10 kV系統(tǒng)單相接地告警及區(qū)域判斷裝置研制

張旭陽(yáng)，于 聰，楊月銘，張鵬俏，朱洪廣，管文武

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司營(yíng)口供電公司，遼寧 營(yíng)口 115000；2.國(guó)網(wǎng)伊犁伊河供電有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引言

當(dāng)變電站10 kV系統(tǒng)單相接地時(shí)，地區(qū)調(diào)度會(huì)進(jìn)行接地選線，判明接地線路后通知巡線人員巡線處理，同時(shí)通知運(yùn)維人員檢查；如果未判斷出接地線路，調(diào)度將通知運(yùn)維人員進(jìn)行接地檢查，范圍一般為變壓器二次套管至10 kV線路出口。確定接地點(diǎn)的排查過(guò)程比較費(fèi)時(shí)而且即便運(yùn)維人員做好防護(hù)措施，也很容易誤入接地點(diǎn)4 m范圍內(nèi)，可能因跨步電壓或者接觸高壓設(shè)備外殼，造成觸電事故。因運(yùn)維人員日常巡視時(shí)并不需要穿絕緣靴和帶絕緣手套，若恰好遇到某個(gè)變電站高壓室單相接地，對(duì)于未做防護(hù)的運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)存在很大的危險(xiǎn)。

針對(duì)該問(wèn)題，為避免日常巡視時(shí)在不知情的情況進(jìn)入已單相接地的高壓室導(dǎo)致觸電以及排查接地點(diǎn)費(fèi)時(shí)且危險(xiǎn)性高的情況，迫切需要一種能自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓室單相接地情況并且能判斷出接地區(qū)域的裝置，以保證人員人身安全，提高排查效率。

1 裝置設(shè)計(jì)

變電站10 kV系統(tǒng)單相接地監(jiān)測(cè)告警及區(qū)域判斷裝置主要包括跨步電壓采集接地端、電壓采集模塊、主控單元(maintenance control unit，MCU)、電壓顯示模塊、聲光告警模塊、門禁控制模塊、人機(jī)交互模塊、信息發(fā)送模塊、電源模塊等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)

跨步電壓采集接地端設(shè)定在高壓室開(kāi)關(guān)柜前、后兩側(cè)電纜溝蓋板側(cè)下面，并盡可能靠近地表面，每?jī)蓚€(gè)接地端為一組，當(dāng)高壓室發(fā)生單相接地時(shí)兩個(gè)接地端間的電勢(shì)差經(jīng)過(guò)折算，轉(zhuǎn)換為該組的跨步電壓，且可以根據(jù)需要設(shè)置多組接地端。接地端通過(guò)電纜與電壓采集模塊連接，通過(guò)電壓采集模塊與MCU相連。電壓采集模塊可實(shí)現(xiàn)多路電壓電流采集，并將采集信息傳輸給MCU。電壓顯示模塊主要通過(guò)串口液晶屏實(shí)現(xiàn)跨步電壓值、接地預(yù)判區(qū)域、站內(nèi)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)主要告警信息、歷史數(shù)據(jù)顯示以及修改設(shè)定參數(shù)等功能。聲光告警模塊包括了語(yǔ)音播報(bào)，運(yùn)行燈和告警燈。門禁控制模塊用于當(dāng)發(fā)生接地告警時(shí)閉鎖高壓室門。信息發(fā)送模塊用于裝置告警時(shí)第一時(shí)間將告警信息發(fā)送至運(yùn)維人員。人機(jī)交互模塊為矩陣數(shù)字嵌入式鍵盤，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、密碼輸入、歷史數(shù)據(jù)查看、更新運(yùn)維人員手機(jī)號(hào)等。電源模塊為整個(gè)裝置提供工作電源。除了跨步電壓采集接地端，其他模塊整合在主機(jī)上。

單相接地監(jiān)測(cè)告警及區(qū)域判斷裝置判定方法具體如下。

(1) 當(dāng)某10 kV線路單相接地時(shí)，站臺(tái)監(jiān)控主機(jī)會(huì)顯示10 kV母線PT的3U0越限告警，母線電壓兩相升高，一相降低。調(diào)度會(huì)進(jìn)行選線處理，判明接地線路后通知巡線人員巡線處理，同時(shí)通知運(yùn)維人員到變電站檢查該線路是否異常。若接地點(diǎn)為該線路站內(nèi)出線側(cè)接地，裝置會(huì)給站內(nèi)監(jiān)控主機(jī)發(fā)出告警信息并且給運(yùn)維人員短信告警，減輕巡線人員的工作量。

(2) 調(diào)度若未能判明接地線路，懷疑為站內(nèi)接地，則通知運(yùn)維人員進(jìn)行站內(nèi)檢查。當(dāng)變電站高壓室內(nèi)跨步電壓越限告警，可判斷為變電站高壓室內(nèi)接地，液晶屏顯示各接地端跨步電壓值，通過(guò)幾個(gè)位置跨步電壓值大小可以初步判斷為高壓室內(nèi)I母或II母的某處接地，告警信息會(huì)第一時(shí)間被調(diào)度和運(yùn)行人員收到；若高壓室內(nèi)跨步電壓沒(méi)越限告警，則接地點(diǎn)可能在站內(nèi)高壓室室外主變二次套管至母線間，可縮小檢查范圍，提高排查效率。

接地告警時(shí)，聲光告警模塊會(huì)發(fā)出聲光告警提醒運(yùn)維人員做好防護(hù)，信息發(fā)送模塊給運(yùn)維人員發(fā)送短信提醒。主機(jī)根據(jù)設(shè)定邏輯控制高壓室門閉鎖，如需進(jìn)入，可在做好個(gè)人防護(hù)措施后，再通過(guò)手動(dòng)密碼解除閉鎖，打開(kāi)高壓室門，保證運(yùn)維人員人身安全。

2 實(shí)施步驟

接地端設(shè)在高壓室I母、II母開(kāi)關(guān)柜前、后兩側(cè)電纜溝蓋板側(cè)下面(見(jiàn)圖2)，并盡可能的靠近地表面，接地端可用銅排或銅柱代替前、后相對(duì)的每?jī)蓚€(gè)接地端為一組，當(dāng)高壓室發(fā)生單相接地時(shí)兩個(gè)接地端間的電位差經(jīng)過(guò)折算，轉(zhuǎn)換為該組的跨步電壓，可以根據(jù)需要設(shè)置N組接地端。接地端通過(guò)電纜與電壓采集模塊連接，經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給MCU。設(shè)第i組接地端的距離為L(zhǎng)i，電勢(shì)差為ULi，該組跨步電壓UKi=0.8ULi/Li。MCU能將ULi轉(zhuǎn)換為跨步電壓UKi，并與變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)交互信息，進(jìn)而對(duì)變電站接地情況作出預(yù)判。若監(jiān)測(cè)發(fā)生接地，則電壓顯示模塊進(jìn)行告警和信息顯示；聲光告警模塊發(fā)出“系統(tǒng)發(fā)生單相接地，謹(jǐn)慎進(jìn)入，做好防護(hù)”等告警語(yǔ)音，運(yùn)行燈由正常的綠色常亮、告警燈長(zhǎng)滅變?yōu)楦婢療艏t色閃亮、運(yùn)行燈常滅；門禁控制模塊閉鎖高壓室門，禁止人員未做好防護(hù)措施進(jìn)入高壓室；信息發(fā)送模塊(4G通信模塊)將告警信息通過(guò)短信的形式及時(shí)發(fā)給運(yùn)維人員以及其他相關(guān)人員；人機(jī)交互模塊在門禁閉鎖時(shí)手動(dòng)輸入密碼解除閉鎖，確保人員是在做好安全防護(hù)下打開(kāi)高壓室門，以保證運(yùn)維人員人身安全。

圖2 高壓室內(nèi)接地端分布

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該裝置已在路南66 kV變電站進(jìn)行了應(yīng)用。

3.1 裝置告警條件

該裝置告警條件如下，任一滿足即觸發(fā)告警。

(1) 變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)顯示10 kV母線PT的3U0越限告警，母線電壓兩相升高，一相降低。

(2) 站內(nèi)跨步電壓越限告警。

3.2 裝置具體應(yīng)用情況

裝置在具體使用過(guò)程中存在著四種情況，相關(guān)告警流程如圖3所示。

圖3 告警流程

(1) 現(xiàn)變電站多為無(wú)人值守變電站，運(yùn)維人員日常巡視時(shí)并不需要穿絕緣靴帶絕緣手套，在發(fā)生變電站高壓室單相接地時(shí)，該裝置的使用能避免運(yùn)維人員在不知情的情況下進(jìn)入接地區(qū)域，發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

(2) 10 kV系統(tǒng)某條線路單相接地，接地點(diǎn)在變電站外線路上，變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示10 kV母線PT的3U0越限，母線電壓兩相升高，一相降低的告警信號(hào)，調(diào)度會(huì)進(jìn)行選線處理，判明接地線路后通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。此時(shí)站內(nèi)高壓室跨步電壓未達(dá)到告警值，但變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)給MCU發(fā)送告警信息，使得裝置發(fā)出短信告警動(dòng)作“線路單相接地，線路接地點(diǎn)可能在站外”。

(3) 10 kV系統(tǒng)某條線路單相接地，接地點(diǎn)在變電站內(nèi)高壓室的線路出線側(cè)，變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示10 kV母線PT的3U0越限，母線電壓兩相升高，一相降低的告警信號(hào)，調(diào)度同樣進(jìn)行響應(yīng)與處理。此時(shí)站內(nèi)高壓室跨步電壓達(dá)到越限，該裝置告警動(dòng)作，給變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)告警信息并發(fā)出短信告警“線路單相接地，接地點(diǎn)可能為站內(nèi)高壓室線路出線側(cè)”，從而減輕巡線人員工作量。

(4) 10 kV系統(tǒng)單相接地，接地點(diǎn)在變電站內(nèi)主變二次套管至母線間，變電站監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)顯示10 kV母線PT的3U0越限，母線電壓兩相升高，一相降低的告警信號(hào)，調(diào)度未能判明接地線路，懷疑站內(nèi)接地，通知運(yùn)維人員進(jìn)行站內(nèi)檢查。若變電站高壓室內(nèi)跨步電壓越限，裝置發(fā)出告警，電壓顯示模塊顯示各接地端跨步電壓值，通過(guò)幾個(gè)位置跨步電壓值大小可以初步判斷接地在高壓室內(nèi)I母或II母第i接地端附近，運(yùn)維人員收到“高壓室內(nèi)I母或II母第i接地端附近接地”信息；若變電站高壓室內(nèi)跨步電壓并沒(méi)越限，變電站后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)給MCU發(fā)送告警信息，使該裝置發(fā)出告警信息“接地點(diǎn)可能為室外主變二次套管至母線間”，以縮小檢查范圍，提高排查處理效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

變電站10 kV系統(tǒng)單相接地告警及區(qū)域判斷裝置的研制與應(yīng)用能為運(yùn)維人員日常巡視中發(fā)生的接地故障做出預(yù)警，避免誤入接地區(qū)域，產(chǎn)生跨步電壓或接觸高壓設(shè)備外殼造成觸電故障，保障了人員人身安全；同時(shí)通過(guò)該裝置的使用，可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地判斷變電站內(nèi)部接地情況和接地區(qū)域，縮小了人員檢查范圍，提高了排查效率。