10 kV系统单相接地告警及区域判断装置研制

张旭阳，于 聪，杨月铭，张鹏俏，朱洪广，管文武

(1.国网辽宁省电力有限公司营口供电公司，辽宁 营口 115000；2.国网伊犁伊河供电有限责任公司，新疆 伊宁 835000)

0 引言

当变电站10 kV系统单相接地时，地区调度会进行接地选线，判明接地线路后通知巡线人员巡线处理，同时通知运维人员检查；如果未判断出接地线路，调度将通知运维人员进行接地检查，范围一般为变压器二次套管至10 kV线路出口。确定接地点的排查过程比较费时而且即便运维人员做好防护措施，也很容易误入接地点4 m范围内，可能因跨步电压或者接触高压设备外壳，造成触电事故。因运维人员日常巡视时并不需要穿绝缘靴和带绝缘手套，若恰好遇到某个变电站高压室单相接地，对于未做防护的运维人员来说存在很大的危险。

针对该问题，为避免日常巡视时在不知情的情况进入已单相接地的高压室导致触电以及排查接地点费时且危险性高的情况，迫切需要一种能自动实时监测高压室单相接地情况并且能判断出接地区域的装置，以保证人员人身安全，提高排查效率。

1 装置设计

变电站10 kV系统单相接地监测告警及区域判断装置主要包括跨步电压采集接地端、电压采集模块、主控单元(maintenance control unit，MCU)、电压显示模块、声光告警模块、门禁控制模块、人机交互模块、信息发送模块、电源模块等，其结构如图1所示。

图1 装置结构

跨步电压采集接地端设定在高压室开关柜前、后两侧电缆沟盖板侧下面，并尽可能靠近地表面，每两个接地端为一组，当高压室发生单相接地时两个接地端间的电势差经过折算，转换为该组的跨步电压，且可以根据需要设置多组接地端。接地端通过电缆与电压采集模块连接，通过电压采集模块与MCU相连。电压采集模块可实现多路电压电流采集，并将采集信息传输给MCU。电压显示模块主要通过串口液晶屏实现跨步电压值、接地预判区域、站内后台监控系统主要告警信息、历史数据显示以及修改设定参数等功能。声光告警模块包括了语音播报，运行灯和告警灯。门禁控制模块用于当发生接地告警时闭锁高压室门。信息发送模块用于装置告警时第一时间将告警信息发送至运维人员。人机交互模块为矩阵数字嵌入式键盘，可以进行参数设定、密码输入、历史数据查看、更新运维人员手机号等。电源模块为整个装置提供工作电源。除了跨步电压采集接地端，其他模块整合在主机上。

单相接地监测告警及区域判断装置判定方法具体如下。

(1) 当某10 kV线路单相接地时，站台监控主机会显示10 kV母线PT的3U0越限告警，母线电压两相升高，一相降低。调度会进行选线处理，判明接地线路后通知巡线人员巡线处理，同时通知运维人员到变电站检查该线路是否异常。若接地点为该线路站内出线侧接地，装置会给站内监控主机发出告警信息并且给运维人员短信告警，减轻巡线人员的工作量。

(2) 调度若未能判明接地线路，怀疑为站内接地，则通知运维人员进行站内检查。当变电站高压室内跨步电压越限告警，可判断为变电站高压室内接地，液晶屏显示各接地端跨步电压值，通过几个位置跨步电压值大小可以初步判断为高压室内I母或II母的某处接地，告警信息会第一时间被调度和运行人员收到；若高压室内跨步电压没越限告警，则接地点可能在站内高压室室外主变二次套管至母线间，可缩小检查范围，提高排查效率。

接地告警时，声光告警模块会发出声光告警提醒运维人员做好防护，信息发送模块给运维人员发送短信提醒。主机根据设定逻辑控制高压室门闭锁，如需进入，可在做好个人防护措施后，再通过手动密码解除闭锁，打开高压室门，保证运维人员人身安全。

2 实施步骤

接地端设在高压室I母、II母开关柜前、后两侧电缆沟盖板侧下面(见图2)，并尽可能的靠近地表面，接地端可用铜排或铜柱代替前、后相对的每两个接地端为一组，当高压室发生单相接地时两个接地端间的电位差经过折算，转换为该组的跨步电压，可以根据需要设置N组接地端。接地端通过电缆与电压采集模块连接，经转换后传给MCU。设第i组接地端的距离为Li，电势差为ULi，该组跨步电压UKi=0.8ULi/Li。MCU能将ULi转换为跨步电压UKi，并与变电站后台监控系统交互信息，进而对变电站接地情况作出预判。若监测发生接地，则电压显示模块进行告警和信息显示；声光告警模块发出“系统发生单相接地，谨慎进入，做好防护”等告警语音，运行灯由正常的绿色常亮、告警灯长灭变为告警灯红色闪亮、运行灯常灭；门禁控制模块闭锁高压室门，禁止人员未做好防护措施进入高压室；信息发送模块(4G通信模块)将告警信息通过短信的形式及时发给运维人员以及其他相关人员；人机交互模块在门禁闭锁时手动输入密码解除闭锁，确保人员是在做好安全防护下打开高压室门，以保证运维人员人身安全。

图2 高压室内接地端分布

3 现场应用

该装置已在路南66 kV变电站进行了应用。

3.1 装置告警条件

该装置告警条件如下，任一满足即触发告警。

(1) 变电站后台监控系统显示10 kV母线PT的3U0越限告警，母线电压两相升高，一相降低。

(2) 站内跨步电压越限告警。

3.2 装置具体应用情况

装置在具体使用过程中存在着四种情况，相关告警流程如图3所示。

图3 告警流程

(1) 现变电站多为无人值守变电站，运维人员日常巡视时并不需要穿绝缘靴带绝缘手套，在发生变电站高压室单相接地时，该装置的使用能避免运维人员在不知情的情况下进入接地区域，发生触电危险。

(2) 10 kV系统某条线路单相接地，接地点在变电站外线路上，变电站后台监控系统会显示10 kV母线PT的3U0越限，母线电压两相升高，一相降低的告警信号，调度会进行选线处理，判明接地线路后通知相关人员进行处理。此时站内高压室跨步电压未达到告警值，但变电站后台监控系统会给MCU发送告警信息，使得装置发出短信告警动作“线路单相接地，线路接地点可能在站外”。

(3) 10 kV系统某条线路单相接地，接地点在变电站内高压室的线路出线侧，变电站后台监控系统会显示10 kV母线PT的3U0越限，母线电压两相升高，一相降低的告警信号，调度同样进行响应与处理。此时站内高压室跨步电压达到越限，该装置告警动作，给变电站后台监控系统告警信息并发出短信告警“线路单相接地，接地点可能为站内高压室线路出线侧”，从而减轻巡线人员工作量。

(4) 10 kV系统单相接地，接地点在变电站内主变二次套管至母线间，变电站监控系统会显示10 kV母线PT的3U0越限，母线电压两相升高，一相降低的告警信号，调度未能判明接地线路，怀疑站内接地，通知运维人员进行站内检查。若变电站高压室内跨步电压越限，装置发出告警，电压显示模块显示各接地端跨步电压值，通过几个位置跨步电压值大小可以初步判断接地在高压室内I母或II母第i接地端附近，运维人员收到“高压室内I母或II母第i接地端附近接地”信息；若变电站高压室内跨步电压并没越限，变电站后台监控系统会给MCU发送告警信息，使该装置发出告警信息“接地点可能为室外主变二次套管至母线间”，以缩小检查范围，提高排查处理效率。

4 结束语

变电站10 kV系统单相接地告警及区域判断装置的研制与应用能为运维人员日常巡视中发生的接地故障做出预警，避免误入接地区域，产生跨步电压或接触高压设备外壳造成触电故障，保障了人员人身安全；同时通过该装置的使用，可实现快速准确地判断变电站内部接地情况和接地区域，缩小了人员检查范围，提高了排查效率。