故障指示器：类型,功效及其应用

故障指示器：类型，功效及其应用

Frank J. Muench Jr, Gene A. Wright

(RTE有限公司元件部威斯康辛州佩沃基市 53072)

摘要：故障指示器用于公用系统，其目的在于对故障定位，让服务恢复更为迅

速。要适当的运用这些设备，必须了解不同类型的指标，其功效和特点。

本文对大部分类别的指示器开发一个应用指南.它以表格方式扼要陈述很多现有设备，并详细讨论了每类指示器的指标。表中指示器的区分包括它们的复位机械装置，典型系统应用，系统中的几个阶段，有多少个阶段需要跳闸和复位指示器，位置传感器单元，位置指示器，和需要哪类灵敏指示器以在短时间跳闸（协调限流保险丝），而且使相邻的电缆都跳闸和复位。

对数据的详细讨论列在下表中。指示器每一个大分类被分为小7脚封装和突出特点的亚型。特别强调的是指示器在配合限流熔断器的性能会受到相邻电缆的影响。

指示器的类型有许多种。本文对它们的绝大部分进行了描述，而且集中精力对近期的进行详细描述。这些指示器在许多不同的系统中都适用。例如不同类型的保护-熔断器，断路器，自动继电器，不同的系统设计——距离较远、小负荷的农业电力系统，重型商业和30个工业系统，以及10个住宅并存的系统。而由于不同的需要，这些指示器都有各自不同的特点。

1984年在密苏里州的堪萨斯城4月29日-5月4 日的IEEE/PES 输配电会议上，由IEEE输电和配电委员会的IEEE电力工程学会提议并批准了84 T&D 346-3这份文件。1983年11月7日提交这份文件的原稿，并在1984年3月21日提供印刷。

引言

故障指示器的安装是为了有效的帮助人们在系统中定位故障的器件。通过使用故障指示器，找寻故障的时间大大减少。传统的故障检索方法，往往涉及操作保险丝，终端，或其它交换机，看看某一特定段的电缆或设备是否已隔离故障段。故障指示器可识别故障的装置或电缆，以减少保险丝需求数量。而每个保险丝工作或因故障关闭会增进一种对绝缘系统和机械结构的渐进式恶化，因此减少故障的数量可以延长系统的寿命。

在大多数情况下，一旦故障被查出，通过运用一些手段关闭常开环路或在交替回路中切换，服务器就可以恢复得比较快。对故障的定位是恢复供电一部分，且是费时的。如果恢复很迅速，消费者通常都可以理解和接受的电力供应中断。当中断时间变得过长，抱怨的人数便会迅速增多。通过减少所需的时间找到故障，分段可以迅速完成恢复供电，减少总停电时间。

故障指示器提供了缩短停电时间，减少对系统压力，减少的数量和保险丝的成本，增加客户好感的能力。这样还可以增加收入及资金流通。为了有效的实施，保养工人必须对器件相当的信任，否则他还是会用他的老方法再试一次。他将通过关闭开关，保险丝，或自动继电器以试图重新确立回路。这样做是希望该故障在回路闭合前已被移除。如果故障仍未修复或未完全烧毁，则故障电流有会重新产生，并对系统有潜在的威胁，使保险丝的熔断及延伸停电的范围。

有些情况使指示器指示故障已通过电缆，此时就能够摧毁它给保养工人所需要的信任。有些组合的环路，使指示器不能就故障跳闸将引起保养工人在未来忽视它们的存在。如果指示器在系统修复后不能复位，则它们对保养工人来说是没有用的。

每类指示器，都有其自身的特点和能力。这些装置运行所需要的可靠性都有标准，还要注意与采用选定好的那类指示器配合应用。经验表明，指示器有两方面的特殊性，其类型必须仔细考虑，以维持稳定可靠的运行：

1 .使用限流熔断器对系统保护。

2 . 电缆相互靠近的系统（可能发生

在一些交界点或在一些30个组合式变压器）。

协调时间继电器和电子保险丝并不详细。各种不同的类型在实践中有一些差别。最具代表性的例子是指示器曲线必须在保险丝曲线的左边。

通过了解不同类型指示器的特点，可以更好地使用这些设备，减少它们传输误导性信息可能性。

下表及论述介绍了合理使用指示器所需的必要数据。

表1

讨论

分析该表显示常用指示器按机械复位可分为4大类。这些类别如下：

1. 手动复位装置。

2. 高电压复位指示器。

3. 低电压复位装置。

4. 电流复位故障指示器。

这些大类的每一类亦可分为许多类型。他们之间的区别可以通过查看列于附表的各个项目。要扩大附表的数据概述，则以下的说明是必须的。

1 .手动复位故障指示器是指示器中最简单的一种而且成本最低。这种类型的指示器可以用在屏蔽或非屏蔽指示器的线路中或在地下同轴中性电缆的下方。故障指示通常的结果是当电流超过跳闸的额定电流时产生足够的磁通量，以释放出一个旋转的磁场。则该类指示器就不需手工操作了。

指示器复位有两个方法使它由故障回到正常位置。第一就是使用电池驱动一个类似于手电筒复位器件。它启动后放在装置的上方。指示器复位，因此如果故障发生它便可以跳闸。这是相对简单的事，但它需要有复位操作器件。也有改进了的安装在带电操作杆上的复位器件。这使得指示器可以在系统带电的情况下复位。

手动复位类型及其复位工具

其他种类采用了内置式按钮对指示器复位。按下指示器的按钮使永磁体经过传感器，转动永磁体的位置，从而使指示器复位。这是很容易实现，而且不需要其他器件的帮忙。

由于这些指示器必须手动复位，他们不能通过相邻电缆互感复位。这意味着这些指示器可以用在间歇性故障发生的重合闸回路，和用在从通路阶段可能引起足够的电流导致不正常复位的电感反馈的30系统。

手动复位指示器既是它的优点同时也是它的主要缺点。一旦故障电流通过电缆就会引起跳闸。它允许故障定位即使自动继电器没有动作。但在多数情况下，公用设备不知道故障发生的，除非自动继电器动作。

如果故障发生，例如树枝接触到电缆，或松鼠使两段线路桥接，然后电流明显下降，则指示器将跳闸。而自动继电器则用于暂时的断开和重合回路。除了短暂的闪光，没有人会知道故障已经发生。

如果保养工人不知道故障发生的，他不会复位指示器。如果指示器不复位，则在稍后不久，故障又会发生在另一部分的线路上，导致停电，先前出错的指示器又会误导保养工人试图用它来寻找该故障。

这些器件受到临近的电缆普通水平电流的影响不大，因为在它们触发前肯定有非常大的电流。相邻电缆通常不能产生一个足够的大磁场，使安装在相邻电缆的指示器动作。它们可以与断路器，自动继电器，或冲出式熔断器一起用来保护系统。

由于它们在配合限流熔断器反应不够快，可用它们来理想的区分是冲出式熔断器运行还是限流熔断器在运作。如果它们被用系统中，且较小的限流熔断器保护冲击式熔断器，则可以找准故障的位置。如果临时停电及指示器跳闸，冲击式熔断器将会保护故障发生一个区域。如果指示器没有动作，则限流熔断器保护故障发生的区域。

2 .高电压复位指示器的复位输送电能电缆的电压决定。在架空系统中，它们既可靠，又易于安装，为配电系统指示故障。它们非常适合针对永久性故障的30秒自动继电器和熔断器保护系统。它们不能手工操作跳闸。它们可以在使用

热线器件工作的系统中安装。

高电压复位指示器

这些指示器采用最新的技术来产生迅速响应的故障指示。其控制电路使他们动作时间仅仅1毫秒。这清除故障速度比最小的限流熔断器还要快。正因为如此，它们适用于限流熔断器保护的电路。

当用于地下系统时这些设备要安装在标准测试点上。他们需要复位就得从的测试点和电缆之间电容吸取能量。这些器件是包裹在半导体橡胶里的，则它们能防水，淹没在15英尺深的水中也能运行。即使电路仍在工作，使用一个标准立管棒它们便可以很容易地安装。有一种改进使它有一个可移动的保险且可以用在空间很小的地方，所以普通的指示器将不适合。

测试点展开指示器

他们可用于不同的目标定位系统。这些系统包括有目标单位和含有一个单位且含有目标的传感器，通过它们可以看到远端，即使是从拉满电缆的卡车上。远程的防止扰动的设备，目前只有一个细小的螺栓伸到外面机壳亦是可行的。这最后的选择需要一个便携式审核工具核对情形。后面有两个选择成本略高一点，但无需打开变压器的房间，提供了显著改善的通路，并减少时间和成本，以查看的形势。

远程指示装置测试点展开

作为架空系统，这些指示器配合限流熔断器速度上已经足够快了。事实上，它们有一个近似常数的时间-电流特性。所需要的时间与接触器有很大联系，实际上是独立的驱动电流。

架空系统以及地下单位在超过5千伏的线路中，复位至少需要3分钟。高电压使指示器复位更快。它们一旦复位，也对别的故障的发生做好跳闸的准备。他们必须完全复位，然后才能作出反应。

因为架空导线间距很大，由电缆之间产生的影响，对其工作影响不大。

对地下系统在负荷中心结点和30护垫间距，可少至3.25英寸（ 8.25厘米）。因为这种类型的标准单位无屏蔽磁轭，则临近的电缆可能导致跳闸或复位。他们使用在单相回路或径向活铨在是理想的。

如果它们使用的地方，电缆相互的距离很短，则须用一个特别设计以屏蔽相互间的扰动。这种装置使用一个分裂的磁轭以保证磁场与装置反应是从自己的电缆发出的。这些器件稍微复杂，因为具有屏蔽、高电压复位、在测试点安装单元的功能，所以它们的成本略高于标准器件。

这些器件非常适合用于自动闭锁继电器，以及限流熔断器和冲出式熔断器的保护系统。它们体积小，易于安装，并加上有效的故障识别手段。

当它们被用来对非闭锁故障状况时，他们将识别不出何处发生了短暂的故障。当防护装置回复了电压，则它们将复位。这意味着它们可以依靠确定哪些地方发生故障，使其闭琐。由以往的故障跳闸的没有手动复位的指示器，不会有错误的信息。

若把永磁体放置在指示器相反的一面，将导致它跳闸。除去永磁体会让它恢复到正常位置。在指示器安装之前，这是一个有效的检查手段。

3 .低电压复位指示器是设计用于地下系统的，但在测试点不使用。该设备采用了与高电压复位装置相同的机械装置跳闸。它被设计安装在同轴中性点下方，直接在终端的下方。

这是电磁跳闸。复位是通过变压器低压侧的电压。连接变压器的低压侧的是带有绝缘橡胶的，非金属的自燃电缆（火花塞导线）。这种类型的指示器复位与变压器的试送电的时间几乎一致。

低电压复位型

低电压复位指示器具有耐候性与防水性。它们不能用机械方式跳闸。因为跳闸的机械装置对电流峰值敏感，它将配合所有的防护装置，其中包括限流熔断器。该装置会在峰值电流衰减后瞬时复位，即使此时变压器仍在工作。这种类型的指示器以变压器低压侧的电压作为其复位的能量来源，它们复位时不会对相临的电缆产生影响。

指示器使用的是变压器低压部分的电压进行复位但通常识别不出电流流过那条电缆。如果发生故障，该变压器保险丝首先熔断，而后故障电流将使指示器跳闸。由于保险丝熔断则将不会有低压侧电压。该指示器将不能复位.这种情况下电缆仍旧是完整的，但指示器已经出现了故障。倘若使用这种类型的指示器，管理员必须为掌握这种情形进行培训。

4 .电流复位指示器是指示器类型当中较大的一个分支。它们提供了广泛的选择，其中包括10秒跳闸和10秒复位的种类，对10秒故障30秒跳闸的种类，一般复位都是在10秒或30秒。其中有整体目标与远程目标，对于远程目标需要问讯工具以检查其运行状况。

10秒和30秒电流复位指示器

这些器件的跳闸由电机驱动，并不仅仅依靠机械。跳闸电路是动作非常快，并与限流熔断器协调得很好。这些设备通常使用一个信号驱动电流互感器收集跳闸和复位信号。这个单一信号驱动系统对传感器进行保护，使其不受临近电缆的影响。同时在正常负荷的情况反作用线圈产生磁场造成了指示器复位。

因为在正常负荷的情况下（最低复位电流幅度都在3至5安培）指示器复位，它们是不会受冲击电流影响。由于冲击电流它们可能跳闸，但当电流下降到任何

负载电流高于最低复位电流时它们将很快复位。这些器件是全天候的并且防水。它们可用于屏蔽或非屏蔽指示器及同轴中性下的地下电缆。大部分的这类设备目前能通过使用活线工具与系统的电源安装在一起。

它们可以理想的应用在没有电压源的线路里提供故障指示，例如在分段间隔有600安培的终端。它们也可以安装在有无测试点的导入中断的结点上。

任何一个指示器都可以在各种各样直径的电缆上使用。举例来说，在一个设计中可以全部使用1.5英寸的直径的电缆。通常用一个弹簧平衡轴将指示器固定在电缆上。远程监视设备将准确性和方便性很好的结合到一起。

如果器件安装在"老鼠洞" ，在变压器的底座，交接点，转换器上，则不用打开房门就可以读到它们的信息。这使得查询非常方便快捷。如果是想要维持指示器现状的机密性，则便携式监控查询系统是最佳的解决方案。

远程目标远程查询点

评论

这些总结相当的广义。在一些细微的细节可能略有不同，这取决于特定的制造商着重强调于哪方面的特点。作为一项准则表，可以给用户提供指导，使用哪些特定的指示器，以提高对故障定位方法。

还有一个其它的事项应当指出。许多指示器配合限流熔断器时指示器已经足够快。这些器件对峰值电流很敏感。这就是，一旦电流达到装置的跳闸电流，它便会跳闸。即使是最快的限流熔断器动作速度都比不上这些设备。因此，可靠的配合是很容易实现。

限流熔断器制造商普遍公布曲线，其中详细峰值电流幅值-时间特性，故障时允许通过电流限流熔断器有个数量级。这样一个曲线表现在图表 1 。如果这让速电流高于指示器跳闸所需最小电流，该指示器将跳闸。这里提供了一个简单的配合方法。

图表1

使用概述及抽样分析

使用概述可由用户继续总结，并指导他了解他想要指示器在某一特定系统里做什么。他便可以利用这些上述的详细信息决定选择最适合其需要的那一类型指示器。样本介绍如下。它代表一种确定类型的方法.当然它并不意味包含了所有的类型。

抽样检查表

系统电压——15千伏

馈线负载电流——200安培。

保护手段——刺刀保险丝变压器，在分段点安装限流熔断器。

终止方法——对变压器的终端器上测试点的30个单位，没有任何试验点的10个单位。有测试指向的终端， 600安培短路开关对地下馈线。

系统设计——装有两个200安培保险丝闸刀的600安培主馈线，在环中心一个10常开点，六个带有一个30径向的30变压器。

特殊需求——交换机模块位于一个高人行桥和汽车交通十字路口的附近。

在发展综述之后，如下的分析很容易实现。

1.该交换机模块是一个高交通领域，不存在任何电压，电源源于每个馈线路的端子。在活栓侧的保险丝电流受限制。活栓肘部有测试点。建议：使用远程读取设备作为工具检测其情形。馈线和30活栓电路使用30复位装置。这3个10

活栓都应在每一个终端上使用一个10指示器。因为没有电压，则反馈支流将用到电流复位指示器。这些活栓可选用测试点安装设备或电流复位指示器。

10秒跳闸30秒复位指示器

2.每30个单位在30个活栓的地方应当使用30秒复位指示器。由于应用了测试点，无论是电流复位还是测试点展开都需要高电压复位单位。目标可以被设置变压器" 鼠洞 " ，让外部检测。

自从使用限流熔断器，因为手动指示器不会协调，所以他们不再被使用。

3.对10线活栓没有测试点。在二次侧有低电压。无论是电流复位或低电压复位单位，将予以适用。

这体现了一种方法，与其他的并存。

概要

本文旨在详述大部分的应用范围较广的故障指示器。了解了这些，用户可以更好地指定使用那些特定器件。理解后可以让使用者在收入、时间、和减少费用方面获得重大效益，这是故障指示器所能提供的。

由机械复位装置总结了应用的指示器种类的大部分，并描述特征，本文还提供了一个单一章节，帮助选择和应用故障指示器。