陳計(jì)萬(wàn)

摘 要：10 kV線路的故障查找，傳統(tǒng)做法往往是班組運(yùn)行人員分組分線巡查，通過(guò)線路試送電來(lái)確定故障點(diǎn)，這樣處理方法往往會(huì)延長(zhǎng)故障隔離與故障修復(fù)送電的時(shí)間，非計(jì)劃類停電時(shí)間也就隨之增加，配電網(wǎng)的供電可靠性受到制約。

關(guān)鍵詞：故障；指示器；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）33-0046-02

1 故障指示器的作用

故障指示器是一種對(duì)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的二次輔助設(shè)備，其安裝成本較為低廉，線路上可以大量安裝。故障指示器通常安裝在線路分段開(kāi)關(guān)附近、較大支線附近，環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)、電纜分支箱和箱變上，用于指示相應(yīng)電纜區(qū)段的短路和單相接地故障的。線路發(fā)生故障時(shí)，班組運(yùn)維人員可借助指示器的報(bào)警指示，迅速確定故障區(qū)段，加快找出故障點(diǎn)。

在10 kV放射式或開(kāi)環(huán)系統(tǒng)上中，當(dāng)電纜上出現(xiàn)故障時(shí)，在此故障點(diǎn)前的所有指示器的指示燈都閃動(dòng)；此故障點(diǎn)后的指示器的指示燈都不閃動(dòng)。只要查出最后一只指示燈不閃動(dòng)的指示器，就可以找出電纜上的故障點(diǎn)，切開(kāi)故障電纜，其余電纜可以再次投人運(yùn)行?，F(xiàn)以珠海郊區(qū)的唐家灣供電所為例，10 kV配網(wǎng)電纜化程度已經(jīng)比較高，這為減少故障事件的發(fā)生起到了很重要地作用。

2 故障指示器的基本介紹

2.1 線路故障的分析

在電力系統(tǒng)中，所有的繼電保護(hù)裝置，都是對(duì)設(shè)備正常和故障時(shí)候的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)事故前后電氣量或非電氣量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)故障判斷，并動(dòng)作于跳閘或發(fā)出信號(hào)。故障指示器，也是基于此基本原則來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.1.1 相間短路故障的判斷

線路電流在正常運(yùn)行時(shí)大小不是一成不變的。當(dāng)相間短路故障發(fā)生時(shí)，短路電流往往非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常電流值。

10 kV線路中的短路電流能夠達(dá)到上千安培，因此很多生產(chǎn)廠家都將故障指示器的故障動(dòng)作電流值設(shè)定為1 000 A。當(dāng)一條容量為5 000 kVA的線路滿負(fù)荷運(yùn)行的電流值為288 A，正常運(yùn)行的電流達(dá)不到故障指示器的動(dòng)作值，即不會(huì)使故障指示器發(fā)生動(dòng)作；而當(dāng)這條線路發(fā)生相間短路故障時(shí)，故障電流就可以達(dá)到上千安，超過(guò)故障指示器的動(dòng)作值，于是故障指示器就動(dòng)作，發(fā)出指示信號(hào)。

同時(shí)，當(dāng)線路上發(fā)生瞬時(shí)性短路故障時(shí)，故障電流也會(huì)很大；但由于故障會(huì)迅速消失，線路恢復(fù)常態(tài)，因此故障指示器就不應(yīng)該動(dòng)作。因此，對(duì)故障指示器設(shè)定一個(gè)故障電流持續(xù)時(shí)限，來(lái)對(duì)瞬時(shí)性故障進(jìn)行控制。一般廠家，將這個(gè)時(shí)限設(shè)定為20 ms（即一個(gè)周波）；當(dāng)短路電流持續(xù)時(shí)間超過(guò)20 ms，就判斷線路發(fā)生永久性故障，故障指示器發(fā)生動(dòng)作，而當(dāng)短路電流持續(xù)時(shí)間小于20 ms時(shí)，就判斷線路發(fā)生瞬時(shí)性故障，故障指示器就不動(dòng)作。

2.1.2 接地故障的判斷

接地故障的判斷與短路故障的判斷是不同的。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于變電站出線采用小電流接地（井岸地區(qū)采用的是消弧線圈接地），消弧線圈對(duì)線路電容性電流進(jìn)行了補(bǔ)償，以致流過(guò)故障點(diǎn)和故障相的電流非常?。ㄐ∮诰€路正常運(yùn)行時(shí)的電流），因此不能采用線路過(guò)電流的方法來(lái)判斷接地故障。此時(shí)，要采用新的判斷方法。

在10 kV配電系統(tǒng)中，變電站出線側(cè)采用小電流接地，而負(fù)荷側(cè)變壓器均沒(méi)有接地，線路采用三相三線制供電，這種配置，在正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)論三相負(fù)荷是否平衡，三相電流的矢量和與瞬時(shí)值之和均等于零，線路中均沒(méi)有零序電流。

而故障發(fā)生時(shí)，由于接地電流的存在，三相電流的矢量和不為零，即三相線路中會(huì)流過(guò)零序電流。這個(gè)零序電流雖然不大，但已足夠與正常狀態(tài)形成差異。

從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，如果利用正常狀態(tài)下和接地狀態(tài)下零序電流的差異來(lái)形成判據(jù)，就可以有效地判別接地故障；這正是故障指示器指示接地故障的根源所在。

接地故障指示器的傳感器，采集的正是三相線路電流的矢量和。一般情況下，生產(chǎn)廠家將接地故障判別的整定值為20～50 A；當(dāng)故障指示器檢測(cè)到的零序電流大于整定值時(shí)，判別線路發(fā)生接地故障，否則，判別線路處于正常運(yùn)行狀態(tài)。接地故障的持續(xù)時(shí)間要大于短路故障的持續(xù)時(shí)間，生產(chǎn)廠家常將接地故障的持續(xù)時(shí)間設(shè)定為60 ms。

2.2 故障指示器的判據(jù)

利用相電路和零序電流的變化來(lái)形成故障指示判據(jù)，是最原始的做法。早期的故障指示器故障，也正是使用這種的這種判據(jù)。目前，井岸所范圍內(nèi)使用的故障指示器基本都是這種。該類故障指示器，利用與過(guò)流繼電器類似的工作原理，每只故障指示器出廠前設(shè)置一個(gè)動(dòng)作值，運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)檢測(cè)到流過(guò)故障指示器線路電流大于設(shè)定值、故障電流持續(xù)時(shí)間大于則判斷為故障，自動(dòng)給出故障指示。

即：

IF>IS

IF>IS

通常要求：

IS要大于安裝點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)可能流過(guò)的最大負(fù)荷電流；

IS要小于線路末端故障時(shí)安裝點(diǎn)可能出現(xiàn)的最小短路電流。

此判據(jù)同時(shí)適用于相間短路故障的判斷和接地故障的判斷，只是設(shè)置的參數(shù)是不同的。

2.3 功能實(shí)現(xiàn)的原理圖

故障指示器的工作過(guò)程是通過(guò)傳感器對(duì)相電流（或零序電流）進(jìn)行采集，將采集到的信號(hào)通過(guò)某種傳輸介質(zhì)傳遞給主機(jī)，主機(jī)對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行判斷，并得出是否應(yīng)該動(dòng)作的結(jié)論。這個(gè)工作過(guò)程，故障指示器具有源信號(hào)采集元件、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)傳輸元件、邏輯判斷單元、輸出信號(hào)控制單元以及顯示元件，如圖1所示，。

3 故障指示器誤動(dòng)的原因分析

根據(jù)短路故障指示器的判斷原理可以知道，只要檢測(cè)到的電流達(dá)到了設(shè)定值且持續(xù)時(shí)限夠長(zhǎng)，故障指示器就會(huì)動(dòng)作發(fā)出信號(hào)。這種判據(jù)過(guò)于簡(jiǎn)單，以至于故障指示器很容易誤動(dòng)作。筆者接觸到的一些情況會(huì)導(dǎo)致線路電流大幅度增大，并導(dǎo)致故障指示器誤動(dòng)作。

3.1 電動(dòng)機(jī)反饋送電的問(wèn)題

即發(fā)生短路時(shí)，線路上所有節(jié)點(diǎn)電壓降為零。但線路上電動(dòng)機(jī)不可能立刻停轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成為發(fā)電機(jī)狀態(tài)，向短路點(diǎn)構(gòu)成的回路送電，電流瞬間幅值很大，隨后衰減為零。

由于斷路器跳閘，非故障支路上的故障指示器感受到電流、電壓均降為零，同時(shí)感受到與故障電流特征類似的沖擊電流，因此致使該指示器有時(shí)也會(huì)動(dòng)作，即發(fā)生了誤動(dòng)作。這種誤動(dòng)作的特征是，非故障支路或故障線路后段故障指示器誤動(dòng)作。

3.2 大負(fù)荷的投入

故障指示器設(shè)定的電流動(dòng)作值只是相對(duì)較大，并不能適用于所有的負(fù)載情況。當(dāng)某條線路投入了大負(fù)荷時(shí)，線路電流有可能超過(guò)故障指示器的動(dòng)作值，于是就發(fā)生誤動(dòng)作。這種誤動(dòng)作的特征是，線路首段的指示器更容易發(fā)生誤動(dòng)作，且該條線路誤動(dòng)作的頻率較大。

3.3 勵(lì)磁涌流

當(dāng)空載變壓器投入時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的電流（勵(lì)磁涌流），這個(gè)電流可以達(dá)到變壓器額定電流的好幾倍，有可能造成指示器誤動(dòng)作。該類誤動(dòng)作總發(fā)生在操作過(guò)后，且會(huì)在同一個(gè)點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)。井岸所轄區(qū)工業(yè)園的某電子廠，在其變壓器投運(yùn)階段，就多次反復(fù)出現(xiàn)這種情況。

4 解決方案與運(yùn)行建議

目前，就已經(jīng)安裝的336套線路故障指示器運(yùn)行情況，需進(jìn)行的探究主要包括以下內(nèi)容：

①查看變電站各出線的短路電流動(dòng)作值以及動(dòng)作時(shí)間，確定故障指示器的整定值是否能夠與其合理搭配；

②確定自檢成功的故障指示器是否能夠保證正確動(dòng)作；自檢不成功的故障指示器是否是電源問(wèn)題（比如更換電池后再自檢）；

③查看所統(tǒng)計(jì)的故障指示器的投運(yùn)時(shí)間，判斷其是否會(huì)對(duì)故障指示器的正確動(dòng)作產(chǎn)生影響；

④找到能夠判定故障指示器各部件能夠正常工作的方法，尤其是確保柜體中指示器正常顯示的功能。

5 結(jié) 語(yǔ)

故障指示器的應(yīng)用，在運(yùn)行維護(hù)故障監(jiān)測(cè)判斷中發(fā)揮了重要作用。各使用單位在采購(gòu)故障指示器之前最好要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)所需特定參數(shù)的故障指示器進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以保證資源利用的有效性。指示器質(zhì)量性能優(yōu)劣的認(rèn)定需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間檢驗(yàn)，因此建議有關(guān)管理部門(mén)制定此類產(chǎn)品的行業(yè)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范市場(chǎng)。各使用單位可以根據(jù)各自配網(wǎng)自動(dòng)化提升計(jì)劃，考慮階段性更換技術(shù)水平更高的故障指示器，并要求廠家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和提供便利的維修服務(wù)。

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