电力线路故障指示器的发展现状和趋势

王彦彪 张小江

摘要：本文对目前国内的故障指示器的功能和性能进行了分析，详细介绍了实现各种功能的主要原理和方法，尤其是对各种单相接地故障检测技术的原理进行了分析和对比。同时对故障指示器的发展趋势给予了分析，指出将故障指示器的检测结果纳入配电管理系统（DMS），使其在电力系统的生产和管理中发挥更大的作用，而且，为了适应超高压系统的故障检测，今后应向非接触式检测方向发展。

关键词：故障指示器 短路故障 接地故障

中图分类号： TM75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

一.概述

配電网由于分支较多、结构复杂、运行方式多变等原因，采用行波测距或阻抗计算进行故障定位几乎是不可能的，导致线路的管理维护和故障抢修工作量很大。故障发生后查找到故障点需要花费很大的人力物力，是导致供电可靠性较低的主要因素之一。从2012年的统计数据来看，国网系统内因故障停电时间平均为2.8小时，其中查找故障的平均时间为1.6小时，占整个故障处理过程的60%多，而如果在架空线、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，在线路发生故障后，巡线人员按照指示器的报警显示，迅速确定故障区段，快速处理故障并恢复供电，可以大大提高供电可靠性。

目前我国生产故障指示器的企业及相关技术已经处于世界先进水平，尤其是很多掌握自主知识产权的企业可以针对用户的实际需求生产出相应的产品，使得故障指示器在配网生产中发挥了越来越重要的作用。

二.故障指示器的分类

故障指示器可以按照多种方式进行分类，如按照检测故障类型、使用场所、指示方式等等，归结起来主要有以下几种。

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电流的通路，其主要原理是利用线路出现故障时电流的特征来实现短路故障识别。具体的原理如下图所示。

该类指示器通过电磁感应方法检测线路中的电流突变及持续时间判断故障，同时结合线路是否已经带电和故障电流后是否停电，可以很准确的检测出短路故障。由此可见，这种方法检测原理只与故障时短路电流分量有关，可以根据负荷电流的大小而自动调整，具有自适应性。这种方法判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。如：当系统的负荷逐渐变大时（图2-1），当有大的负荷投退时（图2-2），当系统有励磁涌流时（图2-3），当大负荷投入后又在较短时间内停电时（图2-4），故障指示器都能识别而不动作，只有当短路电流流过时（图2）才动作并翻牌指示。

2.2短路接地二合一故障指示器

这种指示器的短路故障检测原理与上面介绍的原理相同或相近。接地故障的检测原理有多种方法。

故障指示器检测单相接地的原理可以分为两个大的方向，一个是采用无源法，一个是采用有源法。无源法基本还是沿用小电流接地系统单相接地选线的原理，主要有5次谐波法、电容放电电流幅值法、首半波法和零序过流法，这些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，很容易被电磁干扰和谐波污染，直接影响了故障指示器检测的准确性。而且这些方法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。

三.主要技术指标

3.1 起始工作条件

即故障指示器可以正常工作所需要的线路运行环境。故障指示器一般需要一个最小的负荷电流If，来确定是否线路已经带电，当负荷大于该电流时，故障指示器才能正常工作，该电流越小，指示器的使用范围越广。有些指示器可以利用电场来识别系统带电，其需要的负荷电流几乎为零，可以用于所有线路。

3.2 故障指示时间

故障指示器应能区分瞬时性故障和永久性故障。如果是瞬时性短路故障，则在重合闸后消除，因此没有必要进行指示；如果是永久性故障，应该在来电之后或者设定的复位时间到了后自动复位。

3.3通信方式

故障指示器一般以433MHz的频率将信息送给附近的数据转发装置，转发装置再通过GSM将信息送给监控中心（如配网自动化主站系统），监控中心进行网络拓扑，确定出故障所在区段，然后以短信的形式发送给相关人员，可以进一步缩短处理时间，提高供电可靠性。

四.故障指示器发展趋势

由于运行方式和绝缘等级的原因，目前的故障指示器一般只适用于35kV以下线路，难以用在110kV及以上的线路。要用于110kV以上的线路，必须要解决故障电流方向识别问题，根据线路正常的负荷电流相位与故障电流的相位进行比较，从而确定指示器是否应该动作。

由于故障指示器应用在偏远地区更能发挥其效能，此类地区的故障指示器的动作信息传输给配网自动化系统的通信系统一般采用GSM，而这些地方的GSM信号不是很稳定，因此应研究采用无线专网进行故障信息传输的可行性。

五.参考文献

[1] 贞存，田质广，桑在中. 一种中低压配电网单相接地故障选线新方法[J].电网技术 ， 2005（03）：7679

[2] 惟镛，庄伟. 模糊神经网络在小电流接地系统选线中的应用[J].电网技术 ， 2002（05）：

[3] 孙同景，穆健，秦伟刚. 基于神经网络的中性点经消弧线圈接地系统故障选线方法[J].电网技术 ， 2005，（24）： 7881

[4] 牟龙华. 零序电流有功分量方向接地选线保护原理 [J].电网技术，1999 ，23（9）：6062

[5] 苏战涛，吕艳萍. 一种基于小波包分析的小电流接地电网单相接地故障选线新方法[J].电网技术 ， 2004，（12）： 3034

[6] 戴剑锋，张艳霞. 基于多频带分析的自适应配电网故障选线研究[J].中国电机工程学报 ， 2003，（05）： 2327

[7] 薛永端，徐丙垠，冯祖仁，李天友. 小电流接地故障暂态方向保护原理研究[J].中国电机工程学报 ， 2003，（07）： 1721