電力線路故障指示器的發展現狀和趨勢

王彥彪 張小江

摘要：本文對目前國內的故障指示器的功能和性能進行了分析，詳細介紹了實現各種功能的主要原理和方法，尤其是對各種單相接地故障檢測技術的原理進行了分析和對比。同時對故障指示器的發展趨勢給予了分析，指出將故障指示器的檢測結果納入配電管理系統（DMS），使其在電力系統的生產和管理中發揮更大的作用，而且，為了適應超高壓系統的故障檢測，今后應向非接觸式檢測方向發展。

關鍵詞：故障指示器 短路故障 接地故障

中圖分類號： TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

一.概述

配電網由于分支較多、結構復雜、運行方式多變等原因，采用行波測距或阻抗計算進行故障定位幾乎是不可能的，導致線路的管理維護和故障搶修工作量很大。故障發生后查找到故障點需要花費很大的人力物力，是導致供電可靠性較低的主要因素之一。從2012年的統計數據來看，國網系統內因故障停電時間平均為2.8小時，其中查找故障的平均時間為1.6小時，占整個故障處理過程的60%多，而如果在架空線、電力電纜、箱變、環網柜、電纜分支箱里，用于指示故障電流的通路，在線路發生故障后，巡線人員按照指示器的報警顯示，迅速確定故障區段，快速處理故障并恢復供電，可以大大提高供電可靠性。

目前我國生產故障指示器的企業及相關技術已經處于世界先進水平，尤其是很多掌握自主知識產權的企業可以針對用戶的實際需求生產出相應的產品，使得故障指示器在配網生產中發揮了越來越重要的作用。

二.故障指示器的分類

故障指示器可以按照多種方式進行分類，如按照檢測故障類型、使用場所、指示方式等等，歸結起來主要有以下幾種。

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故障時電流的特征來實現短路故障識別。具體的原理如下圖所示。

該類指示器通過電磁感應方法檢測線路中的電流突變及持續時間判斷故障，同時結合線路是否已經帶電和故障電流后是否停電，可以很準確的檢測出短路故障。由此可見，這種方法檢測原理只與故障時短路電流分量有關，可以根據負荷電流的大小而自動調整，具有自適應性。這種方法判據比較全面，可以大大減少誤動作的可能性。如：當系統的負荷逐漸變大時（圖2-1），當有大的負荷投退時（圖2-2），當系統有勵磁涌流時（圖2-3），當大負荷投入后又在較短時間內停電時（圖2-4），故障指示器都能識別而不動作，只有當短路電流流過時（圖2）才動作并翻牌指示。

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原理與上面介紹的原理相同或相近。接地故障的檢測原理有多種方法。

故障指示器檢測單相接地的原理可以分為兩個大的方向，一個是采用無源法，一個是采用有源法。無源法基本還是沿用小電流接地系統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、首半波法和零序過流法，這些檢測原理都是被動檢測，是依賴于發生單相接地故障前后配電網參數的變化。鑒于小電流接地系統的自身特點，發生單相接地故障時，所產生的故障信號本身較弱，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的準確性。而且這些方法一般都需要在故障指示器設定動作定值，大于定值則認為是有單相接地，小于定值則認為不是接地。由于配電網拓撲結構的復雜性，運行方式的變化的多變性，具體設置定值作為單相接地的門檻值在實際工程的實施中是很困難的。

三.主要技術指標

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行環境。故障指示器一般需要一個最小的負荷電流If，來確定是否線路已經帶電，當負荷大于該電流時，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來識別系統帶電，其需要的負荷電流幾乎為零，可以用于所有線路。

3.2 故障指示時間

故障指示器應能區分瞬時性故障和永久性故障。如果是瞬時性短路故障，則在重合閘后消除，因此沒有必要進行指示；如果是永久性故障，應該在來電之后或者設定的復位時間到了后自動復位。

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據轉發裝置，轉發裝置再通過GSM將信息送給監控中心（如配網自動化主站系統），監控中心進行網絡拓撲，確定出故障所在區段，然后以短信的形式發送給相關人員，可以進一步縮短處理時間，提高供電可靠性。

四.故障指示器發展趨勢

由于運行方式和絕緣等級的原因，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別問題，根據線路正常的負荷電流相位與故障電流的相位進行比較，從而確定指示器是否應該動作。

由于故障指示器應用在偏遠地區更能發揮其效能，此類地區的故障指示器的動作信息傳輸給配網自動化系統的通信系統一般采用GSM，而這些地方的GSM信號不是很穩定，因此應研究采用無線專網進行故障信息傳輸的可行性。

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