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线路故障指示器的分类及应用 |
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| 线路故障指示器的分类及应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:22:07  |
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卢兴旺 山东省日照供电公司
故障指示器安装在架空线、电力电缆、箱变、环网柜、电缆分支箱里，用于指示故障电流的通路。线路发生故障后，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障区段，并找出故障点。同时，故障指示器能够做到实时检测线路的运行状态和故障发生的地点，诸如送电、停电、接地、短路、过流等。在线路运行状态发生变化时迅速告知值班人员以及管理人员，快速做出处理决定，能极大地提高供电可靠性、提高用户的满意度。
我国生产故障指示器的企业及相关技术的发展历史都不长，但在高科技发展的推动下， 故障指示器的生产日益扩大，产品技术含量越来越高，能够针对用户的需求生产出相应的产品，新产品的推出频率也越来越高，有些产品已经达到国际先进技术水平。
配电网系统中，线路分支较多，运行方式复杂，线路的管理维护工作量很大。发生故障时查询费时费力，供电可靠性较低。而故障指示器能够弥补上述输供电故障查询的不足，省时省力，为快速查询故障点，快速恢复供电提供有力的保障。
1 功能分类
所有利用故障指示器查找故障点的方法都是相同的，即当线路发生短路或接地故障后，故障线路上从变电站出口到故障点的所有故障指示器均翻牌或闪光指示，而故障点后的故障指示器不动作。这样，运行人员从变电站出发，沿着故障线路找到最后一个动作的故障指器和第一个未动作的故障指示器构成的区间，就找到了故障发生区间，从而迅速确定故障区段、分支及故障点。
目前，故障指示器随着技术的发展，其科技含量不断提高，品种繁多，根据输配线路不同特点，相应的有各种规格、型号的产品，主要包括以下几个系列。
短路故障指示器：用于指示短路故障电流流通的装置。其原理是利用线路出现故障时电流正突变及线路停电来检测故障。
根据短路时的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变及持续时间判断故障。因而它是一种适应负荷电流变化，只与故障时短路电流分量有关的故障检测装置。它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。
接地及短路故障指示器：在设计上，综合考虑接地和短路时输电线路的特点，一方面根据短路现象，在短路瞬间电流正突变、保护动作停电作为动作依据。另一方面根据接地检测原理，判断线路是否发生了接地故障。
在小电流接地系统中单相接地的选线和定位一直是当前困扰配电网运行的技术难点，准确的选择接地线路，查找发生单相接地的区段，可以避免对非故障线路不必要的倒闸操作，保持供电的连续性。为此国内外科研人员不断的研究这个课题，并且有许多相应的产品在电网中运行。故障指示器检测单相接地的原理基本还是沿用小电流接地系统单相接地选线的原理，其检测单相接地故障的原理主要有下面几种：
·5次谐波法。对线路电流的5次谐波采样，当5次谐波突变增大，同时系统电压突变下降，则判断为发生接地。
·电流突变法。该方法是基于单相接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设。在发生单相接地的瞬间，线路对地电容在短时间内放电，同时由于线路电阻和分布电感的存在，在线路上形成一个较大的衰减振荡电流，故障指示器检测到该电流后，同时检测到对地电压下降，则判断为接地。
·首半波法。采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压首半波，比较其相位。当采样接地瞬间的电容电流突变且大于一定数值，并且与接地瞬间的电压首半波同相，同时导线对地电压降低，则判断线路发生接地。
·零序电流法。当零序电流值超过设定值时判断为接地故障。
以上检测原理都是被动检测，是依赖于发生单相接地故障前后配电网参数的变化。鉴于小电流接地系统的自身特点，发生单相接地故障时，所产生的故障信号本身较弱，并且受到电磁干扰和谐波污染，导致获得的信号失真，这些都直接影响了故障指示器的选择性和准确性。另外为判断单相接地故障，一般都需要在故障指示器设定动作定值，大于定值则认为是有单相接地，小于定值则认为不是接地。由于配电网拓扑结构的复杂性，运行方式的变化的多变性，具体设置定值作为单相接地的门槛值在实际工程的实施中是很困难的。
最近国内学者研发出了一种主动式的检测方法——信号注入法。即在发生单相接地故障后，安装在变电站的信号源主动向母线注入一个特殊的信号，这样这个特殊的信号在接地点和信号源构成的回路上流过，故障指示器检测到这个特殊信号后翻转指示接地故障。
信号注入法不受系统运行方式、拓扑结构、中性点接地方式，以及故障随机因素等影响，不需要给故障指示器设定门槛值，是在发生单相接地故障后主动发送信号检测单相接地故障的方法。从目前的试验结果来看，其检测单相接地故障的准确率远远高于其他方法的检测结果。
面板型故障指示器：该类故障指示器主要用于环网柜、开关柜等电缆供电系统中，具有短路电流报警指示、接地报警指示、自动复位系统、人工复位和测试等功能。一般由前面介绍的故障指示器、连接光纤和面板显示器组成，故障指示器负责检测线路的短路和接地故障，同时发出一个光脉冲信号，该信号经塑料光纤送给面板显示器，触发面板显示器内部的接收电路，从而给出闪光指示。
高压线路故障指示器：是用于110 kV及以上线路用来检测接地或短路故障点的装置。它分为单电源供电线路和双电源联网供电线路指示器，单电源供电线路故障指示器，设计原理是利用线路出现故障时电流正突变及线路停电来检测故障点，并增加了快速检测电路；对于双电源联网供电线路，其设计原理是基于线路发生故障时的电流突变和功率方向判断，当短路瞬间电流突变且大于一定数值并与设定的功率方向相同，而且线路很快因故障而停电，则认为线路发生了故障。
2 主要技术指标
一般情况下，在选择故障指示器时应主要考虑以下技术条件。
正常工作条件：即故障指示器可以正常工作所需要的线路运行环境。由于故障指示器要利用线路电流来判断线路是否带电，从而决定是否要开始判断故障电流，而且有些故障指示器直接利用线路电流提取工作电源，因此存在一个最小的工作电流Is，即当线路大于该电流时，故障指示器才能正常工作，否则其处于休眠状态。该电流越小越好。
一般具有后备电池的故障指示器要求的Is会小一些，其适用范围较广，而直接从线路取工作电源的故障指示器要求的Is要大的多，一般为10 A左右，这将影响这种故障指示器的使用范围，比如在一些小的分支和负载较小的线路上就不能使用。
复位时间：故障指示器应能区分瞬时性故障和永久性故障，对于瞬时性故障，由于一般可以在重合闸后消除，因此要求故障指示器能够在来电后保持到预先设定好的复位时间再复位，这样便于运行人员查找出故障隐患，及时处理；而对于永久性故障，故障指示器可以在来电之后或预设的复位时间到后复位，主要是由于故障已经被消除，继续保持指示状态已经没有必要，甚至会耽误下次故障的指示。
正常工作环境：由于故障指示器在户外工作，因此应能够在较宽的温度范围内正常工作，目前多数故障指示器可以保证在-40~85 ℃之间正常工作。同时还应考虑防雨防潮，目前多采用环氧灌封技术，该相指标基本都能满足。
工作环境还应考虑电磁兼容性，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，这种因素目前在国内还没有引起高度重视。
指示方式：目前的指示方式多为翻牌指示或LED闪光指示，翻牌指示在白天光照较好的时候可以清楚的观察，但在夜间或光照较暗的时候就很难观察，而LED闪光的情况正好相反，因此应该将这两者结合起来，即翻牌和闪光指示同时存在，这样可以实现全天候正常指示。
3 建议
故障指示器为电力系统的故障查找提供了有力的工具，深受广大线路维护人员的喜爱，但目前其查找故障还必须依靠人力从变电站开始一部分一部分的查看，自动化水平不高。如果能够结合现代的通信技术和计算机技术，将现场的故障指示器的信息送给监控中心（如配电管理系统），实时监测线路的各种运行状态，经计算机处理后，以声光报警、屏幕显示等方式告知值班人员，指示所监测线路的运行状态发生的变化并确认变化地点，将可以进一步提高故障处理能力，缩短处理时间。
目前的故障指示器还多数用于35 kV以下的系统，难以用在110 kV及以上的线路，主要原因是这些超高压线路绝缘等级要求高，安装困难，电磁环境恶劣，因此有必要考虑采用非接触检测方式进行故障的检测。
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