久居大都市的你，還記得上一次停電是什么時候嗎？想想，很久沒碰到飯煮到一半、游戲正殺著BOSS、球賽到了點球大戰(zhàn)時停電了。但是春節(jié)回老家（農村鄉(xiāng)鎮(zhèn)）時，1天以上的長時間突發(fā)停電卻依然不是啥稀奇事。生產用電必須自備應急發(fā)電設備，否則損失自負；生活用電都是“小事”，自嘲一通了事。地方供電局也很無奈：大過年的，誰也不想??！但據(jù)說他們也已經(jīng)很努力了，一聽說停電就派出人員去巡線、查找故障了，無奈人少、線路長、不知哪里出故障，耗時是必然的！

其實，隨著中國智能電網(wǎng)工程的推進，越來越多如故障指示器等節(jié)點監(jiān)控系統(tǒng)被應用到輸配電網(wǎng)絡中，大大提高了線路運維人員的工作效率，長時間突發(fā)停電越來越少見了。然而，受限于現(xiàn)有故障指示器高昂的累計采購成本和大量的經(jīng)常性維護工作，中國的電力公司往往無法在龐大的電力基礎設施中部署更多故障指示器，因此仍有不少地方只能采用人工巡線的落后方式。據(jù)麥姆斯咨詢報道，為了應對此挑戰(zhàn)，高性能模擬芯片廠商ADI公司針對故障指示器開發(fā)了一種新型線路傳感器架構，可實現(xiàn)智能能量采集/管理和超低功耗，是一種易于實施、少維護或免維護型低成本解決方案（圖1）。

圖1 采集電能的故障指示器設計

故障指示器要點：精準感知、迅速定位

線路故障指示器是應用在輸配電線路、電力電纜及開關柜進出線上，用于指示故障電流流通的裝置。傳統(tǒng)作業(yè)模式下，線路發(fā)生短路、接地、過載等故障時，線路運維人員需對整條線路進行巡視，查找故障點，耗費大量時間。新型輸配電網(wǎng)絡中，故障指示器可根據(jù)線路電流突變和電容電流變化，快速、精確地查找出故障所在區(qū)段，并通過通訊終端將相關數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控分析中心。運維人員可根據(jù)故障信號迅速定位故障區(qū)段、隔離故障點、及時恢復無故障區(qū)域的供電，縮短大量的故障巡視時間，節(jié)約人力物力，減少停電時間和停電范圍，提高供電可靠性。

圖2 用于輸配電網(wǎng)絡節(jié)點監(jiān)控的故障指示器

一般，故障指示器由傳感器和顯示器兩部分組成，傳感器負責探測、感知通過電纜的電流，顯示器部分集成控制器，會對傳感器傳來的電流信息進行判斷，并做出故障指示動作。當發(fā)生故障時，由于從故障點到饋電點的線路都出現(xiàn)了故障電流，引致從故障點到饋電點之間線路上所有的故障指示燈閃亮。從饋電點開始，沿著故障指示燈閃亮的線路一直查找，最后一個閃亮點就是故障點。

圖3 在配電網(wǎng)自動化應用中的故障指示器及電路實物圖（能量采集芯片為ADP5091/ ADP5092）

在地下線纜型故障指示器應用中，故障指示器位于每條主電纜的電纜端接處。故障上游的指示器會跳閘，而故障下游的指示器會保持非跳閘位置。這樣，運維人員無需經(jīng)過耗時的故障隔離過程，便可輕松找出電纜或設備的故障部分。該地下線纜型故障指示器應用包括變壓器、開關設備、機柜、接線盒、拼接等。

在架空型故障指示器應用中，故障指示器上顯眼的顯示屏可將線路運維人員指引到問題所在部分。該架空型故障指示器應用包括無保險絲抽頭、帶中線重合器的長饋線、分區(qū)開關設備、換接裝置、饋線等。

領先技術加持：更低功耗、更少維護

基于ADI公司新型線路傳感器架構實現(xiàn)的智能能量采集和低功耗故障指示器，具有高集成度和出色的系統(tǒng)性能，通過高精度轉換器和放大器實現(xiàn)精密信號測量，在能量采集和電源管理方面采用了業(yè)界領先的技術，且業(yè)界領先的超低功耗性能使得整個系統(tǒng)信號鏈范圍功耗達到歷史新低。

其實，采集電能的故障指示器基本功能看起來簡單，但設計相當復雜，尤其是電源架構。其中不僅存在三個獨立電源（電力線路傳感器、充電電池和超級電容），而且必須有一個控制算法，用來平衡變化的供電條件和變化的負載條件——所有這些設計的目的是保證故障指示器始終聯(lián)網(wǎng)工作。關鍵創(chuàng)新是一種新型多電源路徑設計技術，它支持系統(tǒng)更快啟動、功耗更低和運行更平穩(wěn)。通過采用更好的電源管理，電池更換的頻率會降低，線路工作人員執(zhí)行系統(tǒng)檢查的次數(shù)會減少，因而故障指示器所需的維護會減少。

新型故障指示器設計還能利用更復雜的數(shù)據(jù)收集技術和更魯棒的無線通信來提升性能。通過高速精密轉換器以遠高于電力線路頻率的數(shù)據(jù)速率收集電力線路信息，它們能捕獲更高精度的數(shù)據(jù)。集成短波無線電和GSM協(xié)議等無線通信，也能擴大這些設備的覆蓋范圍。故障指示器可以傳輸數(shù)據(jù)和報告其狀態(tài)，這樣線路工作人員搜索故障所花的時間會減少，因而有更多時間來排除故障。

圖4 將地下故障指示器狀態(tài)報告給地上人員

大數(shù)據(jù)分析助力提效降本

隨著大帶寬、低時延、高可靠的5G技術逐漸成熟，電力公司也在推動其在線路巡檢、配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)采集、準負荷控制、配電自動化等應用上的落地。在這種背景下，采用先進線路傳感器技術的故障指示器為電力公司轉變運營方式提供了機會。在精度更高、聯(lián)網(wǎng)能力更好、維護成本更低的節(jié)點處收集數(shù)據(jù)，電力公司便可更快速且更有把握地識別并響應停電事故。不僅如此，還有更多的可能性值得考慮。例如，一整片區(qū)域內的所有故障指示器都能提供歷史數(shù)據(jù)和警報，這使得電力公司可以應用機器學習算法和大數(shù)據(jù)分析來提高線路工作人員的作業(yè)效率，降低運營支出，實現(xiàn)更好的業(yè)務績效。