大興機(jī)場(chǎng)線0.4kV系統(tǒng)接地故障排查與治理

馬越

（北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，北京，100000）

0 引言

接地故障保護(hù)（又稱漏電保護(hù)，大興機(jī)場(chǎng)線PSCADA系統(tǒng)中上傳報(bào)警報(bào)文均定義為“漏電保護(hù)動(dòng)作”，故下文中如描述為“漏電保護(hù)動(dòng)作”，含義同接地故障保護(hù)動(dòng)作），是為了防止人身觸電事故、保證電氣設(shè)備正常運(yùn)行所采取的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。接地保護(hù)的基本原理是通過(guò)測(cè)量并限制漏電設(shè)備對(duì)地的泄露電流，使其不超過(guò)某一安全范圍，一旦超過(guò)某一整定值保護(hù)器就能自動(dòng)切斷電源。

大興機(jī)場(chǎng)線根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在部分饋出回路中增加了接地故障保護(hù)，但后續(xù)很多饋出回路頻繁上報(bào)接地故障報(bào)警甚至跳閘，給專業(yè)維保人員和OCC系統(tǒng)調(diào)度人員監(jiān)控和管理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備造成很大的困擾，也為下級(jí)負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行埋下了隱患。為徹底解決上述問(wèn)題，進(jìn)行了一系列的排查。

1 大興機(jī)場(chǎng)線0.4kV開(kāi)關(guān)柜接地保護(hù)故障現(xiàn)象

北京軌道交通大興機(jī)場(chǎng)線試運(yùn)營(yíng)期間，各變電站0.4kV開(kāi)關(guān)柜抽屜頻繁上報(bào)接地故障保護(hù)動(dòng)作報(bào)警和復(fù)歸報(bào)文。

根據(jù)供電專業(yè)復(fù)示中心統(tǒng)計(jì)，僅在2019年10月16日至10月31日這16天內(nèi)，北磁主所、區(qū)間所4、草橋站、大興新城站、大興機(jī)場(chǎng)站、路基段停車場(chǎng)、磁各莊車輛段等多處變電所，PSCADA系統(tǒng)頻繁報(bào)出0.4kV饋出抽屜漏電保護(hù)動(dòng)作報(bào)文。且在10月29日，在磁各莊車輛段變電所，出現(xiàn)漏電保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致饋出開(kāi)關(guān)跳閘故障，造成下級(jí)負(fù)荷斷電。跳閘故障詳情如圖所示。

圖1 0.4kV抽屜漏電保護(hù)跳閘統(tǒng)計(jì)

由于接地故障電流的測(cè)量是永久性的。當(dāng)接地故障電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該繼電器會(huì)根據(jù)設(shè)置的延時(shí)值自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間延時(shí)。當(dāng)延時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)，如果接地故障電流仍然存在，接地故障保護(hù)繼電器觸點(diǎn)閉合并保持。即使接地故障電流消失，也需要現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)復(fù)位，接地故障保護(hù)繼電器觸點(diǎn)才能夠斷開(kāi)，該回路的斷路器方可正常合閘。因此，漏電保護(hù)導(dǎo)致抽屜開(kāi)關(guān)跳閘后，需現(xiàn)場(chǎng)人工手動(dòng)復(fù)歸，才能重新將0.4kV饋出開(kāi)關(guān)送電。

2 排查與分析過(guò)程

通過(guò)統(tǒng)計(jì)接地保護(hù)頻繁動(dòng)作的車站和具體饋出開(kāi)關(guān)，選取其中部分開(kāi)關(guān)進(jìn)行有針對(duì)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(hù)動(dòng)作，具體排查案例如下。

原因1：下級(jí)負(fù)荷確實(shí)存在接地故障引起保護(hù)正常動(dòng)作。

案例：2020年09月19日路基段停車場(chǎng)“411-7消防動(dòng)力配電箱1漏電保護(hù)故障跳閘”排查，供電人員與段務(wù)人員對(duì)C相電纜進(jìn)行絕緣測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)C相電纜絕緣不合格，此為接地保護(hù)正常動(dòng)作。詳見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)試C相電纜絕緣，測(cè)試結(jié)果不合格，排查發(fā)現(xiàn)C相電纜破損

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)411-7抽屜C相饋出電纜在簡(jiǎn)易臨修庫(kù)中間門(mén)處電纜井下北側(cè)3米左右電纜鋼鎧有打火痕跡，電纜絕緣保護(hù)層被擊穿。

治理方案：通過(guò)聯(lián)合通信、信號(hào)、機(jī)電、段場(chǎng)、車輛等各專業(yè)，共同進(jìn)行排查，檢測(cè)和排除下級(jí)負(fù)荷泄露電流點(diǎn)位。如排查電纜有破損處，及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。

原因2：零地混接，下級(jí)負(fù)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(huán)控電控室消防負(fù)荷電控柜3（主）漏電保護(hù)動(dòng)作”排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)消防負(fù)荷一級(jí)箱中雖然零排與底牌獨(dú)立且接線無(wú)誤，但饋出電纜接地辮子與一級(jí)箱中零排搭接，造成零地混接?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)整接地辮子位置后，泄漏電流消失。

治理方案：聯(lián)合機(jī)電專業(yè)，共同對(duì)一級(jí)配電箱進(jìn)行排查，對(duì)配電箱中接線、布線不規(guī)范處進(jìn)行整改，消除零地混接隱患。

圖3 接地保護(hù)繼電器二次原理圖

原因3：施工原因造成一次接線錯(cuò)誤或不規(guī)范。

案例一：2019年11月16日大興新城站“信號(hào)UPS電源整合抽屜漏電保護(hù)動(dòng)作”排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)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(dǎo)致UPS啟動(dòng)時(shí)，A、B、C、N四相電流矢量和不為0，存在泄漏電流。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整N排接線后，泄漏電流消失，漏電保護(hù)功能恢復(fù)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(hù)動(dòng)作”排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場(chǎng)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(yàn)漏電保護(hù)功能恢復(fù)正常。

治理方案：針對(duì)施工不規(guī)范造成的遺留問(wèn)題，聯(lián)合施工單位進(jìn)行全面排查整改，對(duì)一次接線錯(cuò)誤的電纜進(jìn)行停電、調(diào)整，并重新測(cè)量泄露電流值，確保整改到位。

原因4：二次接線錯(cuò)誤或不規(guī)范。

案例一：2019年10月24日北磁主所“414-3 2#通信基站二級(jí)負(fù)荷配電柜漏電保護(hù)動(dòng)作”排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)414-3抽屜中測(cè)量泄露電流的互感器二次接線錯(cuò)誤，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整接線后，試驗(yàn)漏電保護(hù)功能恢復(fù)正常。

案例二：2019年10月29日路基段停車場(chǎng)“414-3 區(qū)間臨時(shí)設(shè)備用房電源柜漏電保護(hù)動(dòng)作”排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)414-3抽屜中測(cè)量泄露電流的互感器二次接線錯(cuò)誤，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整接線后，試驗(yàn)漏電保護(hù)功能恢復(fù)正常。

治理方案：針對(duì)施工不規(guī)范造成的遺留問(wèn)題，聯(lián)合施工單位進(jìn)行全面排查整改，對(duì)二次接線錯(cuò)誤的電纜進(jìn)行停電、調(diào)整，并重新測(cè)量泄露電流值，確保整改到位。

原因5：偶發(fā)性接地保護(hù)繼電器故障。

案例：2020年09月05日大興機(jī)場(chǎng)站“降壓所416-4站臺(tái)B端公共區(qū)照明總柜（3）接地保護(hù)動(dòng)作造成開(kāi)關(guān)位置由合變分”排查時(shí)發(fā)現(xiàn)，416-4抽屜在實(shí)際漏電電流未達(dá)到定值的情況下，接地保護(hù)繼電器的保護(hù)驅(qū)動(dòng)跳閘接點(diǎn)本應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)，但現(xiàn)場(chǎng)416-4抽屜的接地保護(hù)繼電器的跳閘接點(diǎn)一直處于閉合狀態(tài)，造成416-4繼電器持續(xù)輸出跳閘信號(hào)，驅(qū)動(dòng)抽屜在試驗(yàn)位及工作位都會(huì)誤跳閘。另外，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，接地保護(hù)繼電器上傳接地故障信號(hào)接點(diǎn)正常，所以上位機(jī)未顯示漏電保護(hù)動(dòng)作信息。更換繼電器后設(shè)備恢復(fù)正常。

治理方案：針對(duì)接地保護(hù)繼電器偶發(fā)性故障問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)全年總計(jì)繼電器故障數(shù)量和頻次，按故障比例儲(chǔ)存接地保護(hù)繼電器備件，調(diào)整好繼電器撥碼參數(shù)、保護(hù)定值，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng) 接地保護(hù)繼電器故障時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換處理。

原因6：電磁干擾。

由于0.4kV開(kāi)關(guān)柜饋出抽屜內(nèi)電磁環(huán)境較為復(fù)雜，接地保護(hù)繼電器輸入信號(hào)為mA級(jí)，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(fā)生漏電保護(hù)誤動(dòng)作情況。目前已經(jīng)安排0.4kV開(kāi)關(guān)柜廠家提供抗干擾磁環(huán)，在全線0.4kV饋出開(kāi)關(guān)抽屜中電流互感器二次線部位增加抗干擾磁環(huán)。

圖4 抗干擾磁環(huán)

治理方案：目前已經(jīng)安排0.4kV開(kāi)關(guān)柜廠家提供抗干擾磁環(huán)，如圖4所示，在全線0.4kV饋出開(kāi)關(guān)抽屜中電流互感器二次線部位增加抗干擾磁環(huán)。

原因7：在UPS等下級(jí)存在沖擊性負(fù)荷的回路中，采用多CT并聯(lián)方式的接地保護(hù)功能存在誤動(dòng)作現(xiàn)象。

案例：排查過(guò)程中，在已經(jīng)排除上述6類造成漏電保護(hù)動(dòng)作原因后，仍發(fā)現(xiàn)某些0.4kV開(kāi)關(guān)柜抽屜仍會(huì)報(bào)出接地保護(hù)動(dòng)作。如圖5所示。

圖5 接地保護(hù)故障統(tǒng)計(jì)

治理方案：經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)上述負(fù)荷均有如下特點(diǎn)

（1）下級(jí)均為饋出電纜線徑較大的沖擊性負(fù)荷設(shè)備（UPS設(shè)備主機(jī)和穩(wěn)壓柜中有輸入隔離變壓器，啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流）；

（2）這些沖擊性較大負(fù)荷設(shè)備的供電饋出開(kāi)關(guān)，均采用多CT并聯(lián)式接地故障保護(hù)。

鑒于此，我們對(duì)饋出電纜線徑較大的沖擊性負(fù)荷設(shè)備采用多CT并聯(lián)式接地保護(hù)功能是否合適產(chǎn)生了質(zhì)疑，由此產(chǎn)生了在下級(jí)存在沖擊性負(fù)荷的工況下多CT并聯(lián)式接地保護(hù)會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作的假設(shè)。

圖6 多CT并聯(lián)式接地保護(hù)接線方式

2019年11月14日，選擇在大興新城站信號(hào)UPS電源整合抽屜進(jìn)行測(cè)試。本次測(cè)試采用現(xiàn)場(chǎng)兩種方式共同設(shè)置和模擬測(cè)試，即在本身已經(jīng)具有多CT并聯(lián)方式接地保護(hù)功能的同時(shí)，再在相同下級(jí)負(fù)荷上加裝一套單CT直通式接地保護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在UPS等下級(jí)存在沖擊性負(fù)荷的回路中，采用多CT并聯(lián)方式的接地保護(hù)功能存在誤動(dòng)作現(xiàn)象。

治理方案：鑒于多CT并聯(lián)式接地保護(hù)功能在沖擊性負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)會(huì)誤動(dòng)作，為保障大興機(jī)場(chǎng)線設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，排除誤動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、供貨商等多方協(xié)商，決定進(jìn)行以下改造：

（1）由大興機(jī)場(chǎng)線供電設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)動(dòng)照設(shè)計(jì)明確全線0.4kV沖擊性負(fù)荷回路，經(jīng)梳理和設(shè)計(jì)確認(rèn)，大興機(jī)場(chǎng)線全線共計(jì)201處抽屜為沖擊性負(fù)荷回路。

（2）0.4kV饋出回路中沖擊類負(fù)荷接地保護(hù)功能由多CT并聯(lián)式更改為單CT直通式，并對(duì)漏電保護(hù)電流動(dòng)作值進(jìn)行整定。

（2）首先對(duì)全線所涉接地保護(hù)的UPS饋出開(kāi)關(guān)進(jìn)行更改，并進(jìn)行切換測(cè)試，查看是否能夠避免啟動(dòng)瞬間跳閘的情況。

（4）供電專業(yè)依據(jù)供電設(shè)計(jì)提供的沖擊性負(fù)荷類別重點(diǎn)監(jiān)測(cè)負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的漏電流情況。

3 總結(jié)

綜合大興機(jī)場(chǎng)線漏電保護(hù)動(dòng)作的排查和治理情況，匯總出下方表格，對(duì)于排查過(guò)程中的案例進(jìn)行記錄，總結(jié)出造成大興機(jī)場(chǎng)線漏電保護(hù)頻繁動(dòng)作的7個(gè)原因，有針對(duì)性的進(jìn)行治理，目前已經(jīng)極大的降低了接地保護(hù)動(dòng)作的頻率，為后續(xù)大興機(jī)場(chǎng)線供電專業(yè)設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的的基礎(chǔ)，詳見(jiàn)下表。

序號(hào) 分析引起漏保動(dòng)作原因 處理措施1 下級(jí)負(fù)荷確實(shí)存在接地故障引起保護(hù)正常動(dòng)作聯(lián)合相關(guān)專業(yè)檢測(cè)和排除下級(jí)負(fù)荷泄露電流點(diǎn)位2 零地混接，下級(jí)負(fù)荷中零排與接地排短路調(diào)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(cuò)誤或不規(guī)范 調(diào)整一次接線4 二次接線錯(cuò)誤或不規(guī)范 調(diào)整二次接線5 偶發(fā)性接地保護(hù)繼電器故障 更換接地保護(hù)繼電器6電磁干擾 增加抗干擾磁環(huán)7多CT并聯(lián)方式接地保護(hù)功能對(duì)于瞬時(shí)沖擊性負(fù)荷不適用梳理全線所有沖擊性負(fù)荷，將對(duì)應(yīng)多CT并聯(lián)方式接地保護(hù)更改成單CT直通式，并對(duì)漏電保護(hù)電流動(dòng)作值進(jìn)行整定。