输电线路精确故障定位在线监测装置的应用
特高压输电线路在线监测技术的应用
特高压输电线路在线监测技术的应用发布时间：2021-08-06T17:01:26.450Z 来源：《中国电业》2021年四月10期作者：董帅帅，王绍翰[导读] 根据我国地势分布和城市发展情况，特高压输电线路通常建设于人迹罕致地区董帅帅，王绍翰山东送变电工程有限公司，山东省济南市250000摘要：根据我国地势分布和城市发展情况，特高压输电线路通常建设于人迹罕致地区，其极易受到各种外力因素的影响而处于不安全状态，如杆塔倾斜、线路断线或停电等，从而造成人身伤害和巨大的经济损失。
因此，采取有效手段对架空输电线路进行监测十分必要。
关键词：特高压；输电线路；在线监测技术；应用引言电力输送过程需基于高压输电线路完成，作为智能电网的核心构成，高压输电线路的安全稳定运行与否会对整个电网产生直接影响，规模及范围不断扩大的电力系统对高压输电线路的监测提出了更高的要求，设计并完善高压输电线路的在线监测系统仍然是目前研究的重点领域。
1高压输电线路在线监测系统架构根据监测需求为依据对监测点（即无线传感器节点）进行部署，无需各级杆塔均安装，例如在水塘附近为防被水侵蚀将图像采集终端安装于杆塔上以便监测塔基；在跨越立交桥部分为防导线下垂将采集终端安装于导线上以便监测导线弧垂等。
监测子站通常安装在杆塔上且需位于无线传感器节点附近，在对附近传感器监测数据进行收集的同时，使呈现为簇头节点的监测子站形成了无线多跳网络，由连接网络的汇聚节点（监测网关，通常设在高压变电站）将接收到的数据向后端的监控中心传送。
支持远距离传输的监测子站能够以监测点的布局为依据对监测子站进行灵活部署，确保各监测点均有能多跳连接到监测网关的监测子站相对应，使用监测子站最少。
2特高压输电线路在线监测技术的应用2.1故障识别受到安装位置、实施技术、外部环境等诸多因素的影响，输电线路在线监测装置第一时间检测到故障的几率较低，即便在第一时间发现了故障，也很难及时对故障进行类型判断与原因查找。
输电线路故障精确定位装置技术规范书条目照表
装置与全域物联网平台之间的信息通信应满足安全接入要求，监测装置的安全要求应符合GB4943中的相关规定；
3
5.1.c)
装置与主站系统及其通信回路均应符合Q/CSG1204009中对电力设备在线监测系统的安全防护要求。
5.1.c)
装置与全域物联网平台及其通信回路均应符合Q/CSG
1204009中对电力设备在线监测系统的安全防护要求。
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5.2.1
新增
5.2.1
监测装置的数据通信应满足以下要求：
a）装置应符合设备物模型规范要求，并采用设备直连的方式接入南方电网全域物联网平台，实现设备与全域物联网平台的通信，并满足《南方电网电力全域物联网平台接入技术规范》（（1CSGI210050-2023）、《全域物联网平台技术规范》（Q一CSG1210052-2023）中相关技术规范要求；
c）工频电流测量试验
将监测装置安装在试验导线上，对导线回路依次施加有效值为15A、IkA、15kA的工频电流。试验电流稳定后，主站系统通过全域物联网平台控制监测装置随机测量三次电流
c）工频电流测量试验将监测装置安装在试验导线上，对导线回路依次施加有效值为15A、IkA、15kA的工频电流。试验电流稳定后，主站系统控制监测装置随机测量三次电流值，测量时间间隔不少于InIir1,计算三次平均值并与试验电流值比较，测量精度应满足要求。
监测装置可通过PCIE插槽或贴片封装方式兼容物联网通信模组，具备数据加密认证能力。
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6.2.6
b）通信模块试验
按照监测装置与主站系统无线通信方式数据通信规约要求，对装置无线通信功能进行测试，测试内容包括数据帧格式、控制字功能及数据规范性等。
6.2.6
b）通信模块试验
线路故障指示器
线路故障指示器简介线路故障指示器（Circuit Fault Indicator，CFI）是一种用于自动检测输电线路故障的设备。
它能够实时监测输电线路的状态，并在检测到故障时通过信号指示器通知运维人员和用户，快速识别和定位故障点，实现故障快速定位、修复和恢复供电。
工作原理CFI通过检测线路的电流变化、电压变化和电磁场变化等多个信号特征来判断线路是否存在故障。
当线路发生故障时，如短路、接地或过载等情况，会导致线路的电流、电压或电磁场出现异常波动。
CFI通过内部的信号检测模块对这些特征进行分析，并通过信号指示器或无线通信系统向运维人员发送相关的故障信息。
优点CFI具有以下优点：自动化运行CFI作为一种自动化监测设备，能够实时、准确地检测输电线路的状态，并在发生故障时以指示灯或报警器等方式通知运维人员和用户，无需人工巡视和监测。
故障定位精准CFI能够在检测到故障时立即进行报警和定位，快速识别故障位置，使运维人员能够快速采取合适的措施，减少故障导致的停电时间和损失。
安装简单CFI具有安装简单、维护方便的特点，机械结构紧凑，安装后对输电线路本身几乎不产生影响。
成本低廉CFI的成本相对较低，减少了人工监测和巡视成本，同时也降低了因输电线路故障而导致的停电损失。
应用范围CFI广泛应用于输电和配电线路的监测、故障诊断和维修。
其主要应用场景包括：高压输电线路高压输电线路是电力系统中最关键的组成部分之一，而其维护和修复也是最为困难的任务之一。
CFI能够有效地监测高压输电线路的状态，提高维修效率和安全性。
配电线路CFI也广泛应用于配电线路的监测和故障诊断中，能够实现快速、准确地诊断故障，降低停电时间。
风电、太阳能等新能源随着新能源发电的快速发展，CFI也在逐渐应用于风电、太阳能等新能源输电和智能配电中，实现自动化、智能化的监测和管理。
总结CFI作为一种高效、自动化的输电线路故障监测设备，在电力系统、新能源领域等广泛使用。
输电线路故障检测与定位技术研究
输电线路故障检测与定位技术研究引言随着电力供应的日益重要，输电线路的可靠性和稳定性成为现代社会不可或缺的基础设施。
然而，由于各种原因，输电线路可能出现故障，如短路、接地故障等，这些故障不仅会导致电力供应中断，还可能损坏设备和威胁人们的生命安全。
因此，对于输电线路的故障检测与定位技术的研究具有重要意义。
主体一、故障检测技术的研究与应用1.1 传统故障检测方法在过去的几十年里，人们主要采用人工巡线的方式来检测输电线路的故障。
这种方法需要大量的人力和时间，并且存在一定的安全风险。
随着科技的发展，人们开始研究利用传感器等技术手段来监测输电线路的状态，以实现故障的自动检测。
1.2 无线传感器网络技术在故障检测中的应用无线传感器网络技术是近年来迅速发展的一种技术，它可以实时监测输电线路的温度、振动等参数，并将数据传输到操作中心进行处理。
利用无线传感器网络技术，可以实现对输电线路故障的快速检测和自动定位，提高了检测效率和准确性。
二、故障定位技术的研究与应用2.1 电磁波法故障定位技术电磁波法故障定位技术是一种常用且有效的故障定位方法。
它利用输电线路上的故障点产生的电磁信号进行定位，通过测量信号的传播速度和到达时间差来确定故障点的位置。
这种方法准确度高，能够满足大部分输电线路故障的定位需求。
2.2 超声波法故障定位技术超声波法故障定位技术是一种利用超声波传导的原理来确定故障点位置的方法。
通过在输电线路上设置传感器，可以监测到故障点产生的超声波信号，并利用信号的传播速度和到达时间差来定位故障点。
这种方法适用于检测一些绝缘子串、绝缘子爬纵、接地故障等。
三、现有技术的挑战与未来发展3.1 数据处理与分析能力的提升随着传感器技术的不断进步，传感器采集到的数据量越来越大。
如何高效地处理和分析这些数据，成为现有技术面临的挑战之一。
未来的研究可以集中在数据处理算法的研究上，以提高数据的利用率和故障定位的准确性。
3.2 多传感器协同检测技术的应用目前的故障检测与定位技术主要依赖于单一传感器的监测。
输电线路故障定位技术的研究与应用
输电线路故障定位技术的研究与应用一、背景介绍输电线路作为能源传输的关键环节，在日常生产中承载着重要的作用。
然而，尽管我们对它进行精确设计和周密布置，线路故障仍时有发生。
由于电力输送带来的热力和电磁影响，输电线路经常暴露在极端环境下，在此情况下，比如线路受力不均衡导致的命令、灾害性天气和各种动植物的破坏，导致线路故障的概率大大增加。
对线路故障的定位技术的研究和应用，是保障电网安全、节约能源、满足人们生产生活使用需求的重要手段。
二、输电线路故障定位技术的分类目前，常见的输电线路故障定位技术分为以下两类：1. 传统的基于测量方法的检修与维修技术这类技术是传统的、被广泛使用的定位技术，它们的基本原理是通过测量得到被动和主动信号，来判断线路是否工作正常。
这些被动或主动信号包括高阻、低阻、自感、互感信号、故障电流、故障电压等等。
这些信号与物理参数之间的相互关系，可以通过测量来估计线路状态，并找出故障点。
这些测量方法包括：故障定位阻抗法、电磁波故障定位法、故障电压比较法、故障电流切比较法等等。
这类技术的优点是技术比较成熟，实现简单，可靠性好，但缺点是精度较低，精细的故障点无法准确定位，所以在检修中比较有限。
2. 基于计算机技术的高精度故障定位技术随着计算机技术的不断发展，计算机技术已经成为电力系统的重要辅助手段，在电力系统的故障诊断与定位方面，计算机技术的应用也日益增多。
此类技术的主要思想是通过传感器和数据采集设备获取目标信号，并将其转化为高精度的数字量，利用数学模型，在线路和系统等级上自动执行科学的数据处理和分析算法，精确定位故障点。
这类技术包括：人工智能算法、神经网络算法、遗传算法、模糊综合评估算法、模型预测控制算法、小波变换等等。
这类技术优点是精度高，无需人工干预，可靠且高效。
三、输电线路故障定位技术的应用如今，随着传感器技术、通信技术的快速发展，输电线路故障定位技术的应用被广泛关注，取得了显著的成效。
电力设备的在线监测与故障诊断
在线监测与故障诊断技术的发展趋势和未来发 展方向
智能化：利用人工智能和大数据技术提高监测和诊断的准确性和效率。
实时性：提高监测的实时性，以便及时发现和解决故障，减少设备 停机时间。
远程化：通过远程监测和诊断技术，减少现场维护成本和时间。
集成化：将多个监测系统集成在一起，实现统一管理和数据共享。
提高在线监测与故障诊断技术的有效途径和方 法
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数据处理模块：对采集的数据进 行预处理、分析和特征提取，为 后续的故障诊断提供依据。
预警与控制模块：根据故障诊断 结果，及时发出预警信号，并采 取相应的控制措施，保障电力设 备的安全稳定运行。
监测技术应用场景
变压器在线监测
高压断路器在线监测
输电线路在线监测
配电设备在线监测
监测技术发展趋势
提高运行效率：通过对电力设备的在线监测和故障诊断，优化设备运行状 态，提高运行效率。
在线监测与故障诊断技术在电力设备故障预警 和预防中的作用
预测设备寿命，制定维修计 划，避免突然停机
提高设备运行可靠性，减少 非计划停机时间
实时监测设备运行状态，及 时发现潜在故障
为故障诊断提供数据支持， 辅助技术人员快速定位故障
电力设备在线监测与故障诊断的应 用
在线监测与故障诊断在电力系统中的重要性
提高电力设备运行可靠性：通过实时监测和故障诊断，及时发现并解 决潜在问题，降低设备故障率，提高运行稳定性。
延长设备使用寿命：及早发现设备异常，采取相应措施，可有效延 长设备使用寿命，降低更换成本。
提高电力系统的安全性能：在线监测与故障诊断能够及时发现并预警 潜在的安全隐患，保障电力系统的安全稳定运行。
输电线路行波故障定位技术及其应用
输电线路行波故障定位技术及其应用输电线路是电力系统的重要组成部分，其安全稳定运行对于保障电网供电可靠性至关重要。
然而，在输电过程中可能会发生各种故障，其中的行波故障是一种常见且严重的故障类型。
为了及时准确地定位行波故障，保障电网的稳定运行，研究人员和工程师们提出了多种行波故障定位技术，并将其广泛应用于电力系统中。
本文将从行波故障的基本概念入手，介绍行波故障定位的原理、方法及其应用情况。
一、行波故障定位技术的基本概念行波故障（Travelling wave fault）是指当输电线路发生故障时，在正常运行电压上以一定速度通过的电压和电流波动现象。
行波故障定位是指通过对行波信号的测量，通过分析行波信号的传播速度、传播路径等特性来确定故障点所在位置的技术。
行波故障定位技术具有定位精度高、实时性强、适用于高压大电流故障等优点。
二、行波故障定位技术的原理和方法1. 行波信号特性分析a. 行波信号的频谱分析：通过对行波信号的频谱特性进行分析，可以得到故障点所产生的频谱成分，从而判断故障类型。
b. 行波信号的传播速度分析：通过测量行波信号在输电线路上的传播速度，可以确定故障点的位置。
2. 行波故障定位方法a. 单端法：通过在故障发生点的一侧测量行波信号，根据行波的传播速度和传播时间计算得到故障点所在位置。
b. 双端法：通过在故障发生点两侧分别测量行波信号，根据行波信号的传播时间差和传播速度计算得到故障点位置。
三、行波故障定位技术的应用情况1. 定位器件的选择与设计a. 行波定位器件的选择：根据定位精度要求和电力系统特点选择合适的行波定位器件。
b. 行波定位器件的设计：根据输电线路的特点和故障类型设计行波定位器件，包括传感器、数据采集与处理装置等。
2. 实时监测与故障跟踪系统a. 行波信号的实时监测：通过在线监测行波信号，及时发现故障并识别故障类型。
b. 故障跟踪系统的建立：通过实时监测行波信号，并结合GIS（地理信息系统）技术等，建立故障跟踪系统，快速准确地定位故障点。
电缆故障定位技术的应用案例
电缆故障定位技术的应用案例在现代社会中，电力供应的稳定性和可靠性对于各个领域的正常运转至关重要。
而电缆作为电力传输的重要载体，其故障的及时定位和修复是保障电力系统正常运行的关键环节。
本文将通过几个实际的应用案例，深入探讨电缆故障定位技术的实际应用效果和重要性。
案例一：城市配电网中的电缆故障定位在某繁华的城市商业区，一次突然的停电事件给众多商家和居民带来了极大的不便。
电力维修人员迅速响应，经过初步排查，确定是一段地下配电网电缆出现了故障。
技术人员首先使用了经典的电桥法进行初步定位。
电桥法是基于电缆的电阻特性来计算故障距离的，虽然相对简单，但对于低阻故障有较好的效果。
通过电桥法，大致确定了故障点在距离变电站约 2 公里的范围内。
然而，由于城市地下管网复杂，电缆敷设路径曲折，单纯依靠电桥法无法精确确定故障位置。
于是，技术人员引入了脉冲反射法。
通过向故障电缆发送脉冲信号，并接收反射回来的信号，根据信号的时间和传播速度，精确计算出故障点的距离。
经过多次测量和分析，最终将故障点锁定在一个狭小的地下管廊内。
在找到故障点附近区域后，技术人员使用了音频感应法进行最后的精确定位。
这种方法通过在电缆一端施加特定频率的音频信号，然后使用感应接收器在地面上探测信号的强度，当信号强度达到最大值时，下方即为故障点。
经过一番努力，终于找到了故障点，原来是电缆由于长期受到地下水的侵蚀，导致绝缘层破损，引发短路故障。
维修人员迅速对故障电缆进行修复，及时恢复了供电，将停电对城市商业和居民生活的影响降到了最低。
案例二：工业厂区的电缆故障定位在一家大型工业厂区，一条为重要生产设备供电的电缆发生故障，导致整个生产线停止运行。
由于生产任务紧迫，需要尽快恢复供电。
技术人员到达现场后，首先对电缆进行了绝缘电阻测试，发现电阻值极低，判断为短路故障。
然后，他们使用了时域反射法（TDR）进行定位。
TDR 类似于脉冲反射法，但能够提供更详细的故障特征信息。
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注意事项：固定太阳能板时，一定要紧固所有安装螺丝。 拆掉抱箍上螺杆的螺母，将抱箍套在电杆上，并把通信终端通过螺杆与抱箍 稍紧连接（抱箍可以在电杆上相对转动），将终端转动到让太阳能板对着正南偏 西 １０ 度方向（旋转角允许偏差正负 １０ 度），然后拧紧连接抱箍与终端的螺丝， 必须确认已经连接牢固。在完成所有连接之后，请确认终端下面的两个天线头完 全从箱体中探出，以保证通信信号强度，通信可靠。
确定故障点是故障抢修中的重要组成部分，现阶段人工查找线路故障的一般 方法是：先查找主干线路，确定无故障后再查找分支线路。对确定无故障的线路， 可以断开分支线断路器后，试着送电，然后逐级查找恢复没有故障的其它线路。 然而，在实际工作中，由于配网距离较长，分支众多，呈网状结构，排查难度非 常大。通过人工巡查往往需要花费大量的人力物力。这是远远满足不了社会各界 对于电力抢修的苛刻要求。在这样的背景下，一种新的故障查找方式应运而生— —输电线路精确故障定位在线监测装置
将带有指示器的托架举起，对准电线向上推，在压簧夹住电线后，拿走带有 托架的操作竿，即可完成安装。
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注意事项：严禁在安装过程中设备底部站人，以免安装不当，指示器脱落砸 伤人员。
通讯式故障指示器的带电拆卸 将托架通过接头螺栓夹在绝缘操作竿上。两侧横销同时横向向外拉，使两侧 挡板自动向上弹起，用手将顶丝拧松至根部，确保外拉横销没有弹出。举起装有 工具的绝缘杆对准线路上的指示器向上顶，横销自动向弹出，然后向下拉，故障 指示器即可拆卸。 注意事项：如需更换故障指示器，请详细记录拆卸的指示器代码和所安装的地 点。 通信终端的安装 通信终端：安装在和故障指示器相同或相邻的电杆上，直接利用抱箍固定， 距离故障指示器小于 １００ 米。 打开包装箱，每个太阳能控制箱都有不同的代码编号，必须按本说明提示的 信息安装。具体安装过程如下： 打开通信终端，开启电源开关，电源控制器指示灯亮、太阳能 板指示灯和负载指示灯正常亮，终端正常，关上终端并锁好。 取下连接太阳能板支架板上的螺丝，固定好太阳能板。
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二、工作原理
输电线路精确故障定位在线监测装置能够通过无线网络，实现对故障信息及 停送电状态等信息实时监测。监控中心通过对前端数据的额统计、分析、拓扑计 算，可以迅速确定故障区域，从而引导工作人员迅速找到故障点。同时，故障新 型也能够通过短消息的方式发送到电力部门的相关人员手机上，大大提升了配网 故障监测的自动化水平。
如下图所示，该系统由通讯式故障指示器、通信终端和工作主站等部分组成， 其中工作主站由信号接收终端、主站软件、计算机和手机组成。
三、功能特点
１、在线运行：直接安装在电力线上。 ２、信号远传：内置无线通信模块，可将动作信号远传至架空通信终端。 ３、识别故障：具有识别短路、接地故障的功能，并可区分永久性故障和瞬时 性故障。 ４、显示方式：翻牌显示或发光显示 ３６０°范围内均可观察，翻牌方式时，显 示牌采用夜视反光技术。 ５、自动复位：故障指示器探头具有延时自动复位或（和）遥控复位的功能， 自动复位时间可由用户指定或出厂前设定；故障发生时自动开始计时，返回时间
四、技术参数
名称
技术指标
通信方式
以太网、串口、无线公网等
故障指示器动作准
大于 ９０％
确率
线路电压
１０ｋＶ
绝缘耐压
１２５ｋＶ
短耐受电流能力
３１．５ｋＡ／２ｓ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
翻牌／闪光夜间可
≥３００ｍ
视距离
翻牌显示可动作次 数
无限次（太阳能取电）
太阳能电池标称功 率
１２Ｗ／１８Ｖ
使用时环境温度范围：－３０℃￣＋７０
℃
使用环境
相对湿度：５％￣１００％ 大气压力：７０ｋＰａ～１０６ｋＰａ 海拔高度：≤２０００ｍ
环境温度最大变化率：１℃／ｍｉｎ
最大绝对湿度：３５ｇ／ｍ３
装置使用寿命
＞１０ 年
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五、效益分析
输电线路精确故障定位在线监测装置利用无线传输，大大减少了工作人员的 工作量，缩短了停电的时间，从而减少了用电损失，提高了配网的可靠性，提高 了作业自动化、信息化水平。
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误差不大于±１０％。 ６、抑制涌流：杜绝合闸励磁涌流引起的误动现象。 ７、防锈耐蚀：结构零件采用防锈防蚀材料。 ８、带电装卸：可带电安装和摘卸，装卸过程不发生误报警。 ９、后备电源：配置太阳能电池板，用以给后备电源充电。后备电源可以维持
通信终端连续 １５ 天工作，不需补充能量。
注意事项：装过程中设备底部站人，以免设备脱落砸伤人员；如果需要生产 厂家更换通信终端，请详细记录拆卸的通信终端代码和所安装的地点。
七、案例图
软件平台界面：
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工作人员正在安装故障指示器：
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安装完成：
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输电线路精确故障定位在线监测装置的应用
一、概述
我国地域辽阔，这决定了我国配网线路的庞大规模。然而，配网线路传输距 离远，沿途地理和气候环境恶劣，在加之我国人口众多，供电压力大的原因。致 使配网线路的故障率颇高。这给老百姓的日常生活带来了极大的困扰，同时，也 影响了企业的生产用电。由此可见，对国民经济的危害是多么的严重。在加强线 路安防的同时，提升故障抢修的效率，已经成为电力部门的工作重点。
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安装前打开通信终端工作电源，确保电源指示灯闪烁才属于正常现象。如果 发现有通信终端异常，请务必将该通信终端的代码信息反馈给生产厂家，并在安 装过程中详细记录安装点信息，以便于厂家及时更换。
结构说明 通讯式故障指示器 通讯式故障指示器安装托架 通讯式故障指示器的带电安装 打开包装箱，每只指示器和通信终端上都有对应的代码编号，分别安装在不 同的地点。请按包装指示和本安装说明逐点安装。具体安装过程如下： 将托架通过接头螺栓紧固在绝缘操作竿上。两侧横销同时横向向外拉，使两 侧挡板自动向上弹起，用手拧紧顶丝，使顶丝顶到底板下方的横杆上，确保底板 在最上端位置固定。将压簧用手搬起，向箭头所指的方搬至塑料弹片的槽中即可。 用同样的方法把另一边压簧勾住。
１、实时监测故障及停送电信息，更加方便快捷，避免事态的进一步扩大； ２、与人工巡查相比，此方式更只需花费前期设备投入资金，维护费用极低， 节省了大量人力物力 ３、缩短了停电时间，减少了用电企业及老百姓对于停电产生的不良影响。 ４、提高了配网的智能化水平，使配网更加安全可靠。
六、安装使用
建议安装地点： 安装在长线路的中段，可判断长线路故障区段； 安装在分支入口处：可判断线路故障是在主干线还是分支； 安装在变电站出口：可判明故障在站内或站外； 安装在电缆与架空线连接处：可区分故障是否在电缆段或是架空线上； 安装在平原或空旷地带，可极大减轻寻线人员的工作压力； 多雨季节，安装在建筑物或树木茂密地带，可极大减少环境对工作的影响； 安装与拆卸过程 每只故障指示器都有一个代码，详细注明了故障指示器通信的编码、所安装 的相位（Ａ、Ｂ、Ｃ）。 比如：１２３４Ａ，代码中的“Ａ”指的是该故障指示器必须安装在 Ａ 相架空线上； 代码中的“１２３４”为故障指示器的 ＩＤ 号码。安装时，必须详细记录此代码。 每台通信终端都有一个代码，代表通信终端的终端地址，现场需要设置参数 时，需要用无线射频工具通过此地址对终端进行设置。安装时，必须详细记录此 代码。 安装前一定要确认通信式故障指示器是否在正常状态（处于未翻牌状态、偶 尔发光属于正常现象）。如果发现有不复位（翻牌显示）的故障指示器请务必将 该故障指示器的代码信息反馈给生产厂家 ，并在安装过程中详细记录安装点信 息。以便于厂家及时更换。