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工业电气设计|听说,故障指示器是配电网的下一个风口?

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线路故障指示器是应用在输配电线路、电力电缆及开关柜进出线上,用于指示故障电流流通的装置。一旦线路发生故障,巡线人员可借助指示器的报警显示,迅速确定故障点,排除故障。彻底改变过去盲目巡线,分段合闸送电查找故障的落后做法。

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故障指示器简史

电力线路故障指示器起源于二十世纪八十年代的德国,发明它的目的是为了指示电力线路短路电流流过的途径,帮助人们查找到故障点。

进入二十世纪,人们开始关注短路指示器的信号远传问题。信号远传的实现,突破了架空线路和电缆设备的视线障碍,延长了人们的观察距离,并逐渐演变成为配电线路故障定位系统。

我国从九十年代开始引进和学习国外短路指示器的研制技术,到了二十一世纪,国内主要厂商开始研究线路上的单相接地故障检测问题,并陆续推出了一些试用产品,例如接地故障指示器和短路接地二合一故障指示器。我国电力系统生搬硬套了前苏联的模式,110kV以下配电系统主要采用小电流接地系统,中性点不接地或者经消弧线圈接地。

如今,随着芯片制造工艺和通讯技术的快速发展,全数字化的故障指示器已经出现。在这之前,故障指示器主要采用模拟器件和逻辑组合电路,也曾出现过所谓的智能型故障指示器,但这类指示器主要是把模拟电路换成单片机,信号采集、故障判据和通讯技术实际变化不大,表现为信号没有量化、参数不能调整。数字化的故障指示器除了实现故障检测、指示和信号远传等“遥信”功能以外,还可以实现“遥测”信号量化、“遥控”和“遥调”参数调整功能。对于全数字化的故障指示器,我们可以这样理解,传统的故障指示器好比传统的继电器保护,全数字化的故障指示器好比现在广泛使用的微机保护。

故障指示器简介

在环网配电系统中,特别是大量使用环网负荷开关的系统中,如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障,上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断,以防止发生重大事故。通过使用故障指示器,可以标出发生故障的部分。维修人员可以根据指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段,分断开故障区段,从而及时恢复无故障区段的供电,可节约大量的工作时间,减少停电时间和停电范围。

故障指示器由传感器和显示器两部分组成,传感器负责探测电缆通过的电流,显示器负责对传感器传送来的电流信息进行判断及做出故障指示动作。在线路上安装上故障指示器后,当系统发生故障时,由于从故障点到馈电点的线路都出现了故障电流,引致从故障点到馈电点之间线路上所有的故障指示器动作,指示灯就会闪亮。从馈电点开始,沿着故障指示灯闪亮的线路一直查找,最后一个闪亮点就是故障点。推广使用电缆故障指示器,有助于以较短的时间找到故障点,是提高配电网运行水平和事故处理效率的一条有效途径。

故障指示器的工作原理

故障指示器依靠独特的传感器直接在线检测信号,利用故障电流产生的电磁场变化,产生脉冲信号激励电路工作,不影响电网的正常运行工作。正常情况下,故障指示器不动作,窗口为白色显示。当通过线路上的电流达到故障指示器设定的故障电流值时,如果过电流持续的时间不满足故障指示器设定的电流突变时间,则此电流可能是电机起动等因素引起的瞬间起动过电流,不是故障电流,因此故障指示器不动作。

相反,则判断为故障电流,故障指示器翻红牌(或光闪)。故障指示器动作后再作一次判断,如果2s内线路电流恢复正常,说明线路开关重合闸成功,故障点被排除,恢复正常供电状态,故障指示器恢复正常状态。倘若2s内线路电流消失,说明故障已引发上级开关跳闸而导致线路失压,则确定为故障,故障指示器保持动作,直到达到设定的复归时间自动恢复正常状态。

故障指示器的分类

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市场上销售的故障指示器种类繁多,型号复杂,但大体可分为以下几种:

  1. 按使用功能分:①短路型;②接地型;③接地、短路二合一型。
  2. 按信号源分:①有信号源线路故障检测系统;②无信号源线路故障指示器。
  3. 按安装地点分:①架空线路型;②电缆线路型;③母线汇流排型;④面板型。
  4. 按显示方式分:①翻牌显示型;②光电显示型。
  5. 按线路供电方式分:①单电源型;②双电源型。

故障指示器在配电网故障检测中的实际应用

在线路上装上故障指示器,当系统发生故障时,由于从故障点到馈电点的线路都出现了故障电流,引致从故障点到馈电点之间的线路上所有的故障指示器动作,窗口显示为红色(或光闪)。从馈电点开始,沿着故障指示器动作的线路一直查找,最后一个红色(或光闪)点就是故障点。

带通信系统的故障指示器及故障自动定位系统

故障自动定位系统是基于故障指示器技术、GSM通信技术和GIS(地理信息系统)技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统,主要用于配电系统各种故障点的自动检测和定位,包括相间短路和单相接地故障检测和定位。

配电控制中心的故障定位软件系统与大量现场的故障检测和指示装置配合,在故障发生后的几分钟内即可在控制中心通过与地理信息系统的结合,给出故障位置和故障时间的指示信息,同时还可以通过GSM短消息的方式将故障指示器位置信息发送到相关人员手机上。有利于维修人员迅速赶到现场,排除故障,恢复正常供电,大大提高供电可靠性,同时也大大减少故障巡线人员的数量和寻线时间,大大提高工作效率。

故障自动定位系统包括:故障检测探头(带动作信号远传的故障指示器)、通信终端(子站)、中心站、主站和通信系统。

通讯系统分为:探头到子站之间的短距离通信系统、子站到中心站的GSM(手机短消息)通信系统和中心站到主站之间的串行(或网络)通信。其中探头到子站之间的短距离通信方式主要有无线(架空、电缆系统)、光纤(电缆系统)两种方式,解决了高压绝缘问题。

故障检测探头就是前面介绍的各种故障指示器它能检测架空裸线、电缆线路的短路故障和单相接地故障。按照使用场合不同,使用不同型号的指示器。

除了故障指示器,相关人士认为,数据传输单元(DTU)、馈线终端设备(FTU)、配变终端设备(TTU)等配电远方终端在未来也有较大的发展空间。您认为呢?

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