淺談10kV線路故障指示器的應用

陳計萬

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

關鍵詞：故障；指示器；應用

中圖分類號：TM216 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）33-0046-02

1 故障指示器的作用

故障指示器是一種對線路進行實時監(jiān)測的二次輔助設備，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關附近、較大支線附近，環(huán)網(wǎng)開關、電纜分支箱和箱變上，用于指示相應電纜區(qū)段的短路和單相接地故障的。線路發(fā)生故障時，班組運維人員可借助指示器的報警指示，迅速確定故障區(qū)段，加快找出故障點。

在10 kV放射式或開環(huán)系統(tǒng)上中，當電纜上出現(xiàn)故障時，在此故障點前的所有指示器的指示燈都閃動；此故障點后的指示器的指示燈都不閃動。只要查出最后一只指示燈不閃動的指示器，就可以找出電纜上的故障點，切開故障電纜，其余電纜可以再次投人運行?，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，所有的繼電保護裝置，都是對設備正常和故障時候的運行狀態(tài)進行分析對比，根據(jù)事故前后電氣量或非電氣量的變化來實現(xiàn)故障判斷，并動作于跳閘或發(fā)出信號。故障指示器，也是基于此基本原則來實現(xiàn)的。

2.1.1 相間短路故障的判斷

線路電流在正常運行時大小不是一成不變的。當相間短路故障發(fā)生時，短路電流往往非常大，遠遠超過正常電流值。

10 kV線路中的短路電流能夠達到上千安培，因此很多生產(chǎn)廠家都將故障指示器的故障動作電流值設定為1 000 A。當一條容量為5 000 kVA的線路滿負荷運行的電流值為288 A，正常運行的電流達不到故障指示器的動作值，即不會使故障指示器發(fā)生動作；而當這條線路發(fā)生相間短路故障時，故障電流就可以達到上千安，超過故障指示器的動作值，于是故障指示器就動作，發(fā)出指示信號。

同時，當線路上發(fā)生瞬時性短路故障時，故障電流也會很大；但由于故障會迅速消失，線路恢復常態(tài)，因此故障指示器就不應該動作。因此，對故障指示器設定一個故障電流持續(xù)時限，來對瞬時性故障進行控制。一般廠家，將這個時限設定為20 ms（即一個周波）；當短路電流持續(xù)時間超過20 ms，就判斷線路發(fā)生永久性故障，故障指示器發(fā)生動作，而當短路電流持續(xù)時間小于20 ms時，就判斷線路發(fā)生瞬時性故障，故障指示器就不動作。

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。當線路發(fā)生單相接地故障時，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），消弧線圈對線路電容性電流進行了補償，以致流過故障點和故障相的電流非常小（小于線路正常運行時的電流），因此不能采用線路過電流的方法來判斷接地故障。此時，要采用新的判斷方法。

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

而故障發(fā)生時，由于接地電流的存在，三相電流的矢量和不為零，即三相線路中會流過零序電流。這個零序電流雖然不大，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；當故障指示器檢測到的零序電流大于整定值時，判別線路發(fā)生接地故障，否則，判別線路處于正常運行狀態(tài)。接地故障的持續(xù)時間要大于短路故障的持續(xù)時間，生產(chǎn)廠家常將接地故障的持續(xù)時間設定為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，利用與過流繼電器類似的工作原理，每只故障指示器出廠前設置一個動作值，運行過程中當檢測到流過故障指示器線路電流大于設定值、故障電流持續(xù)時間大于則判斷為故障，自動給出故障指示。

即：

IF>IS

IF>IS

通常要求：

IS要大于安裝點正常運行時可能流過的最大負荷電流；

IS要小于線路末端故障時安裝點可能出現(xiàn)的最小短路電流。

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

2.3 功能實現(xiàn)的原理圖

故障指示器的工作過程是通過傳感器對相電流（或零序電流）進行采集，將采集到的信號通過某種傳輸介質傳遞給主機，主機對所接收的信號進行判斷，并得出是否應該動作的結論。這個工作過程，故障指示器具有源信號采集元件、調制解調器、數(shù)據(jù)傳輸元件、邏輯判斷單元、輸出信號控制單元以及顯示元件，如圖1所示，。

3 故障指示器誤動的原因分析

根據(jù)短路故障指示器的判斷原理可以知道，只要檢測到的電流達到了設定值且持續(xù)時限夠長，故障指示器就會動作發(fā)出信號。這種判據(jù)過于簡單，以至于故障指示器很容易誤動作。筆者接觸到的一些情況會導致線路電流大幅度增大，并導致故障指示器誤動作。

3.1 電動機反饋送電的問題

即發(fā)生短路時，線路上所有節(jié)點電壓降為零。但線路上電動機不可能立刻停轉，此時電動機轉換成為發(fā)電機狀態(tài)，向短路點構成的回路送電，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也會動作，即發(fā)生了誤動作。這種誤動作的特征是，非故障支路或故障線路后段故障指示器誤動作。

3.2 大負荷的投入

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

3.3 勵磁涌流

當空載變壓器投入時，會產(chǎn)生一個較大的電流（勵磁涌流），這個電流可以達到變壓器額定電流的好幾倍，有可能造成指示器誤動作。該類誤動作總發(fā)生在操作過后，且會在同一個點反復出現(xiàn)。井岸所轄區(qū)工業(yè)園的某電子廠，在其變壓器投運階段，就多次反復出現(xiàn)這種情況。

4 解決方案與運行建議

目前，就已經(jīng)安裝的336套線路故障指示器運行情況，需進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作值以及動作時間，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作；自檢不成功的故障指示器是否是電源問題（比如更換電池后再自檢）；

③查看所統(tǒng)計的故障指示器的投運時間，判斷其是否會對故障指示器的正確動作產(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 語

故障指示器的應用，在運行維護故障監(jiān)測判斷中發(fā)揮了重要作用。各使用單位在采購故障指示器之前最好要根據(jù)實際運行情況，對所需特定參數(shù)的故障指示器進行統(tǒng)計，以保證資源利用的有效性。指示器質量性能優(yōu)劣的認定需要經(jīng)過很長的運行時間檢驗，因此建議有關管理部門制定此類產(chǎn)品的行業(yè)及國家標準，規(guī)范市場。各使用單位可以根據(jù)各自配網(wǎng)自動化提升計劃，考慮階段性更換技術水平更高的故障指示器，并要求廠家現(xiàn)場指導和提供便利的維修服務。

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