一、背景及其意義

我國大多數(shù)配電網(wǎng)均采用中性點不直接接地系統(tǒng)，即小接地電流系統(tǒng)，它包括中性點不接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，中性點經(jīng)電阻接地系統(tǒng)。近年來，隨著自動跟蹤消弧電抗器的廣泛使用，為解決系統(tǒng)于故障瞬間出現(xiàn)的諧振問題，開始采用消弧線圈與非線性電阻串(或并)聯(lián)以及與避雷器并聯(lián)的運行方式。NUGS發(fā)生單相接地故障的幾率最高，這時供電仍能保證線電壓的對稱性，且故障電流較小，不影響對負荷連續(xù)供電，故不必立即跳閘，規(guī)程規(guī)定可以繼續(xù)運行1～2 h。但隨著饋線的增多，電容電流也在增大，長時間運行就易使故障擴大成兩點或多點接地短路，弧光接地還會引起全系統(tǒng)過電壓，進而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運行，所以必須及時找到故障線路予以切除。

而故障指示器就是這么一種安裝在架空線路上、電力電纜及開關(guān)柜母線排上，用于指示故障電流通路的裝置。線路發(fā)生故障后，巡線人員可借助指示器的報警顯示，迅速確定故障區(qū)段，并找出故障點，具有識別短路和接地故障的功能。對永久性故障恢復(fù)供電后及時復(fù)位；對瞬時性故障按用戶約定的時間延時復(fù)位，給尋找故障隱患留下足夠的顯示時間，杜絕勵磁涌流引起的誤動現(xiàn)象，避免盲目巡線，減少停電時間，提高了輸電線路故障點的查找速度，減輕了輸電運行維護人員事故處理的工作強度，提高供電可靠性。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在原蘇聯(lián)，NUGS得到了廣泛應(yīng)用，其保護原理從過流、無功方向，發(fā)展到了群體比幅；日本在供電、鋼鐵、化工用電中普遍采用NUS或NRS，所以選線原理簡單，采用基波無功方向方法。德國多使用NES，并于30年代就提出了反映接地故障開始時暫態(tài)過程的單相接地保護原理。法國在使用NRS幾十年后，現(xiàn)在正以NES取代NRS，同時開發(fā)出了高新技術(shù)產(chǎn)品，零序?qū)Ъ{接地保護。

1、常用選線方法

在我國，從1958年起就一直對此問題進行研究，提出了多種選線方法，并開發(fā)出了相應(yīng)的裝置。已經(jīng)提出的選線方法均以零序電壓來啟動保護或選線裝置，因此可根據(jù)是否利用故障電流把它們分成兩類，第一類:如比幅法、比相法、群體比幅比相法、首半波法、諧波電流方向法、五次諧波分量法、有功分量法、能量法、還有近年出現(xiàn)的應(yīng)用小波分析、最大Δ(Isinφ)原理、模糊推理或模式識別來實現(xiàn)故障選線的多種方法;第二類:如拉線法、注入信號跟蹤法。隨著選線理論的發(fā)展，各種選線裝置也相繼問世，50年代末我國就利用接地故障暫態(tài)過程研制成功了選線裝置，80年代中期我國又研制成功了微機接地選線裝置，最近又增添了殘流增量法微機接地選線裝置，到目前為止，基于上述不同選線理論已經(jīng)先后推出了幾代產(chǎn)品。但在實際應(yīng)用中的效果并不十分理想，所以此問題還有必要進一步研究。

2、應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）國內(nèi)的故障指示器主要使用的為無信號源線路故障指示器，由于受到電流互感器精度，消弧線圈對容性電流的補償，電網(wǎng)運行方式等固有因素的限制，及各種電磁干擾的影響，使得基于電流突變法的故障指示器運行可靠性較差，動作準確率僅為30%～40%。

（2）在實踐中，有在架空線路上應(yīng)用零序電流檢測法的實例。但是由于架空線路的三相距離較遠，零序電流的采集是通過各相故障指示器間的無線通訊進行采集合成的，因此需要為無線通訊收發(fā)設(shè)備增加額外的供電方式，同時也增加了裝置的復(fù)雜性。

（3）有信號源線路故障指示器的準確率更高，能達到94%，但由于我國的10KV系統(tǒng)多采用三角形接線方式，需要直接將信號源接到母線上，用戶從電網(wǎng)安全方面考慮，比較質(zhì)疑這種做法，并有一定的風(fēng)險，目前國內(nèi)只有科銳在做有源故障指示器。

三、新型指示器的技術(shù)要點

本產(chǎn)品為檢測短路故障及接地故障二合一的故障指示器。其中的短路故障判據(jù)為：當(dāng)線路上的電流從運行電流突然增大到故障電流，即發(fā)生一個正的突變，且其變化量大于一個設(shè)定值，然后，在一個很短的時間內(nèi)電流和電壓又下降為零，則判定這個線路電流為故障電流；接地故障判據(jù)則采用零序電流檢測法輔以零序電壓電流相位比較法。

本產(chǎn)品所采用的方案除了通過電場感應(yīng)器及磁場感應(yīng)器來感應(yīng)零序電流電壓外，還在原有零序電流大小和相位判據(jù)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了零序電流電壓相位比較。

1、零序故障量的采集

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，平行于地面的架空線路發(fā)生單相接地故障時，在線路下方與三相導(dǎo)線垂直的平面內(nèi)，垂直地面方向電場能夠反映零序電壓信息，水平方向磁場能夠反映零序電流信息。

2、電源部分—CT取能

CT取能是一種在電力工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)取能方式，以其技術(shù)成熟，可靠性高，成本低廉等優(yōu)點成為高壓平臺數(shù)據(jù)采集部分主要的能源供給方式。

除此之外，由于CT取能的技術(shù)指標一般為：線路電流超過70A（額定電流為1.25KA）時，或低于20倍額定電流時，電源能夠正常工作。因此為了應(yīng)對輕載情況，裝置還配備有充電電池，以保證裝置的持續(xù)供電。

3、單片機

本方案選用了TI公司生產(chǎn)的430單片機系列的MSP430F5310，是最新基于閃存的微處理器系列，不但具有業(yè)界最低的功耗，而且還可實現(xiàn)高達25MIPS的性能。該產(chǎn)品系列可提供1.8V至3.6V的寬泛工作電壓。其特性包括可用于優(yōu)化功耗的創(chuàng)新電源管理模塊，內(nèi)部控制穩(wěn)壓器，以及各種高達256kB的存儲器選項。此外，該系列還能實現(xiàn)更高的外設(shè)性能，集成度以及易用性等優(yōu)異特性。

4、指示部分

4.1 翻牌顯示

除桿塔上配置的數(shù)據(jù)采集處理單元外，架空線的三相還分別配有簡單的翻牌器，當(dāng)接收到主單元發(fā)送的該相故障信號時，翻牌器翻轉(zhuǎn)，顯示紅色，否則為白色，顏色區(qū)分醒目。

4.2 無線通訊

目前市場多數(shù)故障指示器沒有自動定位功能，配電線路出現(xiàn)故障時，需要人工沿線查找，尤其是在山區(qū)等路況復(fù)雜的地方，增加了故障查找的時間和難度。

因此，本方案中，為指示器內(nèi)部配備了無線射頻收發(fā)模塊，通過現(xiàn)今應(yīng)用成熟的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，向附近的信息處理單元（IPU）傳送指示器翻牌信息，再由其通過專線傳送給控制中心，使主站人員能夠快速的定位故障區(qū)段。

此外，數(shù)據(jù)采集處理主單元與各相翻牌器通訊也是通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

五、結(jié)論

本產(chǎn)品可以改善現(xiàn)有故障指示器準確率低的現(xiàn)狀，將新的接地故障判別理論應(yīng)用到實際當(dāng)中。其有效的解決了以下一系列問題：躲過大負荷投切的影響；躲過瞬時性接地故障；躲過電磁干擾對信號的影響；綜合考慮靈敏度及可靠性，防止拒動；試圖尋找更安全可靠的信號源方案。