线路故障指示器和系统的可靠性

1、线路故障指示器和系统的可靠性David J.Krajnak,P.E.Non -MemberSenior Product Specialist, System ReliabilityCooper Power SystemsPewaukee, WI摘要:线路故障指示器（FCIs是很有用的工 具对提高系统的可靠性。虽然单独一个FCIs 也许无法防止供应中断或与系统的可靠性 相关的其他问题，FCI应用可以帮助识别配 电系统的故障区域，同时减少值班人员查找 定位故障电缆的时间，从而减少停机时间。为 跟踪减少停机时间，FCIs的应用可以联系到 像系统平均中断时间指数（SAIDI）和用户平 均中断时间指数（

2、CAIDI）的停机统计。通过 使用FCIs能够花更少的时间识别并找出故 障电缆，提高值班人员的生产效率，使有更 多的时间花在生产系统的操作、改进上。除 了真正地为公用设施节约成本和提高效率， 减少停机时间，使用FCI还可以帮助提高客 户满意度。对于那些可能由于供电中断导致 重大生产事故的工商业用户来说，减少停机 时间可以帮助他们降低因供电中断而造成 的生产成本。随着在设计速度方面的创新产 生更多基于绩效被保人，FCIs通过保持在可 接受范围内的服务质量可以帮助公用单位 避免为事故买单。随着近年来的技术进步， 故障指示器变得更加可靠，其新颖独特的功 能保证了线路故障指示器在提高系统可靠 性上的有

3、效应用。关键词一线路故障指示器，配电系统可 靠性，减少持续停机时间，SAIDI，CAIDI， 可靠性成本敏益分析1引言线路故障指示器（FCIs可以作为很有用 的工具对提高系统的可靠性。通过允许操作 人员在两个交换点之间迅速查明故障的位 置，FCIs可以减少工作人员在电缆和架空线 路定位故障的时间，让操作人员隔离故障部 分，并开始进行必要的维修。线路故障指示 器的优势不难实现：通过减少查找故障时间 来减少总的停机时间。虽然公用事业可能无 法都避免每个由电缆或架空线路故障引起 的永久性故障，但是FCIs可以帮助减少发 生故障时的停机时间，让用户更加满意！通过减少电缆故障造成的永久性停机 时间，公用

4、事业可以提高作业人员的生产 率，并节省营运成本。从用户的角度，减少 停机时间意味着减少不便，同时对于工商业 用户来说，生产力损失是可以避免的。故障 指示器的应用使用户和公用事业的利益能 以节约的成本和减少的停机时间的形式量 化。FCIs可以用作段电响应装置，也可以用 来帮助识别电力配电系统故障区域，这时线 路故障指示器的效益就很容易显示出来。公 用事业单位可以应用故障指示器在用户投 诉出现短时断电或者收到警报灯的地方。发 生短时故障或者其他系统事件引起自动重 合闸动作或者电压骤降的位置到时也可以 确定。公用事业便可以应用确定故障点的方 法防止同类型的事件发生。减少停机时间或 者基本上防止短暂断

5、电，都能够使工商业用 户节省数千美元。2系统可靠性指标像SAIDI和CAIDI那样，故障指示器 使用优势的测试和测量值使用可靠性的分 析有助于量化电缆故障指示器的优势。越来 越多的公用事业为提高系统可靠性而实行 进程跟踪测量，无论是为自己使用或是作为 监管机构的授权，通过使用故障指示器而产 生的停电时间减少，会因此改善衡量停电持 续时间的指标。此外，对于使用故障指示器的好处，其 背后的原因不难看出来。巡查时间减少导致 停电时间减少，这可以通过检查系统平均停 电时间指数（SAIDI），为每一个客户提供 每年平均停电时间定量测量，或客户平均停电时间指数（CAIDI ）的测量，为在一年期 间中断的客

6、户提供平均停电时间测量来进 行量化。这些测量可以分析之前和之后的故 障指示器在配电网络中的应用。SAIDI和 CIAIDI指标改善后，相应地停电时间也减 少如SAIFI和MAIFI，可靠性测试，显示 的是断续频率而不是停电时间，通过故障指 示器的使用可能会被间接地改善FCIs是一 种查找故障线路的工具，通过使用FCIs可 以优先做到防止断电，以此来改善这些指 标。因此，尽管线路故障指示器的使用可能 会被认为是一种工具用来防止断电，但是线 路故障指示器是一种协助电力设备提高反 应断电故障的主要的工具。3案例分析为了进一步量化指标的故障使用的好 处，并确定故障指示器怎样提高系统可靠性 参数，其中使

7、用 Cooper Power Systems Distre型软件来检测一个研究案例。一个 由简化的实用反馈线组成的基本案例使用 下列关于系统可靠性和实用响应中断的数 据来建模：电路故障0.261每年每英里电路的总长度141.7公里25%的永久性故障平均修复时间=3小时除了在反馈线上的一点的单重合闸和 二次线路上的熔丝开关外，没有其他系统保 护装置存在。若主反馈线上发生故障时变电 站断路器可以提供保护。因此，反馈线上任 何一点的故障条件都可能会影响到所有用 户使用的支线。将故障指示器放置在软件模型系统的 六个地点，在这些点上支线分为两支（见图 1）。然后检查这两种操作方案。第一种方 案假设系统在

8、变电所开始查找。在支路分岔 点的故障指示器指示故障电流朝哪个方向 走，哪条支路的系统查找就应该继续。图1线路故障指示器的理论布点第二种情况假设作业人员可以得到一 些有关的故障定位的信息，这些信息是从收 到用户断电投诉中得到的。因此，从断电报 道点开始查找会进一步减少查找里程。对于两种实施方案，从故障指示器翻牌 反映的信息减少了定位电缆故障区域的查 找总支路长度。该分析表明，对于方案1, 支路故障定位巡逻总里程，查找时间，相对 于基本情况减少了 46%。对于方案二，巡逻 里程减少了 80%由于巡逻时间是总停机时间的一部分， 所以巡逻时间的减少将导致停电时间减少。 假设一小时的停机时间，在应用故障

9、指示器 之前是用于故障定位，而仿真结果表明方案 1减少15%的停机时间，方案2减少26%停 机时间。这些结果推断到系统广泛使用的故 障指示器，以及全年停电类似，停电持续时 间在每次停电的平均减少可能使系统可靠 性的停电时间指数类似比例地减少（见表 1）。从本示例的结果看出，仅作为提高系 统的可靠性的一步，简化实用馈线模型的故 障指示器应用，或许不能使用电单位达到表1基本案例系统和故障指示器使用的可 靠性指数比较MeasureBaseCaseScenario 1Scenario 2Utility GoalSAIDI3.6873.1222.7041.0 to15% reduction26% red

10、uctionL5CAIDI2.9952.5362.197L0 to15% reduction20% reduction15SAIDI和CAIDI指数的目标。但是，仿真结 果表明，在巡逻时间和停电持续时间的大大 减少，可以实现使用故障指示器的目的。根据系统类型，操作方式和巡逻时的实 际地形，巡逻时间的实际减少可能会介于两 个提出的方案之间。但在整个配电系统应用 故障指示器将会对系统的可靠性指标产生 重大影响。此外，系统模型是一个架空配电 系统，其中对电缆和设备损坏的迹象，或者 保险开关动作，展现得更为明显。当应用到 地下系统，其中地下系统的故障较难查找， 并且巡逻和恢复时间都大大延长，故障指示

11、器的使用可以有更大效果，总停电时间减少 高达60%34故障线路指示器的经济性对于系统可靠性的经济性，通过故障指 示器的使用减少了停电时间，可真正地为用 电单位和用户节约成本。停电时间的减少意 味着为工伤用户节省了几千美元，其中主要 通过避免停电造成的生产损失。表2工商业用户平均停电费用1Outage DurationCost4 Hours with No Notice$74,835l Hour with No Notice$39,45910*20% Voltage Sag$7,6942 Second Momentary OutageJI,027从实用角度来看，如果作业人员花更少 的时间巡逻断电

12、故障，则可以有更多的时间 在实际修理或生产经营和配电系统的完善， 用电单位可以提高生产效率，降低成本。例 如，使用由个案研究提出的额外数据，运用 案例研究结果，并假定每小时花费250美元 船员和卡车成本： TOC o 1-5 h z （0.261故障俚路英里/年）（141.7公里线路 长度）=37中断每年（1）（3小时修复时间）（0.26减少停机时间） =0.78小时节省每停运（2）（0.78小时保存）（37停机/年）=28.86小时 保存/年（3）（28.86每小时保存）（$250 /线路船员成 本）=7215美元每年可节省（4）在实用工具的具体成本，作业流程，以 及关于断电的具体情况的变化

13、，意味着实际 成本储蓄也将有所不同，但是，这个例子表 明，节省是可以量化的。从生产力的角度检 查，而不是节省成本，这意味着近29小时 在线工作人员每年可用于生产系统运行和 改进，而不是查找故障。故障指示器使用的其他益处呵呵停电 持续时间的减少可能更难以量化，但仍可予 以考虑。努力提高配电系统的可靠性可以帮 助用电单位维持甚至提高客户满意度，提高 客户信心和用电单位的公众形象。而且，随 着越来越多的单位面临解除管制，并开始争 夺客户，系统的可靠性将可能发挥作用在保 留老客户和吸引新客户。故障指示器可能是 改善断电响应和系统可靠性总体规划的重 要组成部分。如 SAIFI, SAIDI, CAIDI

14、 和 MAIFI 可 靠性和测量，在实用性能控制指数和基于性 能的费率制定的使用中变得越来越流行。改 善系统的可靠性，如故障指示器的应用，使 这些可靠性措施得到改善，可以帮助公用事 业单位维持服务质量，避免对性能基率缴纳 罚款，或在服务质量指标削减向监管机构申 请。从经营的角度来看，故障指示器的使用 可减少系统的损耗，并可能有助于避免由 试错故障查找的系统反复压力造成的潜 在故障。如果没有故障指示器的使用，经营 者无法隔离电缆正常区域。截止到故障状态 保护装置会对电缆和其他设备造成额外的 压力。与用故障指示器查找故障，这种故障 需要更多的时间查找，并会造成相应的安全 问题。故障指示器可以第一时

15、间将工作人员 引向正确的故障位置。维修和电源就可以开 始恢复得更快。5故障指示器的可靠性在过去，事业单位应用故障指示器观察过 许多问题，但是对它们的性能并不满意，通 过故障指示器设计先进技术的使用，这已经 被克服了。大多数故障指示器制造商都用 故障指示器测试向导HANSVIEEE495 -1986 测试自己的产品，以确保得到运行可靠和持 久的产品。在今天的电子故障指示器产品， 那些由于邻近电路的情况，自动合闸操作所 引起的浪涌电流，或其他系统瞬变引起的误 动作，可以很容易地消除。例如，在故障指示器中，使用电流互感7参考文献SullivanM., T. Vardelland M. Johnson

16、, -Power InterruptionCosts to Industriahnd Commercial Consumers of ElectricitylEEE Transactionon Industry Applications, vol. 33, Nov./Dec. 97.Bishop, Martin T. and Chris A. McCarthy, -DistributSystem Reliability, Pennsylvania Electric Association, DistributionCommittee, Matamoras, PA, April 6, 1999.

17、Iverson, Jon S. and Nangyalai Gul, -ReducingJRD Outage Time Using FaultedCircut Indicators,|IEEEPES T&D Conference, April 1994.8感谢Chris A. McCarthy, Systems Engineering Group, Cooper Power Systems, contributed to this paper through the development of the case study and the analysisusing the Cooper D

18、istrely software.9个人简介David J. Krajnak is a Senior Product Specialist in the DistributionReliability group at Cooper Power Systems,Pewaukee, WI. He receivedhis Bachelor of Science degree in ElectricaElngineeringfrom the Universityof WisconsinPlatteviihe1991 and a Masters of Business Administration f

19、romthe University ofWisconsinWhitewater in 1999. Before joiningCooper, he spent severalyears at Wisconsin Electric Power Company, working in the distributiengineeringmd business development groups.器来检测故障电流，几乎消除了电缆附近安 装的指示器因虚假跳闸上可能会出现故障。 感应电流互感器的设计也允许添加低通滤 波器到故障指示器，消除电缆上浪涌电流的 假脱扣现象，即在电缆储存的电能释放到故 障位置。随着故障产生的电缆涌出电流能引 起故障位置外的故障指示器动作。低通滤波 器消除了这个问题，防止故障指