大興機場線0.4kV系統接地故障排查與治理

馬越

（北京市軌道交通運營管理有限公司，北京，100000）

0 引言

接地故障保護（又稱漏電保護，大興機場線PSCADA系統中上傳報警報文均定義為“漏電保護動作”，故下文中如描述為“漏電保護動作”，含義同接地故障保護動作），是為了防止人身觸電事故、保證電氣設備正常運行所采取的一項重要技術措施。接地保護的基本原理是通過測量并限制漏電設備對地的泄露電流，使其不超過某一安全范圍，一旦超過某一整定值保護器就能自動切斷電源。

大興機場線根據設計要求，在部分饋出回路中增加了接地故障保護，但后續很多饋出回路頻繁上報接地故障報警甚至跳閘，給專業維保人員和OCC系統調度人員監控和管理現場設備造成很大的困擾，也為下級負荷穩定運行埋下了隱患。為徹底解決上述問題，進行了一系列的排查。

1 大興機場線0.4kV開關柜接地保護故障現象

北京軌道交通大興機場線試運營期間，各變電站0.4kV開關柜抽屜頻繁上報接地故障保護動作報警和復歸報文。

根據供電專業復示中心統計，僅在2019年10月16日至10月31日這16天內，北磁主所、區間所4、草橋站、大興新城站、大興機場站、路基段停車場、磁各莊車輛段等多處變電所，PSCADA系統頻繁報出0.4kV饋出抽屜漏電保護動作報文。且在10月29日，在磁各莊車輛段變電所，出現漏電保護動作導致饋出開關跳閘故障，造成下級負荷斷電。跳閘故障詳情如圖所示。

圖1 0.4kV抽屜漏電保護跳閘統計

由于接地故障電流的測量是永久性的。當接地故障電流達到設定值時，該繼電器會根據設置的延時值自動進行時間延時。當延時時間結束時，如果接地故障電流仍然存在，接地故障保護繼電器觸點閉合并保持。即使接地故障電流消失，也需要現場手動復位，接地故障保護繼電器觸點才能夠斷開，該回路的斷路器方可正常合閘。因此，漏電保護導致抽屜開關跳閘后，需現場人工手動復歸，才能重新將0.4kV饋出開關送電。

2 排查與分析過程

通過統計接地保護頻繁動作的車站和具體饋出開關，選取其中部分開關進行有針對性的排查和分析。初步分析出7種原因可能造成接地故障保護動作，具體排查案例如下。

原因1：下級負荷確實存在接地故障引起保護正常動作。

案例：2020年09月19日路基段停車場“411-7消防動力配電箱1漏電保護故障跳閘”排查，供電人員與段務人員對C相電纜進行絕緣測試時發現C相電纜絕緣不合格，此為接地保護正常動作。詳見圖2。

圖2 測試C相電纜絕緣，測試結果不合格，排查發現C相電纜破損

經檢查發現411-7抽屜C相饋出電纜在簡易臨修庫中間門處電纜井下北側3米左右電纜鋼鎧有打火痕跡，電纜絕緣保護層被擊穿。

治理方案：通過聯合通信、信號、機電、段場、車輛等各專業，共同進行排查，檢測和排除下級負荷泄露電流點位。如排查電纜有破損處，及時進行修補。

原因2：零地混接，下級負荷中零排與接地排短路。

案例：20121年4月4日大興新城站“417-5 A端A端環控電控室消防負荷電控柜3（主）漏電保護動作”排查時，發現消防負荷一級箱中雖然零排與底牌獨立且接線無誤，但饋出電纜接地辮子與一級箱中零排搭接，造成零地混接。現場調整接地辮子位置后，泄漏電流消失。

治理方案：聯合機電專業，共同對一級配電箱進行排查，對配電箱中接線、布線不規范處進行整改，消除零地混接隱患。

圖3 接地保護繼電器二次原理圖

原因3：施工原因造成一次接線錯誤或不規范。

案例一：2019年11月16日大興新城站“信號UPS電源整合抽屜漏電保護動作”排查時，發現穩壓柜中變壓器原邊零線接入了變壓器副邊N排，變壓器副邊零線接入了變壓器原邊N排，導致UPS啟動時，A、B、C、N四相電流矢量和不為0，存在泄漏電流。現場調整N排接線后，泄漏電流消失，漏電保護功能恢復正常。

案例二：2019年12月5日北磁主所“413-3夾層照明配電箱1漏電保護動作”排查時，發現413-6的電纜穿了413-5的漏保CT；413-4的電纜穿了413-3的漏保CT，現場將413-6回路上的CT挪至413-5；將413-4回路上的CT挪至413-3，更改完畢后，試驗漏電保護功能恢復正常。

治理方案：針對施工不規范造成的遺留問題，聯合施工單位進行全面排查整改，對一次接線錯誤的電纜進行停電、調整，并重新測量泄露電流值，確保整改到位。

原因4：二次接線錯誤或不規范。

案例一：2019年10月24日北磁主所“414-3 2#通信基站二級負荷配電柜漏電保護動作”排查時，發現414-3抽屜中測量泄露電流的互感器二次接線錯誤，現場調整接線后，試驗漏電保護功能恢復正常。

案例二：2019年10月29日路基段停車場“414-3 區間臨時設備用房電源柜漏電保護動作”排查時，發現414-3抽屜中測量泄露電流的互感器二次接線錯誤，現場調整接線后，試驗漏電保護功能恢復正常。

治理方案：針對施工不規范造成的遺留問題，聯合施工單位進行全面排查整改，對二次接線錯誤的電纜進行停電、調整，并重新測量泄露電流值，確保整改到位。

原因5：偶發性接地保護繼電器故障。

案例：2020年09月05日大興機場站“降壓所416-4站臺B端公共區照明總柜（3）接地保護動作造成開關位置由合變分”排查時發現，416-4抽屜在實際漏電電流未達到定值的情況下，接地保護繼電器的保護驅動跳閘接點本應處于斷開狀態，但現場416-4抽屜的接地保護繼電器的跳閘接點一直處于閉合狀態，造成416-4繼電器持續輸出跳閘信號，驅動抽屜在試驗位及工作位都會誤跳閘。另外，經現場檢查，接地保護繼電器上傳接地故障信號接點正常，所以上位機未顯示漏電保護動作信息。更換繼電器后設備恢復正常。

治理方案：針對接地保護繼電器偶發性故障問題，統計全年總計繼電器故障數量和頻次，按故障比例儲存接地保護繼電器備件，調整好繼電器撥碼參數、保護定值，當現場 接地保護繼電器故障時，及時進行更換處理。

原因6：電磁干擾。

由于0.4kV開關柜饋出抽屜內電磁環境較為復雜，接地保護繼電器輸入信號為mA級，且采集CT二次電流所用的屏蔽電纜抗干擾能力較弱，所以容易發生漏電保護誤動作情況。目前已經安排0.4kV開關柜廠家提供抗干擾磁環，在全線0.4kV饋出開關抽屜中電流互感器二次線部位增加抗干擾磁環。

圖4 抗干擾磁環

治理方案：目前已經安排0.4kV開關柜廠家提供抗干擾磁環，如圖4所示，在全線0.4kV饋出開關抽屜中電流互感器二次線部位增加抗干擾磁環。

原因7：在UPS等下級存在沖擊性負荷的回路中，采用多CT并聯方式的接地保護功能存在誤動作現象。

案例：排查過程中，在已經排除上述6類造成漏電保護動作原因后，仍發現某些0.4kV開關柜抽屜仍會報出接地保護動作。如圖5所示。

圖5 接地保護故障統計

治理方案：經統計發現上述負荷均有如下特點

（1）下級均為饋出電纜線徑較大的沖擊性負荷設備（UPS設備主機和穩壓柜中有輸入隔離變壓器，啟動時會產生較大的勵磁涌流）；

（2）這些沖擊性較大負荷設備的供電饋出開關，均采用多CT并聯式接地故障保護。

鑒于此，我們對饋出電纜線徑較大的沖擊性負荷設備采用多CT并聯式接地保護功能是否合適產生了質疑，由此產生了在下級存在沖擊性負荷的工況下多CT并聯式接地保護會發生誤動作的假設。

圖6 多CT并聯式接地保護接線方式

2019年11月14日，選擇在大興新城站信號UPS電源整合抽屜進行測試。本次測試采用現場兩種方式共同設置和模擬測試，即在本身已經具有多CT并聯方式接地保護功能的同時，再在相同下級負荷上加裝一套單CT直通式接地保護。試驗結果發現在UPS等下級存在沖擊性負荷的回路中，采用多CT并聯方式的接地保護功能存在誤動作現象。

治理方案：鑒于多CT并聯式接地保護功能在沖擊性負荷啟動時會誤動作，為保障大興機場線設備運行穩定，排除誤動作信號，經設計、施工、運營、供貨商等多方協商，決定進行以下改造：

（1）由大興機場線供電設計協調動照設計明確全線0.4kV沖擊性負荷回路，經梳理和設計確認，大興機場線全線共計201處抽屜為沖擊性負荷回路。

（2）0.4kV饋出回路中沖擊類負荷接地保護功能由多CT并聯式更改為單CT直通式，并對漏電保護電流動作值進行整定。

（2）首先對全線所涉接地保護的UPS饋出開關進行更改，并進行切換測試，查看是否能夠避免啟動瞬間跳閘的情況。

（4）供電專業依據供電設計提供的沖擊性負荷類別重點監測負載啟動時的漏電流情況。

3 總結

綜合大興機場線漏電保護動作的排查和治理情況，匯總出下方表格，對于排查過程中的案例進行記錄，總結出造成大興機場線漏電保護頻繁動作的7個原因，有針對性的進行治理，目前已經極大的降低了接地保護動作的頻率，為后續大興機場線供電專業設備平穩運行奠定了堅實的的基礎，詳見下表。

序號 分析引起漏保動作原因 處理措施1 下級負荷確實存在接地故障引起保護正常動作聯合相關專業檢測和排除下級負荷泄露電流點位2 零地混接，下級負荷中零排與接地排短路調整柜后接地辮子位置；排查和整改零地混接線路3 施工原因一次接線錯誤或不規范 調整一次接線4 二次接線錯誤或不規范 調整二次接線5 偶發性接地保護繼電器故障 更換接地保護繼電器6電磁干擾 增加抗干擾磁環7多CT并聯方式接地保護功能對于瞬時沖擊性負荷不適用梳理全線所有沖擊性負荷，將對應多CT并聯方式接地保護更改成單CT直通式，并對漏電保護電流動作值進行整定。