摘要：配电网系统作为城市用电的主动脉，其可靠运行与否影响着千家万户。目前能为其提供辅助性保障的主要是线路上的短路及接地故障指示器，其最大优点就是能在配电线路发生故障时，能准确为配电运行人员提供判断故障的依据，从而缩短停电时间。研究及应用配电故障指示装置，运用自动检测技术和通信技术等使配电线路的运行信息、预警和故障分析实现在线监测，使得在提高配电网的管理水平的同时也为智能配电网建设奠定了基础。
关键词：故障指示器；相间短路；单相接地
一、概述
随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，电力事业迅速发展，电网不断扩大，拓扑结构日趋复杂，配电自动化成为必然。乌鲁木齐城区配电线路类型现阶段以混合线路为主，配电网T接的架空线路设备、电缆站房设备的各方面状况参差不齐，线路较长分支线路多，电缆段与架空段的混合程度较高，这样就势必会造成线路人员的故障查找困难，故障停电时间长、供电可靠性低。针对于上述配电网运行的实际问题，我局在配电网中的数条线路上装设了各种类型的故障指示器。本文通过对传统故障指示器的应用原理及优缺点进行分析，提出能实现线路运行数据实时采集、非正常状态预警、故障报警的故障指示器，并与进行中的配电自动化建设相结合，形成配电线路故障查找的新模式。
二、配电故障指示装置应用的现状
目前乌鲁木齐电业局局属部分配电线路上加装了普通型故障指示器（翻牌不上传信息），在此基础上，110kV西山变电站、110kV铁西变电站的10kV配电线路上应用了架空线路“一遥”故障指示器，通过GPRS通信方式实现了信息的上传，有效地提高了线路故障查找的效率。
由于普通型故障指示器判断故障的方式较为原始，信息只能依靠人工发现；在配电混合性线路的变电站及站房出线还无有效的故障查找手段，制约了配电线路故障查找效率的提高。其次对于配电线路接地故障的判断，现在变电站、配电站房仍然基本依靠对出线拉路的方式完成故障选线，其方法效率低而且影响供电可靠性，急需应用新的方法实现配电线路接地故障选线。
三、故障指示装置新技术的原理及功能
3.1故障指示器的原理
在10kV 线路上主要使用的普通型故障指示器一般由电流、电压和时间检测、故障判别、故障指示驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分组成。当线路发生短路或接地故障时，通过检测导线的空间电场电位梯度及电磁感应来检测线路电压及电流的变化，判别故障，给出故障指示。大部分产品采用机械式旋转翻牌指示故障，线路正常运行为一种颜色指示，线路故障时变为另一种颜色，也有少部分产品采用发光指示故障。这种故障指示器灵敏度较低，而且无法实现信息的远方监测只能靠人工现场判别。
近年来在原来简单就地指示短路及接地故障指示器不可扩展型的基础上，又推出电流温度型短路接地故障指示器，目前市场上技术先进的电力电缆监测设备可用于变电站出线电缆，建立相应的选线技术平台提高小电流系统接地选线的效率，加强了线路在线监测和各类故障的处理能力。
电流温度型故障指示器主要分为两个部分：感应部分，主要由三个短路故障传感器、一个接地故障传感器组成；主机部分：主机部分把传感器的信号进行处理，给出相关的指示和报警，同时通过通信装置，发出相关的报警信息传递给监控中心，主机部分主要有处理显示模块和通信模块。主机和传感器之间通过有线连接。在实际连接时，传感器部分与环网柜进出口相连，主机部件安装在配电站房的显示区。故障指示装置判断故障的基本原理为：
判断相间短路故障的原理：当线路上的电流从运行电流突然增大到故障电流，即发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值，然后在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流。其优点是，它只与故障时短路电流分量有关，与线路电流的大小无关，是一种能适应负荷电流变化的故障检测装置。
判断单相接地故障的原理：在相间短路故障判据上增加单相接地故障判据，原理有很多种，目前使用较多的有：零序电流幅值法，利于中性点不接地系统故障线路工频零序电流幅值比健全线路或自身对地电容电流幅值大的特点，选择有变化的线路为故障线路。零序无功功率方向法，利于中性点不接地系统故障线路零序电流相位滞后零序电压90度、而健全线路超前90度的特点，选择零序无功功率小于90度（流向母线）的线路为故障线路。电流比幅比相法，选择零序电流工频幅值较大的若干条线路比较其相位，与其他线路电流流向相反的线路，加上开口三角电压等判据，确定为故障线路。
判断电缆超温故障的原理：在相电流传感器中内置温度传感器，监测相线电缆温度，从而杜绝因电缆连接不当而导致开关发热报废，线路停电的事故。
3.2故障指示装置的功能
新型的故障指示装置还可提供配电线路运行数据的实时采集功能，主要包括：
相线负荷电流实时显示：短路互感器自动检测负荷电流，同时将电流测量数据通过通信接口定时或变化超范围后自动发送。
接地电流实时显示：接地互感器自动检测接地电流，同时将电流测量数据通过通信接口定时或变化超范围后自动发送。
电力电缆温度实时显示：短路互感器自动检测电力电缆温度，同时将温度测量数据通过通信接口定时或变化超范围后自动发送。
短路报警指示：短路互感器在工作中检测线路的电流，当线路发生短路故障时电流达到或超过短路电流的整定值时，短路互感器发出报警信号，并传输给主机，主机接收到此信号后，产生相应的报警指示信号并在液晶屏上直观显示；同时将告警数据通过通信接口自动发送；
接地报警指示：接地互感器在工作中检测线路的零序电流，当线路发生接地故障时接地电流达到或超过接地电流的整定值时，接地互感器发出报警信号中，并传输到主机，主机接收到此信号后，产生相应的报警指示信号并在液晶屏上直观显示；同时将告警数据通过通
信接口自动发送；
超温报警指示：短路互感器在工作中还检测线路电缆温度，当线路发生超温故障时温度达到或超过超温告警的整定值时，短路互感器发出报警信号，并传输给主机，主机接收到此信号后，产生相应的报警指示信号并在液晶屏上直观显示；同时将告警数据通过通信接口自动发送；
四、故障指示装置的应用及故障查找方式
4.1故障指示装置的应用
站房类的应用 安装在配电站房、变电站出线安装在电缆出线处的故障指示装置，它是将故障指示传输至面板，由检测探头和指示构成，指示部分一般通过光纤或铜缆与探头相连。这种故障指示装置不需要打开箱门观察，便于巡视，避免了故障时打开箱体的不安全因素，但造价较高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆安装在电缆分接箱内的故障指示器，能迅速确定故障段电缆，并对出线线路实现在线监测线路的电流、零序电流、电缆温度并实现故障预警。
架空线路上的应用 安装在架空线路上指示器安装在架空线路上的故障指示器较多。一旦线路发生短路故障，装设了架空线路“一遥”故障指示器的应用，通过GPRS通信方式实现了信息的上传显示报警，巡线人员也可可借助指示器上的报警显示，迅速确定故障区段，分支及故障点。彻底改变过去盲目巡线，分段合闸试送电查找故障的落后做法，极大地提高工作效率，缩短停电时间，有效地提高供电可靠性和经济效益。但部分指示器受安装点导线舞动、环境污秽、雾雨及阳光反射等影响，不易观察。个别指示器固定在导线上的压簧夹子失灵掉下或不能带电拆卸，影响了线路的运行维护。
线路故障监测预警平台 在变电站建立监测界面可实现配电线路出线的在线监控及时就地掌握线路预警和故障信息，并利用变电站现有通信资源上传至调度主站，其他没有通信光纤资源的区域，可
采用GPRS无线通信方式或其他通信方式实现信息的上传。开发应用软件建立相应的线路故障监测预警平台，构建友好的操作界面。并在平台上设置数据模块，用于配电线路状态的分析和评估，及时统计出线路的不正常的运行状态并实现线路的故障预警。
4.2故障查找的方式的革新
为了提高配电系统可靠性，及时全面掌握配电网的各项运行数据和故障信息，迅速确定或隔离线路故障区段，除了要求故障指示器能准确可靠的指示故障外，还要求能在远方传送故障信。随着通信技术的发展，将指示器内置通信模块，利用无线或光纤通信方式传送运行数据及故障信号，不需巡视人员到现场观察就知道故障位置，这是一种提高故障处理速度，减少停电时间的信息化方式。另一方面，可以建立故障自动定位系统，包括对现场故障指示器进行地址编码，建立后台控制中心。有配网自动化系统的单位可利用配网自动化地理信息系统加装故障自动定位系统软件，实现故障信号送到控制中心与地理信息系统相结合，在电子地图上显示故障点地理位置。还可以在变电站的接地变压器中性点或变电站母线上安装一套被动式信号源装置，专用于发送接地故障信号给控制中心及故障指示器显示故障信息，该方法是一种解决小电流接地故障选线、定位最准确的方法，对于配电线路接地故障的判断，基本解决现在变电站、配电站房仍然基本依靠对出线拉路的方式完成故障选线的现状。
通过上述的应用方式实现混合型线路的整体运行状态监测、预警和各类故障判断。形成由变电站出线、配电站房电缆段电流温度“二遥”故障指示器信息与架空线路上的“一遥”故障指示器信息以及普通型故障指示器的实地观察翻牌变化相结合的混合线路故障查找方法。
五、配电自动化建设中故障指示器的作用
运用配电自动化技术把从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理的综合自动化系统称为配电管理系统（Distribution Management System）。其内容包括配电网数据采集和监控、地理信息系统、网络分析和优化、工作管理系统，。配电自动化系统是配电管理系统最主要的内容。配电自动化系统是一种可以使配电网管理单位在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。配电系统中经常会发生故障，中断对用户供电，此时就要考虑如何尽快恢复对用户的供电。因此故障指示装置的应用在配电自动化中所体现出的作用包括以下两点：
为配电自动化系统中的故障处理提供依据
故障定位、故障隔离和网络重构成为配电自动化系统的一项主要功能。配电网的故障智能定位指的是在故障发生后，主站根据装设在配电网中的智能化采集、通信和控制单元收集到的数据，结合配电网的实际运行情况，利用网络信息和故障信息来自动地判别故障发生的位置，并且在网络结构的拓扑图上反映出故障点。配电网的故障自动隔离指的是在判别了故障的位置之后，根据网络的拓扑连接，自动查找到和故障点直接相连的所有开关，利用通讯线路遥控断开这些开关，把故障点和正常的网络隔离开来，为下一步恢复重构做好准备。配电网的恢复重构指的是故障发生后，主站利用已有自动化功能定位了故障并且自动隔离了故障之后，寻找到需要恢复供电的区域，重新调整配电网中的联络开关和分段开关的状态，在所有可能的开关运行状态中快速地找出一套既能满足网络运行条件又能使目标函数最小的开关运行方案，并且通过遥控开关尽快地恢复对停电用户的供电。
利用在线故障指示装置实现配电线路运行数据实时采集、非正常状态的预警
运用传统的故障指示器无法满足DMS 的控制要求，提出基于“二遥”信息的新型故障指示器设计方案，不仅采用先进的故障确定算法，同时通过通信网络把相关的信息传给配电主站，较好的满足了DMS的控制需要。，当供电线路有运行在非正常状态下时，固定在线缆上的传感器检测到超过设定值的预警电流、温度时，仪器会自动记忆预警状态，指示器发出预警指示，并通过通信网络，将故障信号传递给配电主站系统，可立即准确标志出不正常运行状态设备的部位。通过主站平台上具备的数据模块，可分析线路的运行状态，为DMS系统实现线路运行状态的评估提供依据。
配电线路的故障信息在配电自动化系统中综合利用
故障指示装置分为架空型和电缆型两种，而且配网中同时存在部分信息不上传的故障指示装置。通过配电自动化主站平台收集和分析，形成由电流温度“二遥”故障指示器信息与架空线路上的“一遥”
故障指示器信息以及普通型故障指示器的实地观察翻牌变化相结合、信息共享平台中软件分析与人工查找同时进行的混合型线路故障查找方法。
六、故障指示装置仍需改进之处
目前线路故障指示器存在灵敏度不高，误判偏高，储能与复位时间不易控制，查看受通信条件的制约不能通畅的实现传输或因没有建立通信通道无法传输等等。所以配电故障指示装置技术在今后应当注重为装置传感高精度性、判断故障的智能型、信息传输的网络控制性。
从装置传感的原理和工艺着手，应用新材料、新技术、新设备加强故障指示装置的传感搞灵敏度和检测模式的高精确度，为故障判别和运行数据的采集把好第一关。
具有智能判断线路故障能力。能够在故障后的几分钟内，在控制中心通过结合地理信息系统（GIS），给出故障的地理位置和故障时间的指示信息，并将该信息上传至调度配电主站上，实现信息共享，帮助相关运维人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电。应用该系统不仅可减少巡线工作量，提高工作效率，而且缩短了停电时间。
具有远程数据通信能力便于网络管理。与配电自动化建设同步，因地适宜采用多种通信手段，将故障指示装置的信息采集、处理、上传、分析作为配电自动化系统的一部分，使其成为配电网网格式管理的一部分。
参考文献：
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[3]王俊明.配电系统自动化及其发展.北京：中国电力出版社，2002.
[4]沈兵兵.配电自动化建设实施导则.北京：国家电网公司.2010.
论文作者:阮飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
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