(shí)（圖2-2），當(dāng)系統(tǒng)有勵(lì)磁涌流時(shí)（圖2-3），當(dāng)大負(fù)荷投入后又在較短時(shí)間內(nèi)停電時(shí)（圖2-4），故障指示器都能識(shí)別而不動(dòng)作，只有當(dāng)短路電流流過(guò)時(shí)（圖2）才動(dòng)作并翻牌指示。

2.2短路接地二合一故障指示器

這種指示器的短路故障檢測(cè)原理與上面介紹的原理相同或相近。接地故障的檢測(cè)原理有多種方法。

故障指示器檢測(cè)單相接地的原理可以分為兩個(gè)大的方向，一個(gè)是采用無(wú)源法，一個(gè)是采用有源法。無(wú)源法基本還是沿用小電流接地系統(tǒng)單相接地選線的原理，主要有5次諧波法、電容放電電流幅值法、首半波法和零序過(guò)流法，這些檢測(cè)原理都是被動(dòng)檢測(cè)，是依賴(lài)于發(fā)生單相接地故障前后配電網(wǎng)參數(shù)的變化。鑒于小電流接地系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，所產(chǎn)生的故障信號(hào)本身較弱，很容易被電磁干擾和諧波污染，直接影響了故障指示器檢測(cè)的準(zhǔn)確性。而且這些方法一般都需要在故障指示器設(shè)定動(dòng)作定值，大于定值則認(rèn)為是有單相接地，小于定值則認(rèn)為不是接地。由于配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，運(yùn)行方式的變化的多變性，具體設(shè)置定值作為單相接地的門(mén)檻值在實(shí)際工程的實(shí)施中是很困難的。

三.主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 起始工作條件

即故障指示器可以正常工作所需要的線路運(yùn)行環(huán)境。故障指示器一般需要一個(gè)最小的負(fù)荷電流If，來(lái)確定是否線路已經(jīng)帶電，當(dāng)負(fù)荷大于該電流時(shí)，故障指示器才能正常工作，該電流越小，指示器的使用范圍越廣。有些指示器可以利用電場(chǎng)來(lái)識(shí)別系統(tǒng)帶電，其需要的負(fù)荷電流幾乎為零，可以用于所有線路。

3.2 故障指示時(shí)間

故障指示器應(yīng)能區(qū)分瞬時(shí)性故障和永久性故障。如果是瞬時(shí)性短路故障，則在重合閘后消除，因此沒(méi)有必要進(jìn)行指示；如果是永久性故障，應(yīng)該在來(lái)電之后或者設(shè)定的復(fù)位時(shí)間到了后自動(dòng)復(fù)位。

3.3通信方式

故障指示器一般以433MHz的頻率將信息送給附近的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置，轉(zhuǎn)發(fā)裝置再通過(guò)GSM將信息送給監(jiān)控中心（如配網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)），監(jiān)控中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌_定出故障所在區(qū)段，然后以短信的形式發(fā)送給相關(guān)人員，可以進(jìn)一步縮短處理時(shí)間，提高供電可靠性。

四.故障指示器發(fā)展趨勢(shì)

由于運(yùn)行方式和絕緣等級(jí)的原因，目前的故障指示器一般只適用于35kV以下線路，難以用在110kV及以上的線路。要用于110kV以上的線路，必須要解決故障電流方向識(shí)別問(wèn)題，根據(jù)線路正常的負(fù)荷電流相位與故障電流的相位進(jìn)行比較，從而確定指示器是否應(yīng)該動(dòng)作。

由于故障指示器應(yīng)用在偏遠(yuǎn)地區(qū)更能發(fā)揮其效能，此類(lèi)地區(qū)的故障指示器的動(dòng)作信息傳輸給配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)一般采用GSM，而這些地方的GSM信號(hào)不是很穩(wěn)定，因此應(yīng)研究采用無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行故障信息傳輸?shù)目尚行浴?/p>

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