摘要：故障指示器作为配网至关重要的监测设备，其通过检测电缆和线路故障，指示故障出现的位置，对于寻找故障发生的原因等提供了极大的便利性。因此，对于故障指示器电源的配置进行进行分析，并且提出相应的改造方案具有一定的现实意义。本文首先说明了配电网在线检测设备的供电方式，然后分析了电缆型故障指示器外接电源改造的必要性，最后详细阐述了电缆型故障指示器外接电源研制与应用。
关键词：电缆型；故障指示器；外接电源；无线通信；GPRS
一、配电网在线检测设备的供电方式
随着我国智能电网的发展，在线检测设备大规模地应用于配电网上。故障指示器作为配电网络重要的检测设备，其通过检测配电线路故障电流指示故障所在的出线、分支和区段，为寻找故障提供了极大的方便。目前，在线检测设备的供电方式主要有激光供电、太阳能供电和电流互感器（current transformer，CT）供电等。激光供电主要利用光纤把光能从接地端传送到高压端，再由光转换器将光能转换为电能，该方法难以应用于长期野外工作。太阳能供电的实际输出功率主要受太阳辐射照度的影响，而太阳辐射单位面积能量密度低，并且受到天气和季节的影响，因此该供电方式体积大并且供电不稳定。相比之下，电流互感器的供电方式具有安装简单、成本低、供电可靠等优点。外接电源供电方式是由临近的配电站提供一到两回低压电源，其优点在于环网柜小需要进行改造，成本低；缺点在于若附近没有配电站的环网柜，则无法采用本方式，且该方式只适用于室内配电房或开关站等。
二、电缆型故障指示器外接电源改造的必要性
（一）故障指示器通信终端电源的现状
目前，某城区的故障指示器通信终端均采用电流互感器藕合感应取电的方式供电。当大部分线路负荷电流较低时，取电电流互感器装置无法从线路取到足够稳定可靠的电源。这个时候，通信终端只能依靠蓄电池供电。然而一旦蓄电池电量耗尽，通信终端就会下线。电流互感器取电方案受线路负荷影响较大，容易造成终端失电。
由于该城区供电线路多为电缆型，终端装置基本装设在配电房、开关站等站房内，太阳能板、PT取电等其他取电方式并小适用于现场，经小组讨论后决定，外接市电取电方式为最佳方案。首先，拆除原来安装的电流互感器装置及电流互感器取电盒，通过设计线路，改变接线方式，从开关站及配电房的照明电路取220 V市电。同时，研制一个通信终端专用的恒定变压装置，为其提供稳定可靠的供电方式，提高电缆型故障指示器在线率。
（二）电源改造的优势
首先是稳定性。电流互感器取电必须在线路负荷达到30 A以上才可以取用足够的电量为通信终端供电，但在新设计的取电方式中，电源小受负荷电流、用户变化的影响，稳定性较好。
其次是安全与便捷性。将故障指示器安装于高压柜内，其余部分皆装在柜外，避免了高压柜内线路杂乱拥挤造成的安全隐患，且方便维护，减少了运维成本。
第三个优势是信号相对强。若使用电流互感器取电方案，需要将通信终端置于高压柜内，GPRS信号容易受铁质密闭高压柜屏蔽，影响通信。但是，故障指示器与通信终端若使用双向无线跳频信号通信，穿透性将得到大幅提升。
三、电缆型故障指示器外接电源研制与应用
此设计适用于有市电可取的开关站或环网站，结合现场，可从站用灯电路取电，为终端通信设备提供工作电源；也可取操作电源，直流屏、后备电池或储能电容进行充电。
（一）基于无线通信的故障指示器实现原理
带有无线通信功能的故障指示器电源主要是其内部增设了无线通信模块，该无线通信模块主要由数字编码以及无线调制发射单元两者所构成。因此，当故障指示器内部的故障检测模块检测到故障信息时，此时将会给出红色显示，并且将该显示信息进行数字编码后，利用无线射频进行发送。故障指示器电源内部的短路检测模块的主要实现原理为：当线路发生故障时，通过利用电磁感应的相关原理和方法对于线路中的电流变化情况进行分析，从而掌握短路的特征，做出相应的判断。故障指示器做出判断的依据是具有一定的全面性，可以明显的降低故障错判的可能性，并且只有在故障电流通过的情况下才会给出相应的故障指示。
（二）GPRS通信模块的实现原理
GPRS通信模块主要的功能是接受到故障指示器电源所发出的故障编码信息，同时，该GPRS模块可以同时接收多个故障的编码信息，其接收到编码信息后将会对此进行相应的处理，对于故障发生的地址以及时间进行分析，再将处理后的信息利用无线电波的相关原理及时传递出去。一般情况下，GPRS通信模块一般位于故障指示器的附近。GPRS通信模块的所有元件均安置于一个铁箱内，内部将会安装一个蓄电池。同时，在铁箱的外部将会安置太阳能电池板，主要的功能是工作电源以及为箱内的蓄电池供电。当白天或者天气状况较好的时候，则由太阳电池板提供电能；当晚上的时候或者阴雨天气时，则由蓄电池提供工作所需的电能。根据故障的位置距离不同，将会采取不同的通讯方式。当短距离传输时，主要采用无线调频的方式进行通信，通讯电能主要从导线电流感应中获得；当长距离传输时，则采用GPRS通信，此时从太阳能电池板或者大容量锂电池中获取通信所需的电能，以保障通信顺利进行。但是，值得注意的是，当天气状况不好的情况下，GPRS实时在线通信的要求将无法得到有效的保障，此时将会自动转换为低能耗的运行状态。GPRS每天必须保证一定的在线时间，一旦故障指示器检测到故障时，该模块将会及时上线处理。
（三）电源改造要点
1、取电装置
根据实际情况，研制两种取电装置，分别为GDTZ-AC及GDTZ-DC，其中GDTZ-AC是用于取交流市电，GDTZ-DC是用于取控制回路直流电。
2、电路原理
通过图1所示电路，开关电源将220 V电压变为通信终端可用的直流12V。通过整流稳压之后，取电装置输出稳定的直流电流。
图1 电路原理图
3、外部接线方法
工作实施中，需要将开关电源的ACL与ACN与市电相接，输出的V+/V一与故障指示器通信终端相接，如图2所示。
图2 外部接线图
（四）应用的实际情况
在完成了实验室测试后，对现有的故障指示器终端设备进行统一梳理，根据每一处装置现场实际情况，制定详细的安装方案与停电方案，以减少电网负荷损失。因安装必须在线路停电的情况下实施，为缩短停电时长，项目组需要带电安装好市电取电盒，并预留终端通信装置位置。
配合线路停电，首先需要将原电流互感器取电装置拆除；其次，需要将原通信装置从高压柜内移出，并安装在方案指定地点，停电施工过程可控制在15min内。
结语
综上，通过对故障指示器电源进行改造，增设无线通信模块，可以促进电网自动化管理水平的有效提升，降低工作人员的工作负荷。对于各配网通信终端的取电技术，还有待于进一步深入研究，结合备用电源电路和负荷电流供电的运行特点，可进一步实现更完善的终端取电方式。
参考文献：
[1]康少波，杨小青，李俊奕，等.基于电流互感器取电的故障指示器电源设计[J].厦门理工学院学报，2015（5）
[2]何峰.基于GPRS通信故障指示器在配网自动化中的应用[J].海峡科学，2010（10）
[3]杨明俊.有关配电线路故障指示器选型技术的分析[J].通讯世界，2017（22）
论文作者:章迁平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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