低壓配網(wǎng)剩余電流保護(hù)運(yùn)行現(xiàn)狀及相關(guān)措施分析

陳航宇 李天友 楊智奇

低壓配網(wǎng)剩余電流保護(hù)運(yùn)行現(xiàn)狀及相關(guān)措施分析

陳航宇1李天友1楊智奇2

（1. 廈門理工學(xué)院電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361024； 2. 福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108）

在低壓配電網(wǎng)中主要采用剩余電流保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)觸電保護(hù)，但是現(xiàn)有的實(shí)際投運(yùn)率并不高，運(yùn)行效果不明顯。針對(duì)此問題，本課題組在福建省部分地區(qū)展開調(diào)研，分析運(yùn)行存在的主要問題，針對(duì)性地提出技術(shù)管理措施，同時(shí)就這方面的技術(shù)研發(fā)提出建議。

剩余電流保護(hù)裝置；觸電保護(hù)；投運(yùn)率

0 引言

近年來，低壓配電網(wǎng)故障引起人身觸電、電氣火災(zāi)等事故時(shí)有發(fā)生。在低壓配電網(wǎng)中，主要采用剩余電流保護(hù)裝置（residual current protective device, RCD）（俗稱漏保），來實(shí)現(xiàn)觸電保護(hù)[1-2]。目前因種種原因，RCD的實(shí)際投運(yùn)率并不高[3-4]。本文通過實(shí)地調(diào)研福建省部分低壓配電網(wǎng)，從配電線路絕緣現(xiàn)狀、接地型式、RCD的安裝運(yùn)行情況、泄漏電流實(shí)測等方面開展現(xiàn)場調(diào)研，分析存在的主要問題，提出切實(shí)可行的管理與技術(shù)措施，并就這方面的技術(shù)研發(fā)提出建議。

1 低壓配電網(wǎng)RCD運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)研

通過對(duì)福建部分地區(qū)的現(xiàn)場展開調(diào)研來了解現(xiàn)場低壓接地型式，查看RCD實(shí)際安裝情況，并對(duì)現(xiàn)場泄漏電流進(jìn)行測試。

1.1 低壓系統(tǒng)接地方式

根據(jù)電源中性點(diǎn)與地的關(guān)系以及用電設(shè)備金屬外殼與地的關(guān)系分類，可將低壓系統(tǒng)接地方式分為TT接地、TN接地。其中TN系統(tǒng)又根據(jù)保護(hù)線和中性線的組合情況細(xì)分為TN-C、TN-S、TN-C-S 3種[5-6]。

目前市區(qū)新建住宅小區(qū)以TN-S系統(tǒng)為主，市區(qū)老舊站房以TN-C-S系統(tǒng)為主，架空臺(tái)區(qū)以TT系統(tǒng)為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村除少數(shù)地區(qū)以TN-C接線外，其他地區(qū)以TT為主。

1.2 RCD的配置情況

對(duì)于TT、TN-C、TN-C-S、TN-S不同接地方式下的剩余電流保護(hù)裝置配置要求如下：

1）TT系統(tǒng)裝設(shè)總保、中保和戶保。

2）TN-S系統(tǒng)一般采用電纜供電，不強(qiáng)制裝設(shè)總保和中級(jí)保護(hù)，只有在線路易發(fā)生漏電的情況下裝設(shè)，應(yīng)裝設(shè)戶保。

3）TN-C系統(tǒng)不裝設(shè)總保（因中性線重復(fù)接地，故裝設(shè)總保也無法運(yùn)行），對(duì)末端形成的局部的TT系統(tǒng)可裝設(shè)中級(jí)保護(hù)、戶保。

4）TN-C-S系統(tǒng)不裝設(shè)總保，中級(jí)保護(hù)在線路易發(fā)生漏電的情況下裝設(shè)，裝設(shè)戶保。

總保及中保均屬于延時(shí)性漏保，延時(shí)型漏保跳閘包含三要素，即漏電流幅值、分?jǐn)鄷r(shí)間、不動(dòng)作時(shí)間（極限不驅(qū)動(dòng)時(shí)間）。戶保屬于速斷型漏保，跳閘要素為漏電流幅值。具體見表1。

表1 剩余電流保護(hù)裝置整定值

1.3 現(xiàn)場調(diào)研情況

1）現(xiàn)場漏電排查

現(xiàn)場進(jìn)行漏電排查，如圖1所示。使用便攜式鉗形萬用表首先對(duì)臺(tái)區(qū)總出線側(cè)進(jìn)行漏電檢測，查看整個(gè)臺(tái)區(qū)的總漏電情況；接著再查找分支側(cè)和用戶側(cè)線路的漏電情況，然后判定分支側(cè)和用戶側(cè)是否發(fā)生漏電；最后逐步縮小范圍，直到找到漏電點(diǎn)為止。

圖1 現(xiàn)場漏電排查

2）泄漏電流現(xiàn)場實(shí)測

查看剩余電流保護(hù)裝置運(yùn)行情況，并現(xiàn)場實(shí)測泄漏電流。

（1）某臺(tái)區(qū)1為TT接地方式，總保已投入運(yùn)行，中保投運(yùn)情況：共118戶，投運(yùn)108戶，投運(yùn)率為91.53%，現(xiàn)場實(shí)測總保泄漏電流為75mA，如圖2所示。

（2）某臺(tái)區(qū)2為TN-C接地方式，總保未投入運(yùn)行，中保投運(yùn)情況：共126戶，投運(yùn)101戶，投運(yùn)率為80.16%，現(xiàn)場測得一級(jí)泄漏電流為96mA，二級(jí)泄漏電流為4.72mA，如圖3所示。

部分臺(tái)區(qū)RCD投運(yùn)情況及泄漏電流現(xiàn)場實(shí)測詳見表2。

圖2 臺(tái)區(qū)1泄漏電流實(shí)測

圖3 臺(tái)區(qū)2泄漏電流實(shí)測

3）剩余電流保護(hù)裝置安裝情況

（1）總保。目前總保被安裝于JP柜分支路（配置相應(yīng)的總保在線監(jiān)控系統(tǒng)），將其額定剩余動(dòng)作電流設(shè)置為300mA及以上，最大分?jǐn)鄷r(shí)間為0.5s或者0.3s，起到間接保護(hù)人身的效果。

（2）中保。目前各地區(qū)中保安裝位置不一致。2015年前，中保隨表箱招標(biāo)一起配置，裝設(shè)于電表開關(guān)前，整定值為100mA，最大分?jǐn)鄷r(shí)間為0.3s；2016年后，中保裝設(shè)于電表箱之后，整定值為50mA，最大分?jǐn)鄷r(shí)間為0.2s。現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地市公司的中保整定值為50mA或30mA，最大分?jǐn)鄷r(shí)間為0.1s，中保裝設(shè)的位置及整定值要求不統(tǒng)一，個(gè)別中保存在被解除的現(xiàn)象。

表2 部分RCD投運(yùn)情況及泄漏電流現(xiàn)場實(shí)測

（3）戶保。戶保被安裝在用戶進(jìn)線處或內(nèi)部配電箱處，其額定剩余動(dòng)作電流設(shè)置為30mA及以下，起到直接保護(hù)人身觸電的效果。目前市區(qū)新建住宅小區(qū)基本都安裝到位，但城郊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)用戶由于內(nèi)部線路老化等問題造成戶保無法投運(yùn)。

三級(jí)保護(hù)系統(tǒng)RCD具體安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 三級(jí)保護(hù)系統(tǒng)RCD具體安裝位置示意圖

2 低壓配網(wǎng)及其RCD運(yùn)行存在問題分析

2.1 低壓配電線路絕緣老化問題

部分臺(tái)區(qū)低壓主干和分支線路、接戶線、進(jìn)戶線線路老舊破損，絕緣水平較低，泄漏電流通過絕緣子、樹木、建筑物外墻并通過接地點(diǎn)流入大地，再流回變壓器接地中性點(diǎn)，由于泄漏電流大，導(dǎo)致RCD保護(hù)出現(xiàn)頻繁動(dòng)作。

線路老化是指電線絕緣層老化，失去絕緣功能，絕緣老化的速度與絕緣結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝、運(yùn)行環(huán)境、所受電壓、負(fù)荷情況等有密切關(guān)系。線路絕緣性能損壞產(chǎn)生非正常泄漏電流主要有以下幾個(gè)原因[7]：

1）使用時(shí)間過長，絕緣老化失效。尤其是農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，相當(dāng)一部分用戶由于內(nèi)部線路老化泄漏電流過大等原因造成戶保無法投運(yùn)。

2）線路受潮濕、高溫、多塵、腐蝕性等惡劣環(huán)境影響，導(dǎo)致絕緣性能降低，泄漏電流增大，造成RCD頻繁跳閘。

3）接頭未完全絕緣或線路絕緣受到機(jī)械性損傷（如摩擦、動(dòng)物啃咬等）導(dǎo)致絕緣失效。

4）線路經(jīng)常過電流運(yùn)行，絕緣受熱作用損壞。

2.2 線路共零、串零問題

1）市政串零問題。個(gè)別TT臺(tái)區(qū)存在不同臺(tái)區(qū)之間零線串接問題，主要由跨越臺(tái)區(qū)的通信線、廣電線和市政監(jiān)控線與低壓干支線搭掛，局部由于破損、絕緣老化等問題存在漏電。跨越不同臺(tái)區(qū)且本身與公網(wǎng)路燈線共零，導(dǎo)致臺(tái)區(qū)變臺(tái)側(cè)和低壓干支線上泄漏電流較大，造成總保難以投運(yùn)、臺(tái)區(qū)漏電整治困難。

2）路燈共零問題。部分路燈專變低壓線路的零線借用同桿架設(shè)公變的零線，形成了保護(hù)線路和未保護(hù)線路（路燈相線）之間的跨接，夜間路燈開起后，RCD檢測到從路燈相線回流的電流，導(dǎo)致誤跳閘[8]。

3）用戶共零問題。個(gè)別TT臺(tái)區(qū)和TN-C臺(tái)區(qū)存在不同表箱之間和集中表箱內(nèi)不同戶表之間零線共用的問題（其表箱出線端漏電流較大，往往達(dá)到2A以上），導(dǎo)致表箱出線側(cè)中保難以投運(yùn)。

2.3 線路混接問題

1）對(duì)于TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，在用戶側(cè)有出現(xiàn)N線與PE線混用的問題。RCD檢測到從PE線流回電源的設(shè)備工作電流，將其誤判為泄漏電流，導(dǎo)致誤跳閘。同時(shí)，外殼帶有N線的電壓，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）對(duì)于TT系統(tǒng)，同一臺(tái)區(qū)的用戶設(shè)備外殼存在不接保護(hù)線，接地保護(hù)、接零保護(hù)混用的現(xiàn)象，這些做法可能使得某個(gè)臺(tái)區(qū)所有接零設(shè)備外殼都帶有電壓，并且設(shè)備外殼帶電將引起持續(xù)泄漏電流，影響RCD的投運(yùn)[8-9]，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 中保安裝問題

1）部分用戶家里內(nèi)部漏電或私自改接零線，其表箱出線側(cè)的中保漏電流較大，導(dǎo)致中保頻繁跳閘，用戶若拒不整改本身內(nèi)部漏電或接線的問題，私自解除表箱出線的中保，則當(dāng)同一個(gè)臺(tái)區(qū)該類用戶增加到一定程度時(shí)，就會(huì)引起總保頻跳閘，造成臺(tái)區(qū)總保無法投運(yùn)。

2）少數(shù)用戶內(nèi)部漏電導(dǎo)致中保頻繁跳閘，使大量用戶頻繁投訴，供電部門受制于優(yōu)質(zhì)服務(wù)壓力，被迫解除表箱出線中保。

2.5 雷擊引發(fā)RCD跳閘問題

低壓線路配電箱與用戶用電設(shè)備一般都裝有避雷器或浪涌保護(hù)裝置。研究資料表明，實(shí)際應(yīng)用中配電線路遭受直接雷擊過電壓的概率很低，引發(fā)配電線路雷擊過電壓的大部分是感應(yīng)雷擊過電壓和雷電侵入波引發(fā)的過電壓。在雷擊時(shí)防雷裝置動(dòng)作，造成線路泄漏電流瞬間增加，導(dǎo)致上游RCD誤動(dòng)。

3 相關(guān)措施

近年來，福建電網(wǎng)針對(duì)低壓配電網(wǎng)薄弱、現(xiàn)有RCD實(shí)際投運(yùn)率不高、觸電風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較多等問題，進(jìn)一步加強(qiáng)低壓配電網(wǎng)絕緣化改造、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和規(guī)范化運(yùn)維，推動(dòng)建立剩余電流監(jiān)測保護(hù)平臺(tái)，加大推進(jìn)低壓配電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)整治工作。

結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行情況以及存在的問題，可以從技術(shù)管理和加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā)兩個(gè)方面來提高RCD實(shí)際運(yùn)行效率。

3.1 技術(shù)管理措施

1）對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長的線路，加強(qiáng)線路泄漏電流的檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除漏電故障。一旦發(fā)現(xiàn)絕緣老化嚴(yán)重的線路，就及時(shí)整治。對(duì)于新建臺(tái)區(qū)，加強(qiáng)導(dǎo)線固定、絕緣子、表箱接入點(diǎn)彎頭設(shè)計(jì)等方面安裝質(zhì)量要求，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化工藝落實(shí)到位，同時(shí)推廣建設(shè)配變、低壓配電網(wǎng)全絕緣化等措施。

2）整治線路共零、串零問題，通過協(xié)調(diào)有關(guān)市政、路燈、通信等部門進(jìn)行線路改造。

3）規(guī)范用電設(shè)備的保護(hù)接地。同一臺(tái)區(qū)的用電設(shè)備不允許將接地和接零保護(hù)混用，以降低觸電風(fēng)險(xiǎn)，避免出現(xiàn)RCD誤跳閘等問題。

4）由政府相關(guān)部門出臺(tái)相應(yīng)政策，促成用戶側(cè)戶保安裝的100%全覆蓋。

5）安裝防雷保護(hù)裝置，在配變臺(tái)架綜合配電箱、表箱進(jìn)線側(cè)加裝浪涌保護(hù)器。

6）定期舉辦培訓(xùn)，提升運(yùn)維人員技術(shù)水平，同時(shí)在實(shí)際工作過程中構(gòu)建更加科學(xué)合理的管理方式，劃分責(zé)任區(qū)域，落實(shí)責(zé)任，強(qiáng)化考核。

3.2 相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

1）建立剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)。通過剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測來跟蹤線路剩余電流的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)RCD的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，使運(yùn)維人員及時(shí)獲取各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行信息、動(dòng)作信息，及時(shí)了解線路絕緣與RCD運(yùn)行狀況，對(duì)線路與RCD進(jìn)行有針對(duì)性的運(yùn)行維護(hù)，提高泄漏電流排查工作的效率[10-11]。此外，重視開展剩余電流監(jiān)測專題分析工作，進(jìn)行RCD監(jiān)測裝置深化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)總保在線監(jiān)測全覆蓋。

2）RCD性能的研究與完善。近年來，很多國內(nèi)學(xué)者針對(duì)提高RCD的性能開展研究：有全電流敏感型RCD[12]、鑒幅鑒相型RCD[13]、具有自檢功能RCD[14]、具有自主學(xué)習(xí)功能RCD[15]、具有自動(dòng)重合閘功能RCD[16]、具有自適應(yīng)功能RCD[17]、具有直流分量檢測功能RCD[18]等。產(chǎn)品逐漸從單一化功能向智能化發(fā)展，但目前市場上還沒有滿足預(yù)期可靠性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。因此，進(jìn)一步提高觸電保護(hù)技術(shù)水平，提高RCD的安全性、可靠性、智能化，推動(dòng)整體技術(shù)及成熟產(chǎn)品的市場推廣與應(yīng)用是當(dāng)下的一個(gè)重點(diǎn)[19-20]工作。

4 結(jié)論

在低壓配電網(wǎng)中，RCD可以有效降低人身觸電風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)RCD現(xiàn)場運(yùn)行情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場運(yùn)行中存在諸多問題影響了實(shí)際應(yīng)用效果，故必須采取措施加以解決。此外，隨著分布式電源的發(fā)展，配電網(wǎng)已經(jīng)有源化，即逐步發(fā)展成為有源配電網(wǎng)，這對(duì)現(xiàn)有的剩余電流保護(hù)裝置提出了新的要求，因此必須進(jìn)一步加速研究，推廣應(yīng)用新型觸電保護(hù)技術(shù)與產(chǎn)品，以適應(yīng)有源配電網(wǎng)的觸電保護(hù)。

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Analysis of current operation status and relevant measures of low-voltage distribution network residual current protection

CHEN Hangyu1LI Tianyou1YANG Zhiqi2

(1. College of Electrical Engineering and Automation, Xiamen University of Technology, Xiamen, Fujian 361024; 2. College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108)

In low-voltage distribution network, residual current protection ismAinly used to achieve electric shock protection. However, the actual operation rate of the existing RCD is not high, and the operation effect is not obvious. In response to this problem, the research team conducted a survey in some areas of Fujian Province, analyzed themAin problems in operation, and put forward technicalmAnagement measures in a targetedmAnner, and at the same timemAde suggestions on technology research and development in this area.

residual current protection device; electric shock protection; operation rate

2020-06-30

2020-07-15

陳航宇（1996—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈蛪号潆娋W(wǎng)人身觸電保護(hù)。