1.背景

配電網故障指示器能夠檢測故障電流並根據需要指示其方向，配網自動化主站可以根據故障指示器的動作信息，可以自動定位故障區段，加快故障的定位速度。本文對故障指示器的相關功能與設計要求進行介紹，以期對產品設計以及使用有所幫助。

2.故障指示器類型

故障指示器按照適用線路可以分為架空線路型，電纜線路型， 按照監測故障的方式可以分為外施信號型，暫態和穩態信號檢測型，按照指示方式分為就地指示型和遠傳型，這幾種類型是故障指示器的不同方面劃分的，因此可以組合為架空線路就地指示外施信號型故障指示器。

架空線路型主要用在架空線路上面 ，其頂端有自動卡線機構，可以使用專用的絕緣工具帶電安裝，這種懸掛式故障指示器采用接觸器電流探頭，內置電場傳感器測量線路電壓，電壓信號可以用於過流短路故障的輔助判據。

圖1 架空線遠傳型故障指示器

電纜型故障指示器可以卡在電纜線芯上，如下圖所示，與架空線路的不同，電纜線路故障指示器可以接入零序電流互感器，用零序電流電流作為檢測量，檢測接地故障。

5fd2716a2ced645ca7026fbdc18fddb3 圖2 電纜故障指示器

就地指示型故障指示器一般采用指示牌或者燈光方式，下圖是指示牌方式，當前比較主流的是采用LED燈方式，維護人員巡檢可以通過指示牌或者燈光判斷故障指示器是否動作。

圖3 就地指示型故障指示器

遠傳型故障指示器需要有遠傳裝置，如上圖1所示，與故障指示器之間采用無線連接，遠傳裝置匯集三個故障指示器的信號，通過GPRS等方式轉發到配電網自動化主站。遠傳裝置一般采用太陽能電池板或者TA取電方式，並輔以可充電電池作為輔助電源。

外施信號型需要在故障期發生後向系統註入信號，此信號源安裝在變電站接地變的中性點，如果是不接地系統，則安裝在母線上。通過零序電壓信號檢測到接地後，則信號註入裝置投入，信號的特征如下，此信號在線路，接地點和大地之間形成回路，接地分支回路出線至接地故障點之間的所有故障指示器都會檢測到此註入信號，並將信息上傳到配電網自動化主站，主站根據此信息可以判斷出接地點,此種檢測可靠性比較高。

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暫態和穩態信號檢測型主要是采用故障發生前後的暫態和穩態信號進行判斷， 不需要向系統註入信號。

3.短路故障和接地故障檢測算法

3.1 短路故障檢測

早期的故障指示器采用過流保護的算法，檢測電流大於定值持續固定時間後，判斷為短路故障。但是配電線路的冷啟動電流會高達5倍的線路額定電流，變壓器勵磁湧流會達到25倍額定電流，因此定值很難躲過。

而配電線路的短路故障一般由斷路器切除，故障持續時間為40ms到3s，故障切除後電壓消失，且故障發生時電流會有突變量，根據此特點，短路故障判據為下式，電流突變量一般取200A~500A（暫態錄波型的要求不低於150A），電壓定值設置為30%額定電壓。

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3.2 接地故障檢測

傳統的接地故障檢測是采用零序過流法，而對於架空線路，無法安裝零序電流互感器，采用三相合成方法誤差比較大（有比較大的不平衡電流），無法滿足測量精度的要求，同時對於經消弧線圈接地的系統， 接地情況下，消弧線圈會自動補償電容電流,可能補償後的值小於過流定值，無法正確檢測接地故障。

電容電流脈沖幅值法是利用接地故障發生時，非故障相的對地電容全部通過接地點放電，因此從母線到接地點之間的電容電流為所有非故障相的電容電流之和，可以檢測線路中的對地電容電流大小，超過定值後判斷發生接地故障。此方法的主要問題是對電網運行方式的適應性不夠，最小運行方式下，對地電容電流很可能小於定值。

首半波法屬於暫態法，這種方法利用接地故障瞬間暫態電容電流和相電壓有固定的相位關系進行檢測，暫態電容電流的幅值是穩態幅值的幾十倍，檢測比較容易，隻是當接地故障發生在電壓過零點附近時，此檢測方法會失效。

外施信號法如第二章介紹，此方法的可靠性高.

4. 故障指示器設計要求

4.1 環境要求

架空線型故障指示器安裝的戶外，因此需要按照C3來設計，電纜型如果是安裝在變電站內，則可以按照C1設計，安裝在環網櫃等遮蔽場所的，可以按照C2來設計。

對於防護等級，要求電纜型和架空線型的故障指示器防護等級都不小於IP67,有浸水能力的要不小於IP68.

指示器外殼應采用抗紫外線、抗老化、抗沖擊和耐腐蝕材料，應有足夠的機械強度，能承受使用或搬運中可能遇到的機械力，滿足長期戶外應用免維護要求。

4.2 卡線結構

對於故障指示器的卡線結構，應在不同截面線纜上安裝方便可靠，安裝牢固且不造成線纜損傷，支持帶電安裝和拆卸。

沿導線垂直方向施加不小於故障指示器整體自重的 8倍的力，不應產生位移；在截面積為 35mm ～240mm 裸導線或絕緣導線，沿導線橫向水平方向施加 50N的力，不應產生位移。

4.3 供電電源要求

故障指示器的主供電源應采用 TA供電，並且當線路負荷大於10A時，主電源可以正常供電;後備電源應采用高容量電池及超級電容。後備電源容量理論待機時間應時間大於 10 年、報警指示時間大於 2000 小時。

匯集單元主供電源優先采用外部交流電源、 PT、TA供電方式，主供電源應能實現後備電源

（超級電容、鋰電池、鉛酸電池）的充放電管理，且當主供電源供電不足或消失時，電源模

塊應能給出告警信號並自動無縫切換到後備供電；

對於采用TA供電方式，雙路取電TA供電時，一次電流不大於 10A，能為通信單元提供可靠的工作電流。單路取電 CT供電，一次電流不大於 20A，能為通信單元提供可靠的工作電流。

對於采用太陽能板進行供電時，太陽能板的輸出功率不應低於 10W；

備用電源應不低於如下要求：

采用單體長壽命免維護蓄電池（ 12V，電池容量≥ 12Ah）；

使用壽命≥ 8 年；

後備電源采用鋰電池或鉛酸電池時，應能支持無主供電源情況下 20 天以上正常工作；後備電源采用超級電容時，應能支持無主供電源情況下 10min 以上正常工作。

4.3 暫態錄波型要求

暫態錄波型故障指示器又稱智能型故障指示器，其具備短路和接地故障指示功能，並且還具有采集線路電流、 電位有效值、在線錄波、時鐘同步、遠程維護等功能，可為故障定位、故障分析及後續處理提供更為豐富信息的故障監測報警裝置。

錄波周波數不小於 8 個周波，采樣頻率不低於 3.2kHz ，波形應覆蓋故障發生前後的工況。錄波頻率誤差不大於 0.02Hz ；幅值滿足： 5-30A （誤差不大於 5%）； 30-630A （誤差不大於 3%）。

電壓的測量一般采用電場測量原理，並且結構上采用屏蔽設計，防止其他相別電場的影響。

5. 總結

本文介紹瞭故障指示器的分類，監測算法以及設計要求，對於故障指示器的設計開發使用有一定的參考意義。