故障指示器在电力线路中的应用

故障指示器在电力线路中的应用

摘要：本文介绍了故障指示器的简单原理和在电力线路故障中的应用，提出安装在电力系统中带通信功能的故障指示器，实现故障区段的快速、准确定位，保证供电系统的安全运行，提高供电可靠性。

关键词：电缆架空线路故障指示器故障自动定位通信终端

0 引言

在铁路电力线路中，由于线路数量多、分支多、运行方式复杂，并且随着铁路的快速发展，铁路供电量越来越大，电力线路的故障发生频繁。如何迅速准确的查找和判断故障性质和位置，缩短故障处理时间，提高供电可靠性显得尤为重要。

1 电力线路故障类型及查找

1.1 架空线路故障类型

1.1.1单相接地故障

单相接地是比较常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。当发生一相接地时，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。

1.1.2短路故障

线路中不同电位的两点被导体短接起来，或者其间的绝缘被击穿，造成线路不能正常工作的故障，常见单相短路、多相短路。

1.1.3断路故障

断路故障最基本的表现形式是回路不通。三相电路中，如果发生一相断路故障，一则可能使电动机因缺相运行而被烧坏；二则使三相电路不对称，各相电压发生变化，使其中的相电压升高，造成事故。

1.2 电缆故障类型

1.2.1开路故障

电缆有一芯或数芯导体开路或者金属护层（钢铠）断裂的故障。单纯的开路故障并不常见，一般都伴有经电阻接地现象的存在。

1.2.2低阻故障或短路故障

电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者线芯与线芯之间绝缘电阻低于几百欧姆的故障。一般常见的有单相低阻接地、二相短路并接地及三相短路并接地等。

1.2.3高阻故障

电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者线芯与线芯之间绝缘电阻低于正常值但高于几百欧姆的故障。

1.2.4闪络性故障

电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者线芯与线芯之间的绝缘电阻值非常高，但当对电缆进行直流耐压试验时，电压加到某一数值，突然出现绝缘击穿的现象。这类故障不常见，一般在进行预防性试验中出现。

1.3电力线路故障查找

当电力线路发生故障时，需要尽快查找故障地点，消除故障。目前，人工巡视依然是查找故障的主要方法之一，依靠人员沿线巡视查找故障点，当遇到恶劣天气或地形条件恶劣时会给故障查找带来很大困难，这种故障查找方式不仅消耗大量人力、物力，而且容易造成线路停电时间过长。

为了更快更准的查找电缆故障点，可以在箱式变电站、环网柜、开闭所、分区所、配电所开关柜、电缆分支箱等电力设备和电力线路上安装故障指示器。但利用普通的没有通讯功能的故障指示器，线路发生故障后，巡线人员仍需要沿线查找才能借助故障指示器的报警显示确定故障区段，找出故障点。

带通信功能的故障指示器，特别是基于无线通信的故障指示器，能够改变过去人工巡视查找故障的落后做法，在故障发生后的几分钟内即可通过与故障定位系统的结合，在调度中心给出故障位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障恢复正常供电，大大提高供电可靠性和工作效率。

2 故障指示器在电力线路中的运用

2.1 故障指示器原理

铁路电力线路中主要有两种经常发生的故障：短路和单相接地故障，其中以单相接地居多。根据反应故障类型不同，故障指示器分为短路型、接地型以及二合一型。

对于短路故障，故障指示器根据线路短路故障特征、短路瞬间电流的突变情况及保护动作开关跳闸等作为动作依据；对于单相接地故障，则根据接地检测原理，以发生接地时的线路特征信号为依据确定接地故障，最常见的比如五次谐波法、首半波法、电容电流法。

线路发生故障时，故障指示器给出红色翻牌信号或灯光指示的报警显示。带通信功能的故障指示器，特别是基于无线通信的故障指示器可以同时实现故障信号的远传，结合通信终端设备和监控后台，构成故障自动定位系统。一旦线路发生故障，带通信功能的故障指示器发送动作信息至安装在就地线路上的通信终端，通信终端将动作的故障指示器地址通过GPRS、GSM等通信方式发送至配电所、调度中心系统，通过后台软件分析和故障定位软件系统相结合，在调度中心实现电流监测、设备监控和故障检测、定位。

2.2 故障指示器配置

安装故障指示器应遵循“足够与节约相结合”的原则，数量不足不利于查找故障点，数量过多又会造成经济上的浪费。一般掌握以下原则：变电所出口处安装一组指示器，以便于发现故障发生在所内还是所外；无分支的主干线，根据地形条件和周围环境等综合条件来考虑安装间隔，可以每20至40根电杆安装一组指示器；有分支线路的, 每条分支线和干线“T”接点的负荷侧，各安装一组指示器；分支线路较长的，可以在分支线1/2处安装一组。电缆与架空线的每一连接处需安装一组。箱式变电站、开关柜、环网柜、电缆分支箱等每条电缆上可各安装一组。为了实现故障指示器的通信功能，需要安装就地的通信终端，一般安装在线路分支点处，与故障指示器的关系是一台对多组。故障指示器和通信终端的通信功能可由无线信号（架空系统）和光信号（电缆系统）完成。

同时要考虑到由于户外电磁干扰复杂，如附近超高压线路的电晕放电、雷电闪络等电磁现象，往往会导致故障指示器误动或拒动，以及通信受影响，因此安装线路故障指示器时，要结合周围环境，避开有磁场干扰的场所。

2.2.1 架空线路系统故障指示器配置方案

图1 架空线路系统故障指示器配置方案

如图1所示，在此架空线系统中，线路主干线，分支处的主干线和分支线都安装故障指示器，分别安装在三相上，可选择有无线通信功能的故障指示器和安装就地的通信终端，并对故障指示器

进行编号。

图2 主干线路发生故障示意图

图3 分支线路发生故障示意图

如图2所示，，某一段主干线路出现故障时，3号故障指示器给出红色翻牌信号和灯光显示。如图3所示，某一段分支线路出现故障时， 7、8、13、14、15号故障指示器给出红色翻牌信号和灯光显示。巡线人员可借助指示器上的报警指示迅速确定故障区段、分支及故障点，快速排除故障，恢复正常供电。同时通信终端通过无线信号收到带无线通信功能故障指示器的动作信息后，可以将动作的故障指示器地址通过GPRS、GSM等通信方式发送至配电所、调度中心系统，与后台软件相配合，实现故障信号和测量数据的远传和故障自动定位。

2.2.2 电缆系统故障指示器配置方案

图4 电缆系统故障指示器配置方案

如图4所示，在此电缆系统中，每条三相电缆需配置一组短路故障指示器和一只接地故障指示器，同时安装就地的通信终端。如果安装在电缆沟内的故障指示器不便于观察，可以再配置一只面板型故障指示器，实现遥测、遥信功能。在配电所和调度中心地系统软件上对每个故障指示器进行

编号。