小电流接地故障管理系统及其应用

曹洪飞

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

0 引 言

在3～35kV中压输配电供电系统中，为维持供电系统的可靠性，大都采用中性点经消弧线圈或高电阻接地的形式，这种接地方式称之为小电流接地。在小电流接地形式下，若发生单相接地，系统线电压仍然可以三相对称运行而不影响下侧用户各设备的正常工作，其供电方式的可靠性优于中性点直接接地供电系统，但这种非直接接地的方式也会给系统的安全运行带来一定的威胁。为此，以下笔者据多年从事电气运行和检修维护作业的经验，谈谈小电流接地系统的常见故障、故障处理以及其固有缺陷，并对小电流接地故障管理系统及其应用作一简介。

1 小电流接地系统常见故障

（1）发生一相（如A相）完全接地，接地相电压降至0，正常相电压升高，电压互感器开口三角处出现100V的电压值，选线系统发出报警信号，实际生产中这种情况较为少见。绝大部分接地为不完全接地（如高电阻、电弧等），若发生这类接地故障，故障相电压值会据接地情况不同而发生变化，非故障相电压也会依据情况而变，此时系统中消弧线圈会产生容性电流进行补偿，若电缆绝缘不能恢复，则会被再次击穿，如此反复，甚至引起相间短路，导致事故扩大化。

（2）测量元件故障所引起的接地故障，多见于电压互感器断线或熔断件熔断等，此时故障相电压有所降低，其他相的电压为相电压，电压互感器三角处会有一个35V的电压值去启动继电器，发出接地报警，此时只要对测量用互感器进行检修或更换熔断件即可处理。

2 小电流接地故障的处理

（1）发生接地故障后，值班人员应根据设备运行状况作出判断，弄清情况后报告上级电调和有关负责人员，然后查找具体接地线路和设备。

（2）检查站内各项电压指示，查看各用电设备有无故障现象，并根据电压指示和设备故障对接地位置进行判断；如果无法找出故障点，需考虑线路问题，查找线路时，考虑将电网进行分割，从而判断出接地区域；操作线路时，应首先试拉次要设备或空载线路，对重要设备可通过转移负荷来进行接地点查找。

（3）如果经过以上查找，故障点仍未找到，此时就需要考虑两条线路同时接地或母线接地的情况了，可以按一定顺序选切线路，选切时关注各相相电压指示的变化情况，如果选切完成后各相相电压值没有变化，则可能是站内设备接地。

3 小电流接地系统的固有缺陷

中性点不直接接地的运行方式虽有很多优点，但笔者总结多年的运行经验，并从近年来中压输配电系统的发展情况来看，中性点不直接接地的小电流接地系统存在一些固有缺陷，具体如下。

（1）若发生一相接地，正常相电压升高，特别是间歇性的弧光接地，接地相电压可以升高数倍，引起绝缘击穿，使事故扩大化；与中性点接地系统相比，小电流接地系统易引起高压振荡，进而导致各种过电压事故。

（2）当发生弧光接地时，还可能使PT铁芯饱和，从而导致过负荷烧毁，同时其导致的全系统过压还会破坏整个系统的安全运行。

（3）小电流接地系统发生接地故障时，最主要的现象就是相电压的变化，而现有的选线系统多是基于各支路零序电容电流的大小、方向的区别进行分析而确定的，但现实是零序电流的值很小，且极易受到各种干扰，难以快速认定故障线路，从而导致该类选线系统的准确率较低。

4 单相接地故障管理系统介绍

随着科学技术的不断发展和进步，各种先进的诊断技术和设备层出不穷，原有监测设备的精度和准确性也得到了不同程度的提升，利用现有的多项技术已能对单相接地进行准确地判断了。

4.1 MXJD单相接地故障管理系统概况

MXJD单相接地故障管理系统是针对中性点不直接接地系统而开发的，适用于各类发电和用电单位；实际应用中具有较强的通用性和灵活性，适用于3～35kV中压配电中性点不接地系统，用户可通过不同的组装配置来满足现场的需求；其模拟交流信号采用数字化传输，从而克服了以往小电流选线系统接地点阻抗变化较大、现场情况复杂、零序电流弱、电磁干扰等多种不利因素的影响，能较快地选出单相接地故障线路；另外，MXJD单相接地故障管理系统还提供临时接地故障、永久性接地故障2种故障处理方法，既可保证供电的可靠性，又可解决设备运行的安全性问题。

4.2 MXJD单相接地故障管理系统工作原理

MXJD单相接地故障管理系统（其应用原理示意见图1）通过从接地变压器引出的中性点与高压可控硅串联之后与地相接，当供电系统某一路发生接地故障后，中性点电位随之升高，该电位信号会传输至主控制器，主控制器便触发可控硅导通，于是故障支路流过一个可控的零序电流，故障支路脉冲式零序电流互感器（CT）监测到该脉冲电流后，通过信号采集单元发送至主控制器，主控制器据此判断出故障支路、故障类型、故障时间等；同时，MXJD单相接地故障管理系统可以根据接地的性质采用不同的工作方式，让消弧线圈与真空接触器配合，并对系统进行保护，从而使系统的供电可靠性和安全性均得到提高。

图1 MXJD单相接地故障管理系统应用原理示意

当发生接地故障时，MXJD单相接地故障管理系统在完成选线的同时启动故障相真空接触器，该接触器通过转移流过故障相的高频接地电容电流消除系统弧光过电压，之后对消弧线圈进行调谐，打开故障相的真空接触器，在此过程中，流经消弧线圈的电感电流与单相接地时的电容电流相抵消，从而避免电流再次流经故障点，起到防止发生相间短路以及真空接触器开合产生的操作过电压；若故障消除，MXJD单相接地故障管理系统退出消弧线圈，反之系统会再次启动真空接触器转移故障电流，退出消弧线圈，保证系统约2h的供电。

4.3 MXJD单相接地故障管理系统的特点及功能

MXJD单相接地故障管理系统综合了中性点不接地系统和中性点有效接地系统两者的优点，既具备中性点不接地系统的用电可靠性，又解决了弧光过电压对系统带来的安全隐患。另外，MXJD单相接地故障管理系统主控制器采用DSP技术，反应速度可提至20ms以内，可控硅的导通时间仅为工频的半个周波，采用的相控原理对供电系统毫无影响，且其使用简单、安全可靠性高，可以从站内直流系统直接接220V、110V、48V、24V电源使用；对于不同用户，可以采取不同的工作方式，让触点消弧和消弧线圈互相配合，有效提高供电质量；另外，由于其能瞬时放大接地电流信号，其自身准确率也得到大幅提升，且在系统有故障发生时可以对电压值进行全过程监测。

MXJD单相接地故障管理系统可实现的功能较为全面，其主要功能有金属接地告警、弧光接地动作、低电压告警、过电压告警、电压不平衡告警、PT断线自诊断、控制器异常管理等；此外，其自身具有的记录追忆功能还可以保存32个动作、32个事件、16个录波，并不会因掉电或复位而消失，从而可很好地满足用户定位查找事故原因的需要。

5 单相接地故障管理系统应用实例

笔者曾供职于一化工企业，由于该企业电缆所处生产环境较为恶劣，均存在不同程度的老化，加之使用时间较长，曾发生过数次单相接地故障，由于原小电流选线系统比较陈旧，始终无法将故障线路选出进行补偿。2018年初，该企业4＃循环水泵电缆线路发生单相接地故障，其产生的过电压导致相间绝缘被破坏，进而引发相间短路，电缆一路从设备现场损坏到高压室，其产生的火花还将同层架设的其他高压电缆和低压电缆烧坏，而且由于种种原因该循环水泵所在断路器没有及时跳闸，进而导致其上级断路器跳闸，造成整个企业停产近1个月，经济损失巨大。之后，该企业于2018年8月采用单相接地故障管理系统进行了全面的升级改造。

MXJD单相接地故障管理系统建成后，2019年4月某日23：35，该企业自备电站变电站蜂鸣器发出警报，与此同时，该变电站二段母线PT开口三角处测得电压为56V，2＃偏磁式消弧线圈中性点电压测量值为52.6V，超过正常启动电压30V，故障指示灯亮起。种种迹象表明，现场设备发生了单相接地故障，随即现场值班人员调取新投运不久的MXJD单相接地故障管理系统查看报警页面，页面显示持续时间5min，选线结果为06404线路8，备选线路为06415；随即该变电站值班人员与工艺生产人员协商后，按照小电流选线系统提示立即停运6＃循环水泵（即线路06404），停机后，警报消除，消弧线圈停止补偿，各综保装置均恢复正常。随后，电气值班人员对6＃循环水泵进行绝缘测量，其对地绝缘值显示为0，进一步验证了MXJD接地故障管理系统的准确性。判定出故障设备后，该企业连夜组织开展了对该设备的检修维护。

6 结束语

如今，随着大型厂区智能化水平的不断提升，对供电系统的安全性和稳定性提出了更高的要求和标准，而大型厂区特别是大中型化工企业，由于部分线路和设备运行环境较为恶劣，极易出现系统单相接地故障，如果不能及时将故障线路查找出来并从系统中予以切除，极易发生绝缘击穿而导致事故进一步扩大，影响安全生产。为减少单相接地故障给电网运行带来的不良影响，不仅要求运维人员熟悉有关规程，了解设备的运行状况，在实践中不断地总结经验，加强配电线路的维护管理，提高配电线路检修人员的技术水平，还需通过专业的仪器设备帮助检修人员更快、更准确地发现接地点或接地设备，从而缩短查找接地故障的时间。

总之，电力供电线路是大型智能化厂区的核心基础设施，其在实际运行过程中的安全性、可靠性和稳定性十分重要。随着科学技术的发展和进步，通过向标准化、自动化和智能化方向发展，将有效处理好生产中遇到的各种故障现象，在保证顺利生产的同时提高企业的经济效益。