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一、背景及其意义
我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统，即小接地电流系统,它包括中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统，中性点经电阻接地系统。近年来，随着自动跟踪消弧电抗器的广泛使用，为解决系统于故障瞬间出现的谐振问题，开始采用消弧线圈与非线性电阻串(或并)联以及与避雷器并联的运行方式。NUGS发生单相接地故障的几率最高，这时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行1～2 h。但随着馈线的增多，电容电流也在增大，长时间运行就易使故障扩大成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路予以切除。
而故障指示器就是这么一种安装在架空线路上、电力电缆及开关柜母线排上，用于指示故障电流通路的装置。线路发生故障后，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障区段，并找出故障点，具有识别短路和接地故障的功能。对永久性故障恢复供电后及时复位；对瞬时性故障按用户约定的时间延时复位，给寻找故障隐患留下足够的显示时间，杜绝励磁涌流引起的误动现象，避免盲目巡线，减少停电时间，提高了输电线路故障点的查找速度，减轻了输电运行维护人员事故处理的工作强度，提高供电可靠性。
二、国内外研究现状
在原苏联,NUGS得到了广泛应用,其保护原理从过流、无功方向,发展到了群体比幅；日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用NUS或NRS,所以选线原理简单,采用基波无功方向方法。德国多使用NES,并于30年代就提出了反映接地故障开始时暂态过程的单相接地保护原理。法国在使用NRS几十年后,现在正以NES取代NRS,同时开发出了高新技术产品,零序导纳接地保护。
1、常用选线方法
在我国,从1958年起就一直对此问题进行研究,提出了多种选线方法,并开发出了相应的装置。已经提出的选线方法均以零序电压来启动保护或选线装置,因此可根据是否利用故障电流把它们分成两类,第一类:如比幅法、比相法、群体比幅比相法、首半波法、谐波电流方向法、五次谐波分量法、有功分量法、能量法、还有近年出现的应用小波分析、最大Δ(Isinφ)原理、模糊推理或模式识别来实现故障选线的多种方法;第二类:如拉线法、注入信号跟踪法。随着选线理论的发展,各种选线装置也相继问世,50年代末我国就利用接地故障暂态过程研制成功了选线装置,80年代中期我国又研制成功了微机接地选线装置,最近又增添了残流增量法微机接地选线装置,到目前为止,基于上述不同选线理论已经先后推出了几代产品。但在实际应用中的效果并不十分理想,所以此问题还有必要进一步研究。
2、应用现状
（1）国内的故障指示器主要使用的为无信号源线路故障指示器，由于受到电流互感器精度，消弧线圈对容性电流的补偿，电网运行方式等固有因素的限制，及各种电磁干扰的影响，使得基于电流突变法的故障指示器运行可靠性较差，动作准确率仅为30%～40%。
（2）在实践中，有在架空线路上应用零序电流检测法的实例。但是由于架空线路的三相距离较远，零序电流的采集是通过各相故障指示器间的无线通讯进行采集合成的，因此需要为无线通讯收发设备增加额外的供电方式，同时也增加了装置的复杂性。
（3）有信号源线路故障指示器的准确率更高，能达到94%，但由于我国的10KV系统多采用三角形接线方式，需要直接将信号源接到母线上，用户从电网安全方面考虑，比较质疑这种做法，并有一定的风险，目前国内只有科锐在做有源故障指示器。
三、新型指示器的技术要点
本产品为检测短路故障及接地故障二合一的故障指示器。其中的短路故障判据为：当线路上的电流从运行电流突然增大到故障电流，即发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值，然后，在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流；接地故障判据则采用零序电流检测法辅以零序电压电流相位比较法。
本产品所采用的方案除了通过电场感应器及磁场感应器来感应零序电流电压外，还在原有零序电流大小和相位判据的基础上，增设了零序电流电压相位比较。
1、零序故障量的采集
经分析发现，平行于地面的架空线路发生单相接地故障时，在线路下方与三相导线垂直的平面内，垂直地面方向电场能够反映零序电压信息，水平方向磁场能够反映零序电流信息。
2、电源部分—CT取能
CT取能是一种在电力工业领域广泛应用的传统取能方式，以其技术成熟，可靠性高，成本低廉等优点成为高压平台数据采集部分主要的能源供给方式。
除此之外，由于CT取能的技术指标一般为：线路电流超过70A（额定电流为1.25KA）时，或低于20倍额定电流时，电源能够正常工作。因此为了应对轻载情况，装置还配备有充电电池，以保证装置的持续供电。
3、单片机
本方案选用了TI公司生产的430单片机系列的MSP430F5310，是最新基于闪存的微处理器系列，不但具有业界最低的功耗，而且还可实现高达25MIPS的性能。该产品系列可提供1.8V至3.6V的宽泛工作电压。其特性包括可用于优化功耗的创新电源管理模块，内部控制稳压器，以及各种高达256kB的存储器选项。此外，该系列还能实现更高的外设性能，集成度以及易用性等优异特性。
4、指示部分
4.1 翻牌显示
除杆塔上配置的数据采集处理单元外，架空线的三相还分别配有简单的翻牌器，当接收到主单元发送的该相故障信号时，翻牌器翻转，显示红色，否则为白色，颜色区分醒目。
4.2 无线通讯
目前市场多数故障指示器没有自动定位功能，配电线路出现故障时，需要人工沿线查找，尤其是在山区等路况复杂的地方，增加了故障查找的时间和难度。
因此，本方案中，为指示器内部配备了无线射频收发模块，通过现今应用成熟的无线通讯网络，向附近的信息处理单元（IPU）传送指示器翻牌信息，再由其通过专线传送给控制中心，使主站人员能够快速的定位故障区段。
此外，数据采集处理主单元与各相翻牌器通讯也是通过无线通讯网络实现。
五、结论
本产品可以改善现有故障指示器准确率低的现状，将新的接地故障判别理论应用到实际当中。其有效的解决了以下一系列问题：躲过大负荷投切的影响；躲过瞬时性接地故障；躲过电磁干扰对信号的影响；综合考虑灵敏度及可靠性，防止拒动；试图寻找更安全可靠的信号源方案。
我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统，即小接地电流系统,它包括中性点不接地系统，中性点经消弧线圈接地系统，中性点经电阻接地系统。近年来，随着自动跟踪消弧电抗器的广泛使用，为解决系统于故障瞬间出现的谐振问题，开始采用消弧线圈与非线性电阻串(或并)联以及与避雷器并联的运行方式。NUGS发生单相接地故障的几率最高，这时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行1～2 h。但随着馈线的增多，电容电流也在增大，长时间运行就易使故障扩大成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路予以切除。
而故障指示器就是这么一种安装在架空线路上、电力电缆及开关柜母线排上，用于指示故障电流通路的装置。线路发生故障后，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障区段，并找出故障点，具有识别短路和接地故障的功能。对永久性故障恢复供电后及时复位；对瞬时性故障按用户约定的时间延时复位，给寻找故障隐患留下足够的显示时间，杜绝励磁涌流引起的误动现象，避免盲目巡线，减少停电时间，提高了输电线路故障点的查找速度，减轻了输电运行维护人员事故处理的工作强度，提高供电可靠性。
二、国内外研究现状
在原苏联,NUGS得到了广泛应用,其保护原理从过流、无功方向,发展到了群体比幅；日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用NUS或NRS,所以选线原理简单,采用基波无功方向方法。德国多使用NES,并于30年代就提出了反映接地故障开始时暂态过程的单相接地保护原理。法国在使用NRS几十年后,现在正以NES取代NRS,同时开发出了高新技术产品,零序导纳接地保护。
1、常用选线方法
在我国,从1958年起就一直对此问题进行研究,提出了多种选线方法,并开发出了相应的装置。已经提出的选线方法均以零序电压来启动保护或选线装置,因此可根据是否利用故障电流把它们分成两类,第一类:如比幅法、比相法、群体比幅比相法、首半波法、谐波电流方向法、五次谐波分量法、有功分量法、能量法、还有近年出现的应用小波分析、最大Δ(Isinφ)原理、模糊推理或模式识别来实现故障选线的多种方法;第二类:如拉线法、注入信号跟踪法。随着选线理论的发展,各种选线装置也相继问世,50年代末我国就利用接地故障暂态过程研制成功了选线装置,80年代中期我国又研制成功了微机接地选线装置,最近又增添了残流增量法微机接地选线装置,到目前为止,基于上述不同选线理论已经先后推出了几代产品。但在实际应用中的效果并不十分理想,所以此问题还有必要进一步研究。
2、应用现状
（1）国内的故障指示器主要使用的为无信号源线路故障指示器，由于受到电流互感器精度，消弧线圈对容性电流的补偿，电网运行方式等固有因素的限制，及各种电磁干扰的影响，使得基于电流突变法的故障指示器运行可靠性较差，动作准确率仅为30%～40%。
（2）在实践中，有在架空线路上应用零序电流检测法的实例。但是由于架空线路的三相距离较远，零序电流的采集是通过各相故障指示器间的无线通讯进行采集合成的，因此需要为无线通讯收发设备增加额外的供电方式，同时也增加了装置的复杂性。
（3）有信号源线路故障指示器的准确率更高，能达到94%，但由于我国的10KV系统多采用三角形接线方式，需要直接将信号源接到母线上，用户从电网安全方面考虑，比较质疑这种做法，并有一定的风险，目前国内只有科锐在做有源故障指示器。
三、新型指示器的技术要点
本产品为检测短路故障及接地故障二合一的故障指示器。其中的短路故障判据为：当线路上的电流从运行电流突然增大到故障电流，即发生一个正的突变，且其变化量大于一个设定值，然后，在一个很短的时间内电流和电压又下降为零，则判定这个线路电流为故障电流；接地故障判据则采用零序电流检测法辅以零序电压电流相位比较法。
本产品所采用的方案除了通过电场感应器及磁场感应器来感应零序电流电压外，还在原有零序电流大小和相位判据的基础上，增设了零序电流电压相位比较。
1、零序故障量的采集
经分析发现，平行于地面的架空线路发生单相接地故障时，在线路下方与三相导线垂直的平面内，垂直地面方向电场能够反映零序电压信息，水平方向磁场能够反映零序电流信息。
2、电源部分—CT取能
CT取能是一种在电力工业领域广泛应用的传统取能方式，以其技术成熟，可靠性高，成本低廉等优点成为高压平台数据采集部分主要的能源供给方式。
除此之外，由于CT取能的技术指标一般为：线路电流超过70A（额定电流为1.25KA）时，或低于20倍额定电流时，电源能够正常工作。因此为了应对轻载情况，装置还配备有充电电池，以保证装置的持续供电。
3、单片机
本方案选用了TI公司生产的430单片机系列的MSP430F5310，是最新基于闪存的微处理器系列，不但具有业界最低的功耗，而且还可实现高达25MIPS的性能。该产品系列可提供1.8V至3.6V的宽泛工作电压。其特性包括可用于优化功耗的创新电源管理模块，内部控制稳压器，以及各种高达256kB的存储器选项。此外，该系列还能实现更高的外设性能，集成度以及易用性等优异特性。
4、指示部分
4.1 翻牌显示
除杆塔上配置的数据采集处理单元外，架空线的三相还分别配有简单的翻牌器，当接收到主单元发送的该相故障信号时，翻牌器翻转，显示红色，否则为白色，颜色区分醒目。
4.2 无线通讯
目前市场多数故障指示器没有自动定位功能，配电线路出现故障时，需要人工沿线查找，尤其是在山区等路况复杂的地方，增加了故障查找的时间和难度。
因此，本方案中，为指示器内部配备了无线射频收发模块，通过现今应用成熟的无线通讯网络，向附近的信息处理单元（IPU）传送指示器翻牌信息，再由其通过专线传送给控制中心，使主站人员能够快速的定位故障区段。
此外，数据采集处理主单元与各相翻牌器通讯也是通过无线通讯网络实现。
五、结论
本产品可以改善现有故障指示器准确率低的现状，将新的接地故障判别理论应用到实际当中。其有效的解决了以下一系列问题：躲过大负荷投切的影响；躲过瞬时性接地故障；躲过电磁干扰对信号的影响；综合考虑灵敏度及可靠性，防止拒动；试图寻找更安全可靠的信号源方案。