故障指示器的调研

一、故障指示器在配电网故障检测中的实际应用在输配电线路、电力电缆及开关柜、架空线等处，经常会出现接地、短路等故障，为了便于维修人员查找故障点，我们需要在线路中安装一种故障指示装置——故障指示器。

它的应用范围很广，在长线路的中段和分支入口处，可指示线路故障区段及故障分支。

安装在变电站出口，可判明是站内或站外故障。

安装在用户配变高压进线处，可判明故障是否由用户原因造成。

安装在电缆与架空线连接处：可区分故障是否在电缆段。

一旦线路发生故障，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障点，排除故障。

彻底改变过去盲目巡线，分段合闸送电查找故障的落后做法。

在线路上装上故障指示器，当系统发生故障时，由于从故障点到馈电点的线路都出现了故障电流，引致从故障点到馈电点之间的线路上所有的故障指示器动作，窗口显示为红色(或光闪)。

从馈电点开始，沿着故障指示器动作的线路一直查找，最后一个红色(或光闪)点就是故障点。

1●主干线路故障F1：●分支线故障F2：2二、故障指示器简介在环网配电系统中，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断，以防止发生重大事故。

通过使用本产品，可以标出发生故障的部分。

维修人员可以根据此指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段，分断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，可节约大量的工作时间，减少停电时间和停电范围。

故障指示器由传感器和显示器两部分组成，传感器负责探测电缆通过的电流，显示器负责对传感器传送来的电流信息进行判断及做出故障指示动作。

在线路上安装上故障指示器后，当系统发生故障时，由于从故障点到馈电点的线路都出现了故障电流，引致从故障点到馈电点之间线路上所有的故障指示器动作，指示灯就会闪亮。

从馈电点开始，沿着故障指示灯闪亮的线路一直查找，最后一个闪亮点就是故障点。

推广使用电缆故障指示器，有助于以较短的时间找到故障点，是提高配电网运行水平和事故处理效率的一条有效途径。

三、故障指示器简史电力线路故障指示器起源于二十世纪八十年代的德国，发明它的目的是为了指示电力线路短路电流流过的途径，帮助人们查找到故障点。

我国从九十年代开始引进和学习国外短路指示器的研制技术。

进入二十世纪，人们开始关注短路指示器的信号远传问题。

信号远传的实现，突破了架空线路和电缆设备的视线障碍，延长了人们的观察距离，并逐渐演变成为配电线路故障定位系统。

直到二十一世纪，国内主要厂商开始研究线路上的单相接地故障检测问题，并陆续推出了一些试用产品，例如接地故障指示器和短路接地二合一故障指示器。

我国电力系统生搬硬套了前苏联的模式，110kV以下配电系统主要采用小电流接地系统，中性点不接地或者经消弧线圈接地。

如今，随着芯片制造工艺和通讯技术的快速发展，全数字化的故障指示器已经出现.在这之前，故障指示器主要采用模拟器件和逻辑组合电路，也曾出现过所谓的3智能型故障指示器，但这类指示器主要是把模拟电路换成单片机，信号采集、故障判据和通讯技术实际变化不大，表现为信号没有量化、参数不能调整。

数字化的故障指示器除了实现故障检测、指示和信号远传等“遥信”功能以外，还可以实现“遥测”信号量化、“遥控”和“遥调”参数调整功能。

对于全数字化的故障指示器，我们可以这样理解，传统的故障指示器好比传统的继电器保护，全数字化的故障指示器好比现在广泛使用的微机保护。

四、故障指示器的工作原理故障指示器依靠独特的传感器直接在线检测信号，利用故障电流产生的电磁场变化，产生脉冲信号激励电路工作，不影响电网的正常运行工作。

正常情况下，故障指示器不动作，窗口为白色显示。

当通过线路上的电流达到故障指示器设定的故障电流值时，如果过电流持续的时间不满足故障指示器设定的电流突变时间，则此电流可能是电机起动等因素引起的瞬间起动过电流，不是故障电流，因此故障指示器不动作。

相反，则判断为故障电流，故障指示器翻红牌(或光闪)。

故障指示器动作后再作一次判断，如果2s内线路电流恢复正常，说明线路开关重合闸成功，故障点被排除，恢复正常供电状态，故障指示器恢复正常状态。

倘若2s内线路电流消失，说明故障已引发上级开关跳闸而导致线路失压，则确定为故障，故障指示器保持动作，直到达到设定的复归时间自动恢复正常状态。

五、故障指示器的分类市场上销售的故障指示器种类繁多，型号复杂，但大体可分为以下几种：(1)按使用功能分：①短路型；②接地型；③接地、短路二合一型。

(2)按信号源分：①有信号源线路故障检测系统；②无信号源线路故障指示器。

(3)按安装地点分：①架空线路型；②电缆线路型；③母线汇流排型；④面板型。

(4)按显示方式分：①翻牌显示型；②光电显示型。

(5)按线路供电方式分：①单电源型；②双电源型。

下面按照安装地点的分类方法，简单介绍三种不同的故障指示器。

41.架空线路故障指示器传感器和显示（指示）部分集成一个单元内，通过机械方式固定于架空线路（包括裸导线和绝缘导线）的某一相线路上的指示器。

应具备通信功能，配置通信模块，将故障、线路电流、电池电量低等信息回传到与其连接的数据接收装置。

应能带电装卸，装卸过程中不应误报警。

图4.1 架空线路故障指示器2.电缆型接地故障指示器传感器和显示（指示）部分集成于一个单元内，通过机械方式固定于某一相电缆线路（母排）上，通常安装在电缆分支箱﹑环网柜﹑开关柜等配电设备上的指示器。

除上述要求以外，还需要配置零序接地故障指示器。

图4.2 电缆型故障指示器3.面板型故障指示器主要用于应用于电缆分支箱、环网柜等配套设备中。

它是一种由传感器和显示单元组成，通常显示单元镶嵌于环网柜﹑开关柜的操作面板上的指示器。

检测原理和电缆型短路、电缆型接地故障指示器原理基本相同，所不同之处是检测器检测到故障后通过光纤线传输到主机，通过主机发出告警信号。

传感器和显示单元采用光纤或无线等方式通信，一﹑二次之间应可靠绝缘。

图4.3 面板型故障指示器5六、判据1、短路判据(1)线路中电流突然升高：当线路发生短路时，导线中的电流会突然升高，它的大小与回路中的阻抗有关。

故障指示器动作的突变电流，不同厂家有不同的规定，一般规定为：I t≥100—160A式中：I t——突变电流，A。

(2)线路中电流等于零：当线路发生短路时，变电站保护动作，开关跳闸，线路停电。

此时，导线中的电流为零。

(3)突变电流时间：为了提高故障指示器动作的准确度，还需要与变电站保护动作相配合。

突变电流的时间宽度，不同厂家的规定也略有不同，一般规定为：10—60ms≤△T≤1.5—4s式中：△T——突变电流时间(s)。

以上条件均满足时，故障指示器才判断为线路发生了短路故障。

2、接地判据(1)电压从正常值突然下降：当线路发生单相接地时，故障相对地电压会突然降低。

由于接地性质的不同，电压不一定都降到零。

线路中负升高时，电压也会降低，这就容易引起两者混淆不清。

为了避开因负荷升高而引起电压降低的“假接地”，而又不漏掉电压降低是因非金属性接地引起的“真接地”，在设计中考虑了一个两全其美的数值：即：△u >20％式中：△u——接地引起电压降低的百分数。

(2)接地电流：当线路发生单相接地时，故障点流过的接地电流。

其大小等于电网正常运行时单相对地电容电流的3倍。

接地电流的大小与路电压、频率、线路结构、6线路总长等诸多因素有关。

(3)五次谐波电流突然增大：单相接地时产生电弧，并产生高次谐波，由于三次谐波含量较小，不宜采用(应将其滤掉)，故多采用五次谐波电流。

一般规定：△I5 >35mA式中：I5——五次谐波电流(mA)。

(4)连续接地时间：为避开瞬间接地，故障指示器还考虑了连续接地时间。

一般规定：△t>0．5s式中：△t——连续接地时间(s)。

(5)接地瞬间电容电流首半波与电压首半波相比较：当接地瞬间电容电流首半波与电压首半波相位相同时。

则视为线路单相接地。

以上5项据，各生产厂家不一定全部采用。

但是，所选内容必须同时满足时，指示器才能判断为发生了接地故故障。

七、电气性能1．架空线型的指示器a) 短路故障报警：指示器应能根据线路负荷变化自动确定故障电流报警动作值，且动作误差应不大于±20%；高低温运行环境下动作误差应不大于±25%。

b)可识别的短路故障报警电流最短持续时间应在20m s～40ms之间。

c)接地故障报警：有定量设置的特征值，其动作误差应不大于±20%；高低温运行环境下动作误差应不大于±25%。

d)自动复位时间：规定（2~48）h,推荐值2h、4h、8h、16h、24h.。

复位时间允许误差不大于±1%。

2．电缆型和面板型指示器a) 短路故障报警：指示器应能根据线路负荷变化自动确定故障电流报警动作值，且动作误差应不大于±20%；高低温运行环境下动作误差应不大于±25%。

7b)可识别的短路故障报警电流最短持续时间应在20m s～40ms之间。

c)接地故障持续时间：由生产厂家提供，其允许误差值不大于±10%。

d)自动复位时间：规定（2～48）h,推荐值2h、4h、8h、16h、24h.。

复位时间允许误差不大于±1%。

e)具有低电量报警功能的指示器，其报警电压允许误差不大于±2%。

八、数字故障指示器1.特点：普通的故障指示器采用微分、积分模拟电路，对小电流、小电压信号不敏感。

电流突变必须在100A以上。

对小负荷电流没反应，不适合农网使用（例如，农网变电站出口速断、过流定值在100A以下时没反应）。

数字故障指示器是采用高起始导磁材料（特殊配比和炼钢）和信号采样技术，对小电流、小电压信号敏感。

短路电流和接地电流突变大小可调，最小为10A。

能89 1 结构 ● 独特设计，已申报外观专利● “天下一大抄”结构 2工艺 ● 线路板主要为表贴元件和机器焊接工艺● 机器自动灌胶● 线路板主要为直插元件和手工焊接工艺 ● 以手工灌胶为主 3材料● 填充物：采用电子灌封AB 胶，抗紫外线，不变色。

● 卡线结构：不生锈，导磁性能和电流测量线性度好，可从小负荷电流开始测量，并从导线负荷电流磁场感应自取电。

●● 填充物：多采用环氧树脂，不抗紫外线，会变色。

● 卡线结构：线性度不好，不能从小负荷电流开始测量和自取电。

甚至没有闭合磁路，对电流信号反应迟钝，也不可能从导线取电。

4技术原理 ●采用高起始导磁材料（特殊配比和炼钢）和信号采样技术，对小电流、小电压信号敏感。

● 采用微分、积分模拟电路，对小电流、小电压信号不敏感。

5适用范围● 短路电流和接地电流突变大小可调，最小为10A 。

●能监测小负荷电流和线路电压，同时适合城网、农网使用。