小電流接地故障管理系統及其應用

曹洪飛

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

0 引 言

在3～35kV中壓輸配電供電系統中，為維持供電系統的可靠性，大都采用中性點經消弧線圈或高電阻接地的形式，這種接地方式稱之為小電流接地。在小電流接地形式下，若發生單相接地，系統線電壓仍然可以三相對稱運行而不影響下側用戶各設備的正常工作，其供電方式的可靠性優于中性點直接接地供電系統，但這種非直接接地的方式也會給系統的安全運行帶來一定的威脅。為此，以下筆者據多年從事電氣運行和檢修維護作業的經驗，談談小電流接地系統的常見故障、故障處理以及其固有缺陷，并對小電流接地故障管理系統及其應用作一簡介。

1 小電流接地系統常見故障

（1）發生一相（如A相）完全接地，接地相電壓降至0，正常相電壓升高，電壓互感器開口三角處出現100V的電壓值，選線系統發出報警信號，實際生產中這種情況較為少見。絕大部分接地為不完全接地（如高電阻、電弧等），若發生這類接地故障，故障相電壓值會據接地情況不同而發生變化，非故障相電壓也會依據情況而變，此時系統中消弧線圈會產生容性電流進行補償，若電纜絕緣不能恢復，則會被再次擊穿，如此反復，甚至引起相間短路，導致事故擴大化。

（2）測量元件故障所引起的接地故障，多見于電壓互感器斷線或熔斷件熔斷等，此時故障相電壓有所降低，其他相的電壓為相電壓，電壓互感器三角處會有一個35V的電壓值去啟動繼電器，發出接地報警，此時只要對測量用互感器進行檢修或更換熔斷件即可處理。

2 小電流接地故障的處理

（1）發生接地故障后，值班人員應根據設備運行狀況作出判斷，弄清情況后報告上級電調和有關負責人員，然后查找具體接地線路和設備。

（2）檢查站內各項電壓指示，查看各用電設備有無故障現象，并根據電壓指示和設備故障對接地位置進行判斷；如果無法找出故障點，需考慮線路問題，查找線路時，考慮將電網進行分割，從而判斷出接地區域；操作線路時，應首先試拉次要設備或空載線路，對重要設備可通過轉移負荷來進行接地點查找。

（3）如果經過以上查找，故障點仍未找到，此時就需要考慮兩條線路同時接地或母線接地的情況了，可以按一定順序選切線路，選切時關注各相相電壓指示的變化情況，如果選切完成后各相相電壓值沒有變化，則可能是站內設備接地。

3 小電流接地系統的固有缺陷

中性點不直接接地的運行方式雖有很多優點，但筆者總結多年的運行經驗，并從近年來中壓輸配電系統的發展情況來看，中性點不直接接地的小電流接地系統存在一些固有缺陷，具體如下。

（1）若發生一相接地，正常相電壓升高，特別是間歇性的弧光接地，接地相電壓可以升高數倍，引起絕緣擊穿，使事故擴大化；與中性點接地系統相比，小電流接地系統易引起高壓振蕩，進而導致各種過電壓事故。

（2）當發生弧光接地時，還可能使PT鐵芯飽和，從而導致過負荷燒毀，同時其導致的全系統過壓還會破壞整個系統的安全運行。

（3）小電流接地系統發生接地故障時，最主要的現象就是相電壓的變化，而現有的選線系統多是基于各支路零序電容電流的大小、方向的區別進行分析而確定的，但現實是零序電流的值很小，且極易受到各種干擾，難以快速認定故障線路，從而導致該類選線系統的準確率較低。

4 單相接地故障管理系統介紹

隨著科學技術的不斷發展和進步，各種先進的診斷技術和設備層出不窮，原有監測設備的精度和準確性也得到了不同程度的提升，利用現有的多項技術已能對單相接地進行準確地判斷了。

4.1 MXJD單相接地故障管理系統概況

MXJD單相接地故障管理系統是針對中性點不直接接地系統而開發的，適用于各類發電和用電單位；實際應用中具有較強的通用性和靈活性，適用于3～35kV中壓配電中性點不接地系統，用戶可通過不同的組裝配置來滿足現場的需求；其模擬交流信號采用數字化傳輸，從而克服了以往小電流選線系統接地點阻抗變化較大、現場情況復雜、零序電流弱、電磁干擾等多種不利因素的影響，能較快地選出單相接地故障線路；另外，MXJD單相接地故障管理系統還提供臨時接地故障、永久性接地故障2種故障處理方法，既可保證供電的可靠性，又可解決設備運行的安全性問題。

4.2 MXJD單相接地故障管理系統工作原理

MXJD單相接地故障管理系統（其應用原理示意見圖1）通過從接地變壓器引出的中性點與高壓可控硅串聯之后與地相接，當供電系統某一路發生接地故障后，中性點電位隨之升高，該電位信號會傳輸至主控制器，主控制器便觸發可控硅導通，于是故障支路流過一個可控的零序電流，故障支路脈沖式零序電流互感器（CT）監測到該脈沖電流后，通過信號采集單元發送至主控制器，主控制器據此判斷出故障支路、故障類型、故障時間等；同時，MXJD單相接地故障管理系統可以根據接地的性質采用不同的工作方式，讓消弧線圈與真空接觸器配合，并對系統進行保護，從而使系統的供電可靠性和安全性均得到提高。

圖1 MXJD單相接地故障管理系統應用原理示意

當發生接地故障時，MXJD單相接地故障管理系統在完成選線的同時啟動故障相真空接觸器，該接觸器通過轉移流過故障相的高頻接地電容電流消除系統弧光過電壓，之后對消弧線圈進行調諧，打開故障相的真空接觸器，在此過程中，流經消弧線圈的電感電流與單相接地時的電容電流相抵消，從而避免電流再次流經故障點，起到防止發生相間短路以及真空接觸器開合產生的操作過電壓；若故障消除，MXJD單相接地故障管理系統退出消弧線圈，反之系統會再次啟動真空接觸器轉移故障電流，退出消弧線圈，保證系統約2h的供電。

4.3 MXJD單相接地故障管理系統的特點及功能

MXJD單相接地故障管理系統綜合了中性點不接地系統和中性點有效接地系統兩者的優點，既具備中性點不接地系統的用電可靠性，又解決了弧光過電壓對系統帶來的安全隱患。另外，MXJD單相接地故障管理系統主控制器采用DSP技術，反應速度可提至20ms以內，可控硅的導通時間僅為工頻的半個周波，采用的相控原理對供電系統毫無影響，且其使用簡單、安全可靠性高，可以從站內直流系統直接接220V、110V、48V、24V電源使用；對于不同用戶，可以采取不同的工作方式，讓觸點消弧和消弧線圈互相配合，有效提高供電質量；另外，由于其能瞬時放大接地電流信號，其自身準確率也得到大幅提升，且在系統有故障發生時可以對電壓值進行全過程監測。

MXJD單相接地故障管理系統可實現的功能較為全面，其主要功能有金屬接地告警、弧光接地動作、低電壓告警、過電壓告警、電壓不平衡告警、PT斷線自診斷、控制器異常管理等；此外，其自身具有的記錄追憶功能還可以保存32個動作、32個事件、16個錄波，并不會因掉電或復位而消失，從而可很好地滿足用戶定位查找事故原因的需要。

5 單相接地故障管理系統應用實例

筆者曾供職于一化工企業，由于該企業電纜所處生產環境較為惡劣，均存在不同程度的老化，加之使用時間較長，曾發生過數次單相接地故障，由于原小電流選線系統比較陳舊，始終無法將故障線路選出進行補償。2018年初，該企業4＃循環水泵電纜線路發生單相接地故障，其產生的過電壓導致相間絕緣被破壞，進而引發相間短路，電纜一路從設備現場損壞到高壓室，其產生的火花還將同層架設的其他高壓電纜和低壓電纜燒壞，而且由于種種原因該循環水泵所在斷路器沒有及時跳閘，進而導致其上級斷路器跳閘，造成整個企業停產近1個月，經濟損失巨大。之后，該企業于2018年8月采用單相接地故障管理系統進行了全面的升級改造。

MXJD單相接地故障管理系統建成后，2019年4月某日23：35，該企業自備電站變電站蜂鳴器發出警報，與此同時，該變電站二段母線PT開口三角處測得電壓為56V，2＃偏磁式消弧線圈中性點電壓測量值為52.6V，超過正常啟動電壓30V，故障指示燈亮起。種種跡象表明，現場設備發生了單相接地故障，隨即現場值班人員調取新投運不久的MXJD單相接地故障管理系統查看報警頁面，頁面顯示持續時間5min，選線結果為06404線路8，備選線路為06415；隨即該變電站值班人員與工藝生產人員協商后，按照小電流選線系統提示立即停運6＃循環水泵（即線路06404），停機后，警報消除，消弧線圈停止補償，各綜保裝置均恢復正常。隨后，電氣值班人員對6＃循環水泵進行絕緣測量，其對地絕緣值顯示為0，進一步驗證了MXJD接地故障管理系統的準確性。判定出故障設備后，該企業連夜組織開展了對該設備的檢修維護。

6 結束語

如今，隨著大型廠區智能化水平的不斷提升，對供電系統的安全性和穩定性提出了更高的要求和標準，而大型廠區特別是大中型化工企業，由于部分線路和設備運行環境較為惡劣，極易出現系統單相接地故障，如果不能及時將故障線路查找出來并從系統中予以切除，極易發生絕緣擊穿而導致事故進一步擴大，影響安全生產。為減少單相接地故障給電網運行帶來的不良影響，不僅要求運維人員熟悉有關規程，了解設備的運行狀況，在實踐中不斷地總結經驗，加強配電線路的維護管理，提高配電線路檢修人員的技術水平，還需通過專業的儀器設備幫助檢修人員更快、更準確地發現接地點或接地設備，從而縮短查找接地故障的時間。

總之，電力供電線路是大型智能化廠區的核心基礎設施，其在實際運行過程中的安全性、可靠性和穩定性十分重要。隨著科學技術的發展和進步，通過向標準化、自動化和智能化方向發展，將有效處理好生產中遇到的各種故障現象，在保證順利生產的同時提高企業的經濟效益。