在现今不断变化的能源布局中，电力中断问题由于会造成一些如生产制造之类的关键作业中断，而持续让企业付出数百万美元的额外成本。此外，一些在世界各地运行中的电力网格(power grid)设备已经进入了老化阶段，而且在某些地区，此类主要风暴正变得越来越普遍。面对这类严格挑战，公用事业公司有多种做法可因应未来服务中断的风险，包括让分布式网络现代化、管理叶片(foliage)的成长，以及雇佣更多的线路维修人员等。所有这些选项的评估都可能会相当的复杂，因为他们涉及不同程度的成本、技术风险和社会福利考量。
最近，公用事业公司的工作重点主要放在派驻、招聘以及培训更多的线路维修人员，以提高电力中断时的反应能力，并为客户提供更好的服务。但在世界许多地方，劳动力老化的效应是众所周知的，因为越来越难找到熟练的劳动力来填补维修人员的空缺。面对未来可能增加的电力中断问题、不满意的客户以及可能出现的政府干预措施，公用事业公司将需要更好的解决方桉。例如是否可能改善线路工作人员的工作方式，以便他们能减少寻找断线的时间，而将更多的时间花在实际维修和高优先级的维护上？
关键是在电网节点上获取数据
过去几年来，许多国家都有长时段电力中断的经验，而其原因仅仅是因为难以找到断电问题的根源。但公用事业公司如何改善分布式网络架构，才能实现较好的电力中断反应能力？答桉是利用较佳的线路传感器技术，借以降低系统成本，并在电源基础设施内部署更多的节点。此技术具有较高的整合度，其有助于实现更好的测量精确度、消耗较少的电力，而且所需的维护也较少。
图1：俗称为故障指示器的节点监测系统
新型线路传感器的最常见应用场合之一，是一般称为故障指示器的节点监测系统，其可在发生问题时加以检测并发送警报，以便让线路工作人员能在最小延迟的情况下进行故障设备的维修服务。图1显示电力分配线路中所使用的故障指示器。在各种领域或供应商中，此类系统有着不同的名称，包括线路监测器、故障监测器和故障电路指示器等。本文中将为这一类系统与线路传感器使用常用的名称——故障指示器，实现这种用于检测电力线实体状态的基础技术。
图2：用于检测电力线实体状态的电力线传感器
在设置于地面下的应用场合中，故障指示器沿着每条主电缆放置在电缆终端处。当故障发生时，位于故障上游的故障指示器会跳脱，而故障下游的指示器则会保持在非跳脱状态。因此，维修人员就可以轻易地辨识出电缆或设备的故障所在，而不需进行耗时的隔离处理过程。地面下应用场合中可能包括变压器、转换装置、机柜、接线盒和接头等。
在置顶(overhead)的应用场合中，故障指示器上装设有易于读取的显示器，可引导电力线工作人员找到发生问题的地方。置顶应用中可能包括未熔透分接头(unfused taps)、带有中线重合器(midline recloser)的长馈送器(long feeders)、分段转换装置、转移器以及馈送器等。
图3：具有电力采集功能的故障指示器设计
现有故障指示器所面对的两个最大挑战是：1)大量购买时成本高昂；2)需要定期维护以确保能正常运行。高昂的累积购买成本和经常性维护的需求，则是预算和资源有限的公用事业公司无法在其庞大的电力基础设施中部署更多故障指示器的两个主要原因。
通过更先进的电源管理改善故障指示器
为了因应这些挑战，ADI开发出可用于故障指示器的新型线路传感器结构，除了能以高效率采集电力，所需的维护也比较少(图3)。
虽然基本的功能看似简单，但电力采集型故障指示器的设计实际上却相当复杂，特别是其电源架构，不仅有三个独立的电力来源(电力线传感器、可充电电池和超级电容)，而且还必须有一个控制算法，能够在变动的负载条件下平衡变化的电源条件——并保证持续的供电动作。此关键性的创新是一种用于多电力路径设计的新技术，能够让系统实现较快速的启动、较低的功耗以及较平顺的操作。借由采用用较佳的电源管理机制，维修人员需要更换电池以及进行系统检查的次数将会减少，因而让故障指示器所需要的维护得以减少。
新型的故障指示器设计还可以利用较複杂的资料采集和更强大的无线通讯能力，从而提高其性能。它们能利用高速精密的转换器，以高出电力频率甚多的数据速率采集电力线的资讯，以获取更多的数据。此外，整合短波无线电和GSM协定等的无线通讯，也能提高这些装置的覆盖范围。故障指示器可传输资料并沟通其状态，让线路工作人员能花费更少的时间寻找故障点，并且有更多时间进行实际故障的排除。
图4：将地面下的故障指示器状态传达到街道上
利用海量数据分析实现能源智慧化
采用先进电力线传感器技术的故障指示器，提供了改变公用事业公司运作方式的机会。借由在节点上收集较细微化、连接性较佳且维护成本较低的资料，公用事业公司可以更快速且更有信心地辨识和反应电力的中断。此外，还有其他的可能性也值得考虑。例如，整个故障指示器群可提供历史数据和警报，让公用事业公司能运用机器学习算法和分析，从而提升线路维护人员的作业效率、降低营运成本，并达到更好的事业成效。
结论
由于问题源头难以被定位找到，让公用事业公司的客户持续地遭遇长时段的电力中断。要克服此困境的方法之一，是更广泛地采用故障指示器。但目前故障指示器存在着两个最大的缺点包括大量采购时的高成本负担，以及定期维修的需要。
故障指示器由于采用最新的电力线传感器技术，带来了高效率的电力采集以及较少需要维护的特性，从而克服了这些挑战。未来，公用事业公司将可利用下一代的故障指示器，进一步缩短电力中断时间以及降低运作费用，让客户更满意。
延伸阅读：
《能量收集系统市场-2016版》
