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1.背景 配电网故障指示器能够检测故障电流并根据需要指示其方向，配网自动化主站可以根据故障指示器的动作信息，可以自动定位故障区段，加快故障的定位速度。本文对故障指示器的相关功能与设计要求进行介绍，以期对产品设计以及使用有所帮助。2.故障指示器类型 故障指示器按照适用线路可以分为架空线路型，电缆线路型， 按照监测故障的方式可以分为外施信号型，暂态和稳态信号检测型，按照指示方式分为就地指示型和远传型，这几种类型是故障指示器的不同方面划分的，因此可以组合为架空线路就地指示外施信号型故障指示器。 架空线路型主要用在架空线路上面 ，其顶端有自动卡线机构，可以使用专用的绝缘工具带电安装，这种悬挂式故障指示器采用接触器电流探头，内置电场传感器测量线路电压，电压信号可以用于过流短路故障的辅助判据。 图1 架空线远传型故障指示器 电缆型故障指示器可以卡在电缆线芯上，如下图所示，与架空线路的不同，电缆线路故障指示器可以接入零序电流互感器，用零序电流电流作为检测量，检测接地故障。 图2 电缆故障指示器 就地指示型故障指示器一般采用指示牌或者灯光方式，下图是指示牌方式，当前比较主流的是采用LED灯方式，维护人员巡检可以通过指示牌或者灯光判断故障指示器是否动作。 图3 就地指示型故障指示器 远传型故障指示器需要有远传装置，如上图1所示，与故障指示器之间采用无线连接，远传装置汇集三个故障指示器的信号，通过GPRS等方式转发到配电网自动化主站。远传装置一般采用太阳能电池板或者TA取电方式，并辅以可充电电池作为辅助电源。 外施信号型需要在故障期发生后向系统注入信号，此信号源安装在变电站接地变的中性点，如果是不接地系统，则安装在母线上。通过零序电压信号检测到接地后，则信号注入装置投入，信号的特征如下，此信号在线路，接地点和大地之间形成回路，接地分支回路出线至接地故障点之间的所有故障指示器都会检测到此注入信号，并将信息上传到配电网自动化主站，主站根据此信息可以判断出接地点,此种检测可靠性比较高。 暂态和稳态信号检测型主要是采用故障发生前后的暂态和稳态信号进行判断， 不需要向系统注入信号。3.短路故障和接地故障检测算法3.1 短路故障检测 早期的故障指示器采用过流保护的算法，检测电流大于定值持续固定时间后，判断为短路故障；但是配电线路的冷启动电流会高达5倍的线路额定电流，变压器励磁涌流会达到25倍额定电流，因此定值很难躲过。 而配电线路的短路故障一般由断路器切除，故障持续时间为40ms到3s，故障切除后电压消失，且故障发生时电流会有突变量，根据此特点，短路故障判据为下式，电流突变量一般取200A~500A（暂态录波型的要求不低于150A），电压定值设置为30%额定电压。 3.2 接地故障检测 传统的接地故障检测是采用零序过流法，而对于架空线路，无法安装零序电流互感器，采用三相合成方法误差比较大（有比较大的不平衡电流），无法满足测量精度的要求，同时对于经消弧线圈接地的系统， 接地情况下，消弧线圈会自动补偿电容电流,可能补偿后的值小于过流定值，无法正确检测接地故障。 电容电流脉冲幅值法是利用接地故障发生时，非故障相的对地电容全部通过接地点放电，因此从母线到接地点之间的电容电流为所有非故障相的电容电流之和，可以检测线路中的对地电容电流大小，超过定值后判断发生接地故障。此方法的主要问题是对电网运行方式的适应性不够，最小运行方式下，对地电容电流很可能小于定值。 首半波法属于暂态法，这种方法利用接地故障瞬间暂态电容电流和相电压有固定的相位关系进行检测，暂态电容电流的幅值是稳态幅值的几十倍，检测比较容易，只是当接地故障发生在电压过零点附近时，此检测方法会失效。 外施信号法如第二章介绍，此方法的可靠性高.4. 故障指示器设计要求4.1 环境要求 架空线型故障指示器安装的户外，因此需要按照C3来设计，电缆型如果是安装在变电站内，则可以按照C1设计，安装在环网柜等遮蔽场所的，可以按照C2来设计。 对于防护等级，要求电缆型和架空线型的故障指示器防护等级都不小于IP67,有浸水能力的要不小于IP68. 指示器外壳应采用抗紫外线、抗老化、抗冲击和耐腐蚀材料，应有足够的机械强度，能承受使用或搬运中可能遇到的机械力，满足长期户外应用免维护要求。4.2 卡线结构 对于故障指示器的卡线结构，应在不同截面线缆上安装方便可靠，安装牢固且不造成线缆损伤，支持带电安装和拆卸。 沿导线垂直方向施加不小于故障指示器整体自重的 8倍的力，不应产生位移；在截面积为 35mm ～240mm 裸导线或绝缘导线，沿导线横向水平方向施加 50N的力，不应产生位移。4.3 供电电源要求 故障指示器的主供电源应采用 TA供电，并且当线路负荷大于10A时，主电源可以正常供电;后备电源应采用高容量电池及超级电容。后备电源容量理论待机时间应时间大于 10 年、报警指示时间大于 2000 小时。 汇集单元主供电源优先采用外部交流电源、 PT、TA供电方式，主供电源应能实现后备电源（超级电容、锂电池、铅酸电池）的充放电管理，且当主供电源供电不足或消失时，电源模块应能给出告警信号并自动无缝切换到后备供电； 对于采用TA供电方式，双路取电TA供电时，一次电流不大于 10A，能为通信单元提供可靠的工作电流。单路取电 CT供电，一次电流不大于 20A，能为通信单元提供可靠的工作电流。 对于采用太阳能板进行供电时，太阳能板的输出功率不应低于 10W； 备用电源应不低于如下要求： 采用单体长寿命免维护蓄电池（ 12V，电池容量≥ 12Ah）； 使用寿命≥ 8 年； 后备电源采用锂电池或铅酸电池时，应能支持无主供电源情况下 20 天以上正常工作；后备电源采用超级电容时，应能支持无主供电源情况下 10min 以上正常工作。4.3 暂态录波型要求 暂态录波型故障指示器又称智能型故障指示器，其具备短路和接地故障指示功能，并且还具有采集线路电流、 电位有效值、在线录波、时钟同步、远程维护等功能，可为故障定位、故障分析及后续处理提供更为丰富信息的故障监测报警装置。 录波周波数不小于 8 个周波，采样频率不低于 3.2kHz ，波形应覆盖故障发生前后的工况。录波频率误差不大于 0.02Hz ；幅值满足： 5-30A （误差不大于 5%）； 30-630A （误差不大于 3%）。 电压的测量一般采用电场测量原理，并且结构上采用屏蔽设计，防止其他相别电场的影响。 5. 总结 本文介绍了故障指示器的分类，监测算法以及设计要求，对于故障指示器的设计开发使用有一定的参考意义。