（中交机电工程局有限公司 湖北武汉 430000）
摘要：目前市场上单色显示的故障指示器已十分成熟，在以小电流接地系统为主的国内中压供配电线路上应用广泛，但对于英标国家普遍采用的大电流接地系统的供配电网络，特别是采用双端供电的铁路电力贯通线，现有单色故障指示器无法实现故障定位。笔者以所负责的肯尼亚蒙巴萨至内罗毕新建标轨铁路电力系统设计项目为背景，研制了一种大电流接地系统的双色故障指示器，成功应用于该铁路电力贯通线，为电力运营显著缩短了故障定位及供电恢复时间。
关键词：海外铁路 电力贯通线 故障定位
1 概述
（1）传统单色显示的接地故障指示器的作用及工作原理
配电线路故障指示器作为安装在架空线路之上的一种故障电流检测装置，可在配电线路出现故障后迅速自动报警，定位故障范围，避免巡查人员盲目巡线，极大减少故障排除时间，提高配电线路系统的稳定以及可靠性，有着十分重要的社会经济意义。目前市场已经研制出了小电流接地系统单色显示的故障指示器[1-4]，该指示器主要应用于单电源放射供电线路。
现有接地故障指示器采用的接地检测原理：检测接地瞬间的暂态电容放电电流且检测到线路电压降低时，认为线路接地，否则线路未发生接地。
以上的工作原理均是基于中性点不接地系统（小电流接地系统）中对单电源的故障点的判断，且只是单色、单方向显示。
（2）新型双色故障定位指示器的研究背景及意义
本文以肯尼亚蒙巴萨至内罗毕新建标轨铁路电力系统设计项目为研究背景，铁路正线全长471.8km，共设置7座33kV配电所，一座11kV配电所，1座66kV变电所，沿线设一条33kV电力贯通线，系统中性点接地方式为直接接地。贯通线为铁路沿线区间及车站所有负荷供电，其中一二级负荷的备用电源采用柴油发电机供电。
本工程中的33 kV配电所的电源，根据当地电网的条件，仅能提供一路地方电源。贯通线从配电所接取33 kV电源，对于任意一段电力贯通线，两端均设有互为备用的电力配电所，当一端电力配电所停电时，由另一端电力配电所对贯通线供电。当贯通线某处发生永久性故障时，A所保护跳闸，B所启动备自投供电，故障不能排除，则B所保护跳闸，闭锁安全装置，若采用传统单色故障定位装置，将全线翻牌，使得故障点的判断无法实现，导致故障不能及时排除，严重影响铁路运行安全。
由于该铁路电力贯通线为中性点直接接地系统，区间负荷的高压电源采用从架空线上T接，当贯通线发生接地故障时，配电所馈线断路器迅速跳闸，贯通线不能带故障运行，且贯通线供电距离远（部分供电臂甚至达120公里），检修人员几乎无法定位故障，势必影响铁路供电可靠性。
综上所述，研发一种适用于大电流接地系统、两端供电电力线路的故障定位指示器十分迫切。
2 模型搭建
国内外铁路贯通线11kV供电距可达60km，33kV供电距离可达120km，铁路变配电所设置的距离一般为40~60km/处（11kV）、60~100km/处（33kV）。对于任意一条电力贯通线，两端均设有互为备用的电力配电所，假设一配电所（A所）为主供，则另一所（B所）为备供，当电力贯通线上任何一处发生接地短路故障时，线路上保护跳闸，在重合闸失败后，对侧电源启动备自投，改由备用供电所供电，如果合在故障上，则对侧保护跳闸，闭锁安全装置。为了区别显示发生故障的类型以及短路电流的方向，需研制出一种智能识别、指示故障类型和短路电流方向的新型智能故障指示器，即：无故障时显白牌，不发光，主供方向供电中发生故障，显示一种颜色（例如红色）牌，并发出对应色的光；备供方向供电中发生故障，则显示另一种颜色（例如绿色）牌，并发出对应色的光。而常见的单色显示方式不具备三种状态指示功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文研制的大电流接地系统中新型故障定位指示器适用于：
（1）11KV及33KV（含10KV及35KV）电压等级的中性点直接接地系统；
（2）架空线、架空线和电缆混合及电缆贯通等三种电力供电系统；
（3）手拉手变电所之间的贯通线的供电模式。
3 工作原理
3.1 单相接地及相间短路故障的检测原理
线路电流突变量过门限，且线路对地电压下降比例超过设定的五分之三，保护设备动作失电，则判断为线路发生接地短路故障，。故障指示器检测此故障信号特征则翻牌闪灯，否则不动作。
3.2 故障指示器的电路组成
故障指示器的电路主要由电流线圈、电压感应头、电压和电流调理电路、主控、翻牌电机及驱动电路、LED驱动电路、电池及电源管理电路、通信模块（带通信的故障指示器）等核心模块电路组成。
4 故障定位
4.1 非永久性短路故障定位
贯通线上的首端A所（主供）提供电源，而末端B所（备供）不供电源；当线路发生非永久性短路故障时，故障点到A所线路上安装的故障指示器显橙色牌，闪一种颜色光；到B所方向上的故障指示器不动作，显空牌，不发光。
邻近的两组显示不同状态的故障指示器所在位置之间的区间为短路故障发生区间。采用自动重合闸的方式实现系统的安全供电，可以利用故障指示器实现自动复归或者延时复归的方式。
4.2 永久性短路故障定位
贯通线上的首端A所向B所方向供电，线路发生单相接地短路时，故障电流是由A所母线沿AB方向经故障点、大地到A所变中性点返回，故障指示器检测到此故障信号特征时，则翻红色牌，闪一种色光。同时，B所监测到贯通线无压，启动B所断路器给AB线路供电，即B所向A所方向供电，由于线路发生单相接地短路时，故障电流是由B所母线沿BA方向经故障点、大地到B所变中性点返回，故障指示器检测到此故障信号特征时，则翻绿牌，闪另一种色光。
故障发生点在邻近的两组显示不同颜色的故障指示器所在位置之间的区间为短路故障发生的区间。
5 结论
采用本大电流接地系统中双色故障定位指示器可迅速实现故障定位，当电力贯通线发生故障后，铁路检修人员沿线巡查指示器的颜色变化、报警显示，迅速准确判断故障区段，缩短故障排查时间，快速处理故障并恢复供电，可以显著提高供电可靠性，同时在经济上，减少巡线人员的强度和投入，节约经济、人力等成本。
参考文献:
[1] 单相接地故障指示器技术现状分析[J].张彩友.电网技术.2007.
[2] 中性点不接地系统单相接地故障定位研究[J].张利,李萍,张芳.北京信息科技大学学报(自然科学版).2017(04).
[3] 小电流接地系统单相接地故障分析[J].陈景龙,王聪.山东电力技术.2017(07).
[4] 电力线路故障指示器的发展现状和趋势[J].王彦彪,张小江.科技资讯2015(01).
论文作者:唐志渊,樊荣,何美华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/19
标签：故障论文; 指示器论文; 电流论文; 线路论文; 电力论文; 发生论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第17期论文;