10 kV系統單相接地告警及區域判斷裝置研制

張旭陽，于 聰，楊月銘，張鵬俏，朱洪廣，管文武

(1.國網遼寧省電力有限公司營口供電公司，遼寧 營口 115000；2.國網伊犁伊河供電有限責任公司，新疆 伊寧 835000)

0 引言

當變電站10 kV系統單相接地時，地區調度會進行接地選線，判明接地線路后通知巡線人員巡線處理，同時通知運維人員檢查；如果未判斷出接地線路，調度將通知運維人員進行接地檢查，范圍一般為變壓器二次套管至10 kV線路出口。確定接地點的排查過程比較費時而且即便運維人員做好防護措施，也很容易誤入接地點4 m范圍內，可能因跨步電壓或者接觸高壓設備外殼，造成觸電事故。因運維人員日常巡視時并不需要穿絕緣靴和帶絕緣手套，若恰好遇到某個變電站高壓室單相接地，對于未做防護的運維人員來說存在很大的危險。

針對該問題，為避免日常巡視時在不知情的情況進入已單相接地的高壓室導致觸電以及排查接地點費時且危險性高的情況，迫切需要一種能自動實時監測高壓室單相接地情況并且能判斷出接地區域的裝置，以保證人員人身安全，提高排查效率。

1 裝置設計

變電站10 kV系統單相接地監測告警及區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、人機交互模塊、信息發送模塊、電源模塊等，其結構如圖1所示。

圖1 裝置結構

跨步電壓采集接地端設定在高壓室開關柜前、后兩側電纜溝蓋板側下面，并盡可能靠近地表面，每兩個接地端為一組，當高壓室發生單相接地時兩個接地端間的電勢差經過折算，轉換為該組的跨步電壓，且可以根據需要設置多組接地端。接地端通過電纜與電壓采集模塊連接，通過電壓采集模塊與MCU相連。電壓采集模塊可實現多路電壓電流采集，并將采集信息傳輸給MCU。電壓顯示模塊主要通過串口液晶屏實現跨步電壓值、接地預判區域、站內后臺監控系統主要告警信息、歷史數據顯示以及修改設定參數等功能。聲光告警模塊包括了語音播報，運行燈和告警燈。門禁控制模塊用于當發生接地告警時閉鎖高壓室門。信息發送模塊用于裝置告警時第一時間將告警信息發送至運維人員。人機交互模塊為矩陣數字嵌入式鍵盤，可以進行參數設定、密碼輸入、歷史數據查看、更新運維人員手機號等。電源模塊為整個裝置提供工作電源。除了跨步電壓采集接地端，其他模塊整合在主機上。

單相接地監測告警及區域判斷裝置判定方法具體如下。

(1) 當某10 kV線路單相接地時，站臺監控主機會顯示10 kV母線PT的3U0越限告警，母線電壓兩相升高，一相降低。調度會進行選線處理，判明接地線路后通知巡線人員巡線處理，同時通知運維人員到變電站檢查該線路是否異常。若接地點為該線路站內出線側接地，裝置會給站內監控主機發出告警信息并且給運維人員短信告警，減輕巡線人員的工作量。

(2) 調度若未能判明接地線路，懷疑為站內接地，則通知運維人員進行站內檢查。當變電站高壓室內跨步電壓越限告警，可判斷為變電站高壓室內接地，液晶屏顯示各接地端跨步電壓值，通過幾個位置跨步電壓值大小可以初步判斷為高壓室內I母或II母的某處接地，告警信息會第一時間被調度和運行人員收到；若高壓室內跨步電壓沒越限告警，則接地點可能在站內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，聲光告警模塊會發出聲光告警提醒運維人員做好防護，信息發送模塊給運維人員發送短信提醒。主機根據設定邏輯控制高壓室門閉鎖，如需進入，可在做好個人防護措施后，再通過手動密碼解除閉鎖，打開高壓室門，保證運維人員人身安全。

2 實施步驟

接地端設在高壓室I母、II母開關柜前、后兩側電纜溝蓋板側下面(見圖2)，并盡可能的靠近地表面，接地端可用銅排或銅柱代替前、后相對的每兩個接地端為一組，當高壓室發生單相接地時兩個接地端間的電位差經過折算，轉換為該組的跨步電壓，可以根據需要設置N組接地端。接地端通過電纜與電壓采集模塊連接，經轉換后傳給MCU。設第i組接地端的距離為Li，電勢差為ULi，該組跨步電壓UKi=0.8ULi/Li。MCU能將ULi轉換為跨步電壓UKi，并與變電站后臺監控系統交互信息，進而對變電站接地情況作出預判。若監測發生接地，則電壓顯示模塊進行告警和信息顯示；聲光告警模塊發出“系統發生單相接地，謹慎進入，做好防護”等告警語音，運行燈由正常的綠色常亮、告警燈長滅變為告警燈紅色閃亮、運行燈常滅；門禁控制模塊閉鎖高壓室門，禁止人員未做好防護措施進入高壓室；信息發送模塊(4G通信模塊)將告警信息通過短信的形式及時發給運維人員以及其他相關人員；人機交互模塊在門禁閉鎖時手動輸入密碼解除閉鎖，確保人員是在做好安全防護下打開高壓室門，以保證運維人員人身安全。

圖2 高壓室內接地端分布

3 現場應用

該裝置已在路南66 kV變電站進行了應用。

3.1 裝置告警條件

該裝置告警條件如下，任一滿足即觸發告警。

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

(2) 站內跨步電壓越限告警。

3.2 裝置具體應用情況

裝置在具體使用過程中存在著四種情況，相關告警流程如圖3所示。

圖3 告警流程

(1) 現變電站多為無人值守變電站，運維人員日常巡視時并不需要穿絕緣靴帶絕緣手套，在發生變電站高壓室單相接地時，該裝置的使用能避免運維人員在不知情的情況下進入接地區域，發生觸電危險。

(2) 10 kV系統某條線路單相接地，接地點在變電站外線路上，變電站后臺監控系統會顯示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，調度會進行選線處理，判明接地線路后通知相關人員進行處理。此時站內高壓室跨步電壓未達到告警值，但變電站后臺監控系統會給MCU發送告警信息，使得裝置發出短信告警動作“線路單相接地，線路接地點可能在站外”。

(3) 10 kV系統某條線路單相接地，接地點在變電站內高壓室的線路出線側，變電站后臺監控系統會顯示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，調度同樣進行響應與處理。此時站內高壓室跨步電壓達到越限，該裝置告警動作，給變電站后臺監控系統告警信息并發出短信告警“線路單相接地，接地點可能為站內高壓室線路出線側”，從而減輕巡線人員工作量。

(4) 10 kV系統單相接地，接地點在變電站內主變二次套管至母線間，變電站監控系統會顯示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，調度未能判明接地線路，懷疑站內接地，通知運維人員進行站內檢查。若變電站高壓室內跨步電壓越限，裝置發出告警，電壓顯示模塊顯示各接地端跨步電壓值，通過幾個位置跨步電壓值大小可以初步判斷接地在高壓室內I母或II母第i接地端附近，運維人員收到“高壓室內I母或II母第i接地端附近接地”信息；若變電站高壓室內跨步電壓并沒越限，變電站后臺監控系統會給MCU發送告警信息，使該裝置發出告警信息“接地點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 結束語

變電站10 kV系統單相接地告警及區域判斷裝置的研制與應用能為運維人員日常巡視中發生的接地故障做出預警，避免誤入接地區域，產生跨步電壓或接觸高壓設備外殼造成觸電故障，保障了人員人身安全；同時通過該裝置的使用，可實現快速準確地判斷變電站內部接地情況和接地區域，縮小了人員檢查范圍，提高了排查效率。