GB／T 41135.1-2021  故障路径指示用电流和电压传感器或探测器 第1部分：通用原理和要求

智能电于设备intelligentelectronicdevice；IED 包含一个或多个处理器，可接收来自外部源的数据，或向外部发送数据，或进行控制的装 电子多功能仪表、数字保护和控制器等）。 注：IED的定义也包含一些例如远端终端单元的设备，通常称为RTU。 「来源.DL/Z860.2—2006.2.59

调理和指示单元conditioning，processingandindicatingunit；CPIU 在FPI/DSU中，负责将电压和/或传感器信号转换成故障指示信息的部分，无论传感器信号是否 经过数字化处理。

没有自身一次导体和一次绝缘，可直接套装在导线或母线上使用的电流传感器。 「来源：GB/T2900.94—2015,3.7，有修改

仅用以变换剩余电流的单台电流传感器或三台电流传感器组成的电流传感器组。 『来源：GB/T2900.94—2015,3.15路基标准规范范本，有修改]

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分布式电源distributedenergyresource;DER 通常连接在中压配电网（电源容量通常是0.1MW～10MW）和低压配电网（电源容量 0.1MW）中的发电设备。

智能电网smartgrid/intelligentgrid

中性点neutralpoin

中性点不接地系统isolatedneutralsystem

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中性点直接接地系统solidlyearthedneutralsystem

3.3有关绝缘特性额定值的术语和定义

3.4有关电流额定值的术语和定义

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额定一次电流 rated primarycurrent Ip 作为电流传感器性能基准的一次电流值。 L来源：GB/T2900.94一2015，3.19，有修改 3.4.2 额定短时热电流 rated shorttimethermal current I 电流传感器能在规定的短时间内无损伤承受的最大一次电流方均根值。 ［来源：GB/T2900.942015,3.22,有修改］ 3.4.3 额定动稳定电流 rated dynamiccurrent Idyn 在二次绕组短路的情况下，电流传感器能承受其电磁力作用而无电气或机械损伤的最大一次电流 峰值。 ［来源：GB/T2900.94—2015,3.23,有修改］ 3.5有关其他额定值的术语和定义 3.5.1 额定频率 rated frequency 传感器类产品设计所依据的交流电源频率。 [来源：GB/T2900.95—2015,2.1.6,有修改］ 3.5.2 额定频率范围 rated frequency range 额定准确度等级适用的频率范围。 3.5.3 辅助与控制回路的额定电源电压rated supplyvoltageofauxiliaryandcontrolcircuits Uar 满足规定要求的辅助电源的电压值。

3.5有关其他额定值的术语和定义

CPIU 调理和指示单元（Conditioning，Processingan DER 分布式电源（DistributedEnergyResources） DSU 配电单元（DistributionSubstationUnit) ESD 静电放电（ElectrostaticDischarge） FPI 故障路径指示器（FaultPassageIndicator） f. 额定频率 HMI 人机接口（HumanComputerInterface) HV/MV 高压/中压（HighWoltage/MediumVoltage） 额定动稳定电流

IED 智能电子设备（IntelligentElectronicDevice） I 额定一次电流 额定短时热电流 U 额定一次电压 U.r 辅助与控制电路的额定电源电压 Um 设备最高电压 Uy 系统最高电压 SPS 现场污移度等级（SitePollutionSeverity） USCD 统一爬电比距（UnifiedSpecificCreepageDistance) VVC 电压无功控制（VoltageVarControl) SCADA 数据采集与监视控制系统（SupervisoryControlandDataAcquisition） FDIR 故障探测隔离与恢复（FaultDetectionIsolationandRestoration） FLISR 故障定位、隔离与供电恢复（Faultlocation，IsolationandServiceRestoration） MV/LV 中压/低压（MediumWoltage/LowVoltage)

4根据电网和故障类型对FPI选择的要求

描述了FPI/DSU的选型建议及其与故障探测相

典型的FPI配置如图2所示（此设备主要功能为故障探测，但也可具备一些附加功能）；宽扩展配 DSU如图3所示（此设备不仅可监测一条及以上馈线，甚至可具有其他不与FPI的功能特性严格 的附加功能）。其他FPI/DSU构架的例子见附录B

电流传感器：从功能性的角度来看，是FPI的一部分，其遵照特定标准（例如：GB/T20840.2、GB/T20840.8 等）或者不遵照任何特定标准（例如：新型传感器或技术）。监控一相或三相。 B一 就地指示器（指示灯、LED、标识、输出继电器等）。

图2典型FPI可能的构架

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标引序号说明： 馈线1； 2 馈线2、3、、1； 电流传感器（和电压传感器（可选），取决于故障探测原理和附加功能）。一相或三相，以及不止一条馈线处于 监控。从功能性角度看，传感器通常被认为是DSU的一部分，可能遵照特定标准（例如：GB/T20840.2、 GB/T20840.3、GB/T20840.4、GB/T20840.7、GB/T20840.8等）或者不遵照任何特定标准（例如：新型传感 器或技术）； B一一传感器与电子单元之间的信号传输。取决于制造方； 就地指示器（指示灯、LED、标记、输出继电器等）。这些指示器对于独立应用设备（FPI不插入电网控制系统 的应用)来说，是强制性的；对于FPI插入电网自动系统和/或智能电网的应用来说，是可选的； D 远端指示通信和/或指令（双向通信，直接或通过其他装置），对于标准应用来说是可选的；对于电网自动系统 和/或智能电网的应用来说是强制性的。这些信号/指令即可以通过模拟量、数字量进行传输/接收，又可以 由通信输人/输出进行传输/接受，从而实现远端通信/指令（有线和/或无线）； E 与现场装置的连接（有线连接）； CPIU； G 电源，可以是电流信号自我供给、不可充电电池供给、交流电源供给（推荐设置合适的备用电源）或直流电源 供给，鉴于电网自动化/智能电网的应用，推荐从合适的电源进行供给（可充电电池或直流电源）； （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与SCADA或配电站外的其他FP （IED)之间的通信；物理接口； （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与产销者的设备的内部装置（换流 器、发电机控制系统等）之间的通信；物理接口； M一 （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与同一配电站内其他FPI(IED)之 间的通信物理接口。 I、L和M也可以是单个物理接口中的不同的数据流。 电流传感器可以在不与任意一相有电气连接的情况下，探测故障电流路径（例如：穿心式传感器或磁场传感器）。如 果存在IEC61850通信，则D可移除，除非兼容旧方法。

1一 馈线1； 馈线2、3、、1； 电流传感器（和电压传感器（可选），取决于故障探测原理和附加功能）。一相或三相，以及不止一条馈线处于 监控。从功能性角度看，传感器通常被认为是DSU的一部分，可能遵照特定标准（例如：GB/T20840.2、 GB/T20840.3、GB/T20840.4、GB/T20840.7、GB/T20840.8等）或者不遵照任何特定标准（例如：新型传感 器或技术）； B一一传感器与电子单元之间的信号传输。取决于制造方； 就地指示器（指示灯、LED、标记、输出继电器等）。这些指示器对于独立应用设备（FPI不插入电网控制系统 的应用)来说，是强制性的；对于FPI插入电网自动系统和/或智能电网的应用来说，是可选的； 远端指示通信和/或指令（双向通信，直接或通过其他装置），对于标准应用来说是可选的；对于电网自动系统 和/或智能电网的应用来说是强制性的。这些信号/指令即可以通过模拟量、数学量进行传输/接收，又可以 由通信输人/输出进行传输/接受，从而实现远端通信/指令（有线和/或无线）； E 与现场装置的连接（有线连接）； F CPIU； G 电源，可以是电流信号自我供给、不可充电电池供给、交流电源供给（推荐设置合适的备用电源）或直流电源 供给，鉴于电网自动化/智能电网的应用，推荐从合适的电源进行供给（可充电电池或直流电源）； （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与SCADA或配电站外的其他FPI （IED)之间的通信；物理接口； （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与产销者的设备的内部装置（换流 器、发电机控制系统等）之间的通信；物理接口； M一 （以太网）与路由器之间的接口（铜线或光纤），该接口用于IEC61850协议与同一配电站内其他FPI(IED)之 间的通信物理接口。 I、L和M也可以是单个物理接口中的不同的数据流。 电流传感器可以在不与任意一相有电气连接的情况下，探测故障电流路径（例如：穿心式传感器或磁场传感器）。如 果存在IEC61850通信，则D可移除，除非兼容旧方法。

5.2与安装类型有关的

图3宽扩展配置的DSU可能的构架

宽扩展配置的DSU可

该类FPI/DSU都用于户外安装。 它们采用指示灯、指示标识、信息通讯等方法提供就地和/或 的故障路径信息，以利于操作者在现场或远端控制室对故障位置进行更好的定位。对于电网自动

来说，它们应能传递合适的信号（数字量和/或模拟量）和指令到对应的设备上（从简易继电保护装置或 组合继电保护装置到IED，如果是由FPI或DSU执行，则取决于故障探测），通过对断路器和/或隔离开 关进行操作可以自动切除故障和恢复供电

5.2. 1.2 钳形装置

该类设备可以直接安装在单条馈线上（单相导线）。安装时是否要求馈线停电取决于FPI的实 式。如果需要停电安装，则应注明

5.2.1.3杆式装置

该类设备可以装在馈线杆上，与带电导线没有直接接触，通常不需要停电安装

该类设备可以装在馈线杆上，与带电导线没有直接接触，通常不需要停电安装

5.2.1.4便携式装置

在人工定位故障期间，可以使用该类装置进行人工操作，用于指示故障电流路径。无需安装，所以 不要求馈线停电

5.2.2地下电缆应用

该类装置安装在户内，直接安装在电缆上或配电柜上， 能够提供简单的关于故障路径（就地和/或远 端的，通过指示灯、指示标识、信息通信等）的信息，以便让操作者（在现场或者在电网控制室）或电网自 动化系统更简便地对故障位置进行定位。它们应提供合适的信号（数字量和/或模拟量）和指令到适当 的装置上（从简易继电保护装置或组合继电保护装置到IED，如果是由FPI或DSU执行，则取决于故障 深测），通过对断路器和/或隔离开关进行操作可以自动切除故障和恢复供电，

5.3与故障探测能力有关的应用

过电流检测，通常带有非定向指示。 注：在单相系统中，一个电流传感器和一个电压传感器已足以用来探测方向

对于过电流检测，非定向或定向故障探测都可实现故障指示。三相应用并非必须要求每一相均安 装电压和/或电流传感器，两个电流传感器即可完成过电流非定向检测；此外，两个电流传感器加两个电 压传感器即可定向检测过电流。但是仍然推荐三相监测

5.3.3剩余电流应用

剩余电流测量多数时候伴随剩余电压测量，用于接地故障探测中的定向指示；该方法通常应用于中 性点绝缘和谐振接地的系统中；在中性点阻抗接地系统中（带接地电阻的系统），能否使用该方法，取决 于阻抗值（电阻）。 注：可以通过不同的算法来探测故障电流方向以定位故障（定向无功探测原则、故障时刻的定向瞬时分析、其他方 法）。在电力系统的故障期间，也可能调整故障电流。这种方式可以在不需要定向故障探测算法的情况下，通 过FPI/DSU来实现探测

5.3.4三相和剩余电流应用

对于过电流和接地故障的探测，故障指示可由非定向和/或定向故障探测来实现。对地故障定向 在谐振接地的系统中通常是必需的

6与电网配置和运行有关的应用

7FPI/DSU的主要元件

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从功能性角度来看，FPI/DSU应被认为是 必需组件的系统

7.2电流和电压传感器

对于FPI的非定向故障路径探测，只需要电流传感器。该电流传感器可以不直接连接一次导体来 深测故障电流路径（例如：穿心式电流传感器或磁场传感器）。 对于FPI/DSU的定向故障路径探测，通常同时需要电流和电压传感器（但并不是强制性的）。 电压传感器可以用来探测故障电流的方向（若故障电流为过电流，通过对比相电压和相电流获取故 障方向；如果故障电流为相对地故障电流，则通过对比剩余电流和剩余电压获取故障方向）。 电压传感器也可以用于故障确认。这意味着，当FPI/DSU探测到一个“潜在的”下游故障时，在合 适的时间窗内如果探测到由上游继电保护装置动作造成的电压缺失，则能够对该下游故障进行确认。 对于此项应用，没有必要从电压传感器中推导出剩余电压。该电压缺失与安全性方面无关。 电压传感器可以通过断路器重合闸操作（造成一个瞬时、短时或长时的供电中断）清除的故障中区 分出自熄弧故障。对于此项应用，没有必要从电压传感器中推导出剩余电压。 最终，对FPI/DSU附加辅助功能而言（即有功/无功功率的测量、功率质量评估、电压有/无），都需 要（或可能需要）电压和电流传感器

7.2.2电流（和电压）传感器的准确度

关于故障探测和/或其他有可能的附加可选功能（例如：电流和电压测量、电力潮流测量等功能）的 准确度是由整个FPI/DSU（从输人到输出，如果有电流和电压传感器则也包括在内）确定的。 因此，为了得到总体准确度，FPI/DSU可能使用电子技术来修正电流和/或电压传感器的信号（例 如：在一个或多个工作点中，取决于其是否线性，对每个传感器的模值和相位作补偿）。这些电子技术可 功能性地集成在传感器中，或功能性与物理性集成在传感器外（CPIU中）

7.3传感器与CPIU间的信号传输

相关要求取决于所采用的技术方法。

7.4调理和指示单元（CPIU）

P用传微备提供信专处理，准导宇股障 远端）。 由于故障探测和其他可能的附加可选功能的准确度是在FPI/DSU整体上进行定义，因此CPIU可 保证通过对电流和/或电压输出信号的修正（例如：通过对单独传感器输出信号的模和辐角进行修正，得

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系统总体准确度等级。在信号修正之后，总体准确度比不带任何修正所得到的准确度高得多（在需要进 行完整的电压、电流测量的应用领域，总合成误差是电压和电流传感器及电子单元输出结果的以模和辐 角表示的向量和）。 更多的FPI功能（多于一套电流/电压传感器的汇集）和与故障探测并不严格相关的其他附加功 能，可由单个CPIU执行，因此，会产生一个更复杂的设备（DSU，见图3，带所有或部分指示特征）。 更多FPI与其他IED的组合可得到相同的结 果例如：馈线终端（RTU）

Z.5人机接口（HMI

用于故障探测就地指示的FPI可具备一个只基于指示灯或标识的人机接口。 如果有，则FPI/DSU的HMI可以有不同的复杂程度，范围从对所有就地和/或远端的输人和输出 设置，到允许控制中心向隔离开关/断路器发出开/关指令的通信。如果没有，则该通信由其他与 PI/DSU相关的IED(例如：RTU执行 应定义和完善一个适当的安全使用策略

如果有，则本地HMI应该是前端显示的，基于用户友好、菜单化的程序，应由一个永久安装的HM 单元完善，并与FPI一起完成型式试验。 必要的功能/信号应该在FPI就地显示；而对于远端显示，则应该提供所有的功能/信号。 就地显示应采用简易的LED或标识。在这种情况下，可用DIP开关实现简易的HMI

如果有，则远端HMI应能在一个用户友好、结构优良的程序上，实现所有FPI功能并展 号（输人和输出）。需支持TCP/IP协议

FPI/DSU的分类和使用级别（数据模型和配置

U的分类和使用级别（数据模型和配置定义、测试

FPI/DSU可不同程度地集成于电网和/或SCADA系统中，也能以就地或远端的方式提供有关故 章探测的各类信息集 DSU除具备纯粹的故障探测功能以外，也可具备其他附加功能。 为简化数据模型、配置定义以及测试，FPI/DSU应被划分为不同等级。等级划分与FPI/DSU在电 网中的集成度相关，划分因素包括：可提供信息（故障探测能力和算法），是就地指示故障信息（FPI)还 是将故障信息传输到远端SCADAFPI/DSU)或其他DSU（通信能力），是否具备除故障探测（DSU)外 的其他附加功能，辅助电源的特征。 除辅助电源外，其他的FPI/DSU特征由其数据模型和配置来定义。 通常来说，各种不同配置和不同性能的FPI/DSU可根据不同目的存在于同一电网中。一方面是 由于电网运营单位根据不同因素（经济方面、运行规则等）选择不同设备，另一方面是由于电力设备具备 相对较长的寿命周期，使得采用不同技术的设备共存于电网中。 因此，后文的分级是针对FPI/DSU的不同性能进行的分类，而不是强制性的安装规范。 图4给出了不同性能等级的FPI/DSU在同一中压馈线上共存的示例。

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PR1 中压继电保护装置1； A1、A2、A3、A4 全集成于电网运行系统（SCADA)中的DSU； S1,S2、S4,S6 中压电网自动化系统中由电机操动的开关，根据DSU的输出（故障指示、附加功能等）自动 运行； T1、T2 配电变压器，同时给S1、S2、S3、S4、S5、A1、A2、A3和B3提供交流电源； T3 配电变压器； B1,B2,B3 用于故障探测远端指示的FPI（用交流电源和/或电池供电）； S3.S5 由SCADA操作人员基于FPI/故障指示器进行控制的电机操动开关； S7.S8 未装配FPI/DSU的手动或电机操动的开关； S9 电机操动开关，由SCADA操作人员远端控制，用于反转潮流方向或改变运行方式； Tal,Ta2,Ta3,Ta4 给S3、S6、S7、B2、A4、B1、B2提供交流电源的中压/低压变压器； C1,C2,C3,C4 用于故障探测就地指示的FPI，固定安装，电池供电； D1 用于故障探测就地指示的FPI，便携式，电池供电； E IED（例如：远端终端单元）加调制解调器； F TLC网络（专网或公网，带VPN），通过IP+IEC61850传输信号/指令； G TLC网络（专网或公网），通过DL/T634.5104或DL/T634.5101或其他协议传输信号 指令； H 高压/中压变电站中的微SCADA； 1 IP上的DL/T634.5101、DL/T634.5104或其他协议； L SCADA

8.2FPI与电网的融合

同性能等级的FPI/DSU在同一中压馈线上共存自

用于探测故障电流路径，仅为现场人 盲示：可安装在带电导线、电计：成为便费式：不 能与一个集中监测系统或 SCADA融合

8.2.2故障探测远端指示的FPI

当FPI运行时，故障路径信息可以通过指示灯、指示标识、信息通信等在就地显示，也可与远端

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信。FPI不直接管理远端传输过程。信息的远端传输通过线缆、光纤、GSM/GPRS、无线和其他介质， 更用合适的标准协议或由制造方与用户商定的协议来实现。可具有双向通信功能（例如：改变探测方 司。 FPI同样也可与现场装置（可选）相连（例如：调制解调器、远端终端单元等），连接方式通常是有线 或其他方式。

8.2.3DSU在电网操作系统（SCADA)中的全集成

8.3FPI/DSU的信息

8.3中的所有信息都应符合IEC61850系列标准 注：可选功能由IEC61850系列标准提供的用例来描述。

8.3.2用于就地指示故障探测FPI的信息

FPI对故障电流路径只进行就地指示。 下列故障探测能力规定了该类FPI的最低要求： 过电流探测（对应于FPI上每一个不同的阈值）；和/或 一相对地故障探测（对应于FPI上每一个不同的阈值），非定向的或定向的（两者之一）。 使用以上信息，现场工作人员就可以找到故障路径。 故障探测需要/不需要由电压缺失探测所确认。 可引入用于探测断续故障的用户自定义逻辑，和带有相同用户自定义逻辑特征的计数器，用于统计 平估断续故障。 可选功能（相关信息只在就地提供）可以是： 设备健康状态报告（FPI内部状态和告警）：

1）Modbus?协议是由Modicon公司研发的 文传送协议。 给出此信息仅为读者更方便使用本文件，并大

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·内部故障； ·辅助电源中断； ·辅助控制； ·其他 变电站环境监测（环境测量、告警等）； 潮流监测（出于运行用途对电压和电流的测量）

信号/测量值（可能是指令，例如：电流方向反转）既可以在就地显示又可以远端传输（同样在本地 。来自FPI信息的传输、收集和详尽描述需要由用户与制造方根据各种具体情况达成共识 下列故障探测能力规定了该类FPI的最低要求： 过电流探测（对于FPI上每一个不同的阈值）；和/或 相对地故障探测（对于FPI上每一个不同的阈值），非定向的或定向的（两者之一）。 故障探测需要/不需要由电压缺失探测所确认。 可引入用于探测断续故障的用户自定义逻辑，和带有相同用户自定义逻辑特征的计数器，用于统 古断续故障。 可选功能（相关信息在就地或远端提供）可以是： 设备健康状态报告（FPI内部状态和告警）： ·内部故障， ·辅助电源中断， ·辅助控制， ·其他； 变电站环境监测（环境测量、告警等）； 潮流监测（出于运行用途对电压和电流的测量）； 外部通信的监测； 用于描述客户与远端服务器之间通信的抽象通信服务接口（ACSI）： 实时数据存取和检索； 设备控制； 日志和登录； 发布/订阅； 设备的自描述： 数据类型和数据类型识别； 文件传输； 变电站站间的信息交换； 分布式发电的信息交换。 应符合DL/T860.72

该类DSU应至少提供以下信息/信号，用于传输和本地存储：对于类似故障，DSU数学输出有共同 点，例如多重故障和短路。该类DSU也可集成其他IED功能（例如：一些由馈线终端提供的典型功 能）。 根据DSU特征，故障探测至少应该有： 过电流探测（对于DSU上每一个不同的阅值）；和/或

相对地故障探测（对于DSU上每一个不同的阈值）； 多重故障探测（对于DSU上每一个不同的阈值），非定向的或定向的（两者之一）； 上游（和/或下游）电压的有/无并不与故障探测算法（例如：故障确认）严格相关。 故障探测需要/不需要由电压缺失探测所确认。 可引入用于探测断续故障的用户自定义逻辑，和带有相同用户自定义逻辑特征的计数器，用于统计 断续故障。 可选功能（相关信息在就地或远端提供）可以是： 设备健康状态报告（DSU内部状态和告警）： ·内部故障， ·辅助电源中断， ·辅助控制， ·其他； 变电站环境监测（环境测量、告警等）； 潮流监测（出于运行用途的电压和电流测量）； 外部通信监测； 自动电压无功控制； DER管理； FDIR/FLISR的嵌入算法，即：中压电网自动化（基于就地测量和/或现场装置的信号，例如 隔离开关/断路器位置控制），也包括： ·发送跳闻信号，目的是为了向其他IED发送信息使DER断开； ·逻辑选择性信号（闭锁信号的传输/接收，DSU里应用的所有故障探测阈值或分别每个故 障探测阈值），该信号可以禁止故障探测信号传输到其他IED，和/或禁止因故障探测导致 动作的内部算法的启动（例如：中压电网自动化、传输跳闸信号到DER等）。 用于描述客户与远端服务器之间通信的抽象通信服务接口（ACSI）： 实时数据存取和检索； 设备控制； 日志和登录； 发布订阅； 设备的自描述； 数据类型和数据类型识别； 文件传输； 变电站站间的信息交换； 分布式发电的信息交换。 应符合DL/T860.72。

8.4根据性能/功能等级的FPI/DSU分级

时加，和以不同方式管理信息（或指令）的通信，FPI/DSU还可负责一系列功能的执行。 FPI/DSU应由其配置文件来定义。 为了简化数据模型和相关的配置文件定义以及测试，FPI/DSU应分为不同的等级。 等级由一个三元素的分级码来定义，见表1。

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表1根据数据模型和简介定义与测试的FPI/DSU的分级原则

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设备安装技术、工艺8.4.2故障探测能力等级

考虑到故障探测能力和算法，完整的分级见表2。

8.4.3通信能力等级

考虑到通信能力，完整的分级见表3。 可能的例子见图C.1、图C.2、图C.3和图C.4

考虑到电源，完整的分级表见表4。

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机械标准5与故障探测能力不严格相关的FPI/DSU的附