浅谈10kV线路故障指示器的应用

陈计万

摘 要：10 kV线路的故障查找，传统做法往往是班组运行人员分组分线巡查，通过线路试送电来确定故障点，这样处理方法往往会延长故障隔离与故障修复送电的时间，非计划类停电时间也就随之增加，配电网的供电可靠性受到制约。

关键词：故障；指示器；应用

中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0046-02

1 故障指示器的作用

故障指示器是一种对线路进行实时监测的二次辅助设备，其安装成本较为低廉，线路上可以大量安装。故障指示器通常安装在线路分段开关附近、较大支线附近，环网开关、电缆分支箱和箱变上，用于指示相应电缆区段的短路和单相接地故障的。线路发生故障时，班组运维人员可借助指示器的报警指示，迅速确定故障区段，加快找出故障点。

在10 kV放射式或开环系统上中，当电缆上出现故障时，在此故障点前的所有指示器的指示灯都闪动；此故障点后的指示器的指示灯都不闪动。只要查出最后一只指示灯不闪动的指示器，就可以找出电缆上的故障点，切开故障电缆，其余电缆可以再次投人运行。现以珠海郊区的唐家湾供电所为例，10 kV配网电缆化程度已经比较高，这为减少故障事件的发生起到了很重要地作用。

2 故障指示器的基本介绍

2.1 线路故障的分析

在电力系统中，所有的继电保护装置，都是对设备正常和故障时候的运行状态进行分析对比，根据事故前后电气量或非电气量的变化来实现故障判断，并动作于跳闸或发出信号。故障指示器，也是基于此基本原则来实现的。

2.1.1 相间短路故障的判断

线路电流在正常运行时大小不是一成不变的。当相间短路故障发生时，短路电流往往非常大，远远超过正常电流值。

10 kV线路中的短路电流能够达到上千安培，因此很多生产厂家都将故障指示器的故障动作电流值设定为1 000 A。当一条容量为5 000 kVA的线路满负荷运行的电流值为288 A，正常运行的电流达不到故障指示器的动作值，即不会使故障指示器发生动作；而当这条线路发生相间短路故障时，故障电流就可以达到上千安，超过故障指示器的动作值，于是故障指示器就动作，发出指示信号。

同时，当线路上发生瞬时性短路故障时，故障电流也会很大；但由于故障会迅速消失，线路恢复常态，因此故障指示器就不应该动作。因此，对故障指示器设定一个故障电流持续时限，来对瞬时性故障进行控制。一般厂家，将这个时限设定为20 ms（即一个周波）；当短路电流持续时间超过20 ms，就判断线路发生永久性故障，故障指示器发生动作，而当短路电流持续时间小于20 ms时，就判断线路发生瞬时性故障，故障指示器就不动作。

2.1.2 接地故障的判断

接地故障的判断与短路故障的判断是不同的。当线路发生单相接地故障时，由于变电站出线采用小电流接地（井岸地区采用的是消弧线圈接地），消弧线圈对线路电容性电流进行了补偿，以致流过故障点和故障相的电流非常小（小于线路正常运行时的电流），因此不能采用线路过电流的方法来判断接地故障。此时，要采用新的判断方法。

在10 kV配电系统中，变电站出线侧采用小电流接地，而负荷侧变压器均没有接地，线路采用三相三线制供电，这种配置，在正常运行时，无论三相负荷是否平衡，三相电流的矢量和与瞬时值之和均等于零，线路中均没有零序电流。

而故障发生时，由于接地电流的存在，三相电流的矢量和不为零，即三相线路中会流过零序电流。这个零序电流虽然不大，但已足够与正常状态形成差异。

从以上分析可以发现，如果利用正常状态下和接地状态下零序电流的差异来形成判据，就可以有效地判别接地故障；这正是故障指示器指示接地故障的根源所在。

接地故障指示器的传感器，采集的正是三相线路电流的矢量和。一般情况下，生产厂家将接地故障判别的整定值为20～50 A；当故障指示器检测到的零序电流大于整定值时，判别线路发生接地故障，否则，判别线路处于正常运行状态。接地故障的持续时间要大于短路故障的持续时间，生产厂家常将接地故障的持续时间设定为60 ms。

2.2 故障指示器的判据

利用相电路和零序电流的变化来形成故障指示判据，是最原始的做法。早期的故障指示器故障，也正是使用这种的这种判据。目前，井岸所范围内使用的故障指示器基本都是这种。该类故障指示器，利用与过流继电器类似的工作原理，每只故障指示器出厂前设置一个动作值，运行过程中当检测到流过故障指示器线路电流大于设定值、故障电流持续时间大于则判断为故障，自动给出故障指示。

即：

IF>IS

IF>IS

通常要求：

IS要大于安装点正常运行时可能流过的最大负荷电流；

IS要小于线路末端故障时安装点可能出现的最小短路电流。

此判据同时适用于相间短路故障的判断和接地故障的判断，只是设置的参数是不同的。

2.3 功能实现的原理图

故障指示器的工作过程是通过传感器对相电流（或零序电流）进行采集，将采集到的信号通过某种传输介质传递给主机，主机对所接收的信号进行判断，并得出是否应该动作的结论。这个工作过程，故障指示器具有源信号采集元件、调制解调器、数据传输元件、逻辑判断单元、输出信号控制单元以及显示元件，如图1所示，。

3 故障指示器误动的原因分析

根据短路故障指示器的判断原理可以知道，只要检测到的电流达到了设定值且持续时限够长，故障指示器就会动作发出信号。这种判据过于简单，以至于故障指示器很容易误动作。笔者接触到的一些情况会导致线路电流大幅度增大，并导致故障指示器误动作。

3.1 电动机反馈送电的问题

即发生短路时，线路上所有节点电压降为零。但线路上电动机不可能立刻停转，此时电动机转换成为发电机状态，向短路点构成的回路送电，电流瞬间幅值很大，随后衰减为零。

由于断路器跳闸，非故障支路上的故障指示器感受到电流、电压均降为零，同时感受到与故障电流特征类似的冲击电流，因此致使该指示器有时也会动作，即发生了误动作。这种误动作的特征是，非故障支路或故障线路后段故障指示器误动作。

3.2 大负荷的投入

故障指示器设定的电流动作值只是相对较大，并不能适用于所有的负载情况。当某条线路投入了大负荷时，线路电流有可能超过故障指示器的动作值，于是就发生误动作。这种误动作的特征是，线路首段的指示器更容易发生误动作，且该条线路误动作的频率较大。

3.3 励磁涌流

当空载变压器投入时，会产生一个较大的电流（励磁涌流），这个电流可以达到变压器额定电流的好几倍，有可能造成指示器误动作。该类误动作总发生在操作过后，且会在同一个点反复出现。井岸所辖区工业园的某电子厂，在其变压器投运阶段，就多次反复出现这种情况。

4 解决方案与运行建议

目前，就已经安装的336套线路故障指示器运行情况，需进行的探究主要包括以下内容：

①查看变电站各出线的短路电流动作值以及动作时间，确定故障指示器的整定值是否能够与其合理搭配；

②确定自检成功的故障指示器是否能够保证正确动作；自检不成功的故障指示器是否是电源问题（比如更换电池后再自检）；

③查看所统计的故障指示器的投运时间，判断其是否会对故障指示器的正确动作产生影响；

④找到能够判定故障指示器各部件能够正常工作的方法，尤其是确保柜体中指示器正常显示的功能。

5 结 语

故障指示器的应用，在运行维护故障监测判断中发挥了重要作用。各使用单位在采购故障指示器之前最好要根据实际运行情况，对所需特定参数的故障指示器进行统计，以保证资源利用的有效性。指示器质量性能优劣的认定需要经过很长的运行时间检验，因此建议有关管理部门制定此类产品的行业及国家标准，规范市场。各使用单位可以根据各自配网自动化提升计划，考虑阶段性更换技术水平更高的故障指示器，并要求厂家现场指导和提供便利的维修服务。

参考文献：

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