小身材大用途!浅谈物联网时代的电力线故障指示器

先说说中国电力工业这些年发展的成就。中国电网规模在2009年就超过美国，跃居世界第一；发电装机容量与发电量在2011年也超过了美国，成为世界第一。中国35千伏及以上输电线路长度在2017年时就已经达到182.6万千米，变电设备容量66.3亿千伏安，是1978年的7.9倍、52.6倍，中国电网已成为世界最大的交直流混合电网。

在取得如此巨大成就的同时，2017年，全国用户供电可靠率达到99.814%，平均停电时间16.27小时，较1985年降低超过100小时，电力供应更加安全稳定可靠。这其中，电力线故障指示器在电力设备中可算是个小身材、毫不起眼，却发挥了很大的作用。进入物联网时代，电力线故障指示器大大加强了通讯功能、联网功能，更加智能化。

举个例子，电力线路中采用地下电缆可以避免灾害性天气对线路造成破坏，但是深埋于地下的电缆一旦被施工等外力破坏或者因老化等原因出现故障，线路运维人员很难发现故障点。广东省惠州市惠城区供电局在惠城中心区安装了200组新型的带通讯功能的电力线故障指示器以后，当电力线路发生短路、接地故障时，电力线故障指示器10秒内就可以把故障报警短信发到线路运维人员的手机上，可以帮助线路运维人员迅速发现线路故障点，大大提高工作效率。

在过去的时代，电力线路一旦发生故障，线路运维人员要耗费大量的人力和时间进行全线排查巡视去寻找故障点，结果给故障区域内居民和商业用电造成很大影响。现在进入物联网时代，再也不用像过去那样费时费力，线路运维人员有了电力线故障指示器的帮助，直接赶往故障地点隔离故障，有效控制故障影响的停电范围，大大减少了用户停电时间。

什么是电力线故障指示器

图示是不同种类的电力线故障指示器，这些指示器安装在电力线路上，按卡线结构分类有架空型、电缆型、面板型等故障指示器，通过传感器探测线路通过的电流，可以监测短路、接地等故障，当发生故障情况时，白天会翻牌显示红色，夜间LED闪光显示。电力线故障指示器的主要性能参数包括电压等级、负荷电流、导线截面、动作次数、重量、抗风能力、电池寿命等，还要求耐高低温、抗腐蚀，并且信号不受线路、励磁涌流、高次谐波、电流波动以及电缆分布电容旁路的影响。

不同的电力线故障指示器也有不同的固定方式，比如架空型电力线故障指示器也分拉杆式和弹簧式，如下图所示，都可以带电安装，卸落也非常方便。  

电力线故障指示器都可以自动复位、全户外免维护，方便批量安装。各种电力线故障指示器通常应用在变电站出线、高压用户入口、长线路分段、电缆分支箱的进出线等处。与其它电力设备比如电力变压器的庞大体积比起来，电力线故障指示器实在是个小个子。

电力线故障指示器的原理

电力线故障指示器是这样检测接地故障和短路故障的：

目前使用非常广泛的接地故障检测是采用首半波检测原理，发生接地故障时，接地相的电压会降低，采样接地瞬间的电容电流突变并且超过一定数值，采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压首半波相位同相，就判定是接地故障。

发生短路故障时，线路的短路瞬间电流正突变并且保护动作停电，就判定是短路故障。

电力线故障指示器的工作

有了故障指示器以后，如何查找故障点呢？如下图所示：电力线路发生短路或接地故障以后，从变电站到故障点的这条线路上所有的故障指示器都会动作，白天给出红色翻牌显示、晚上闪光指示，而故障点之后的故障指示器不会动作，这样，就可以发现故障发生的区间，找到故障分支，确认故障点。

电力线故障指示器的作用

如果下一级配电网络发生了短路和接地故障，上一级的供电系统必须要在规定的时间里进行分断，以防止发生重大事故。通过电力线故障指示器的报警信号，就可以迅速找到发生故障的区段，从而及时恢复无故障区段的供电，既节约了工作时间，又减少了停电时间和停电范围，还可以提高配电网运行水平和事故处理效率。

在偏僻的山区，供电半径长、支线多，供电所人员少，一旦出现故障停电，如果不能快速查找故障，就会导致停电时间延长，也会导致事故进一步扩大。

电力线故障指示器的使用可以极大地减轻运维人员的劳动强度，缩短故障处置的时间，提高供电可靠性。带无线通信功能的电力线故障指示器可以及时通知线路运维人员迅速赶赴现场进行处理，有效缩短线路故障恢复时间，提升配电网运维水平。

物联网时代的新型电力线故障指示器

现在的智能型带无线通信功能的故障指示器，在线路发生故障时，除了翻牌及闪光显示，同时将信号通过无线发射单元，短距离发送给汇集单元。汇集单元的通讯终端通常安装在架空线路杆塔上，将RF信号接收后，将故障信号通过2G/3G/4G模块再传送出去，现在也有很多开始采用LoRa和NB-IoT模块通讯的。

暂态录波型电力线故障指示器还可以对线路电流进行精确测量和高速录波，把各监测点的录波数据传送到汇集站去处理，不仅可以用于精准检测线路故障类型、快速定位故障区段，缩短线路故障的响应和处理时间，提高供电可靠性，还可以提前预警线路异常状态、帮助准确定位接地故障、回溯反演故障过程。

电网线路跨越大江大河，深入山区腹地，越是这些偏远地区，越能体现电力线故障指示器的作用，也使得电力线故障指示器的通讯传输需要物联网的新技术。

电力线故障指示器不是频繁工作，采集装置的数据传输距离要求也比较远，所以LoRa和NB-IoT都比其它通信方式更适合，NB-IoT在中国未来发展前景更好，虽然NB-IoT模块成本偏高，未来大规模应用后成本应该可以大幅降低。对于偏远地区等4G信号覆盖不好的地方，LoRa的信号会比NB-IoT稳定，都是低功耗，LoRa比NB-IoT相对略省电一些。NB-IoT在城市里穿透性更好。

结语

随着中国智能电网的投资发展，电力系统越来越需要电力线故障指示器这个小个子发挥作用，成为电力线监测的侦察兵，而电力线故障指示器众多的安装数量、广泛布置在不同地形、地域，就需要物联网技术来把这些“眼睛”和智能配电网线路监测系统这个“大脑”连接起来，未来的发展前景十分看好。