孫江平

(上海電力設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200025)

電力系統(tǒng)內(nèi)變電站的低壓交流系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)主要依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T50065—2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》和DL/T5155—2016 《220 kV～1 000 kV變電站站用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。由于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對變電站低壓交流系統(tǒng)接地方式的要求不統(tǒng)一，導(dǎo)致變電站低壓交流系統(tǒng)接地方式不統(tǒng)一，造成配電回路中有較大的剩余電流。

最常見的情況是低壓配電系統(tǒng)中兩臺或多臺變壓器中性點(diǎn)采用了多點(diǎn)直接接地的方案，其次是雙電源配電系統(tǒng)末端的雙電源配電箱中選用三極開關(guān)(即N相不切)的供電方式。

智能型剩余電流監(jiān)測裝置在變電站低壓配電系統(tǒng)中對安全運(yùn)行起著重要的作用，它是直接及間接接觸電擊事故的基本防護(hù)措施，同時(shí)能有效預(yù)防電氣火災(zāi)事故的發(fā)生[1-2]。

1 變電站剩余電流產(chǎn)生的原因

1.1 低壓配電系統(tǒng)中兩臺變壓器中性點(diǎn)直接接地

常規(guī)變電站TN-S低壓配電系統(tǒng)接線圖如圖1所示。該系統(tǒng)為單母線分段接線，兩路電源進(jìn)線及分段開關(guān)均為三極開關(guān)，1號和2號兩臺站用變壓器中性點(diǎn)均通過PE導(dǎo)體接地，各饋出回路電路開關(guān)均為三極開關(guān)。

圖1 常見變電站低壓配電系統(tǒng)

圖1箭頭所示為某一時(shí)刻中性線電流方向。由于中性線兩點(diǎn)接地，低壓饋出回路的中性線電流在A點(diǎn)到1號變壓器中性點(diǎn)o1之間有兩條路徑：其一，從A點(diǎn)直接到中性點(diǎn)o1；其二，從A點(diǎn)途徑B、o2點(diǎn)到中性點(diǎn)o1。由于兩臺變壓器中性點(diǎn)直接接地，造成兩臺變壓器之間中性線(N)兩點(diǎn)接地，使兩段母線上全部饋出回路的中性線(N)到變壓器中性點(diǎn)間母線均形成多條支路，兩段電氣配電柜中配電回路將長期存在剩余電流[3]。

1.2 末端雙電源配電箱選擇三極電源轉(zhuǎn)換開關(guān)

低壓配電系統(tǒng)雙電源供電回路如圖2所示。

圖2 低壓配電系統(tǒng)雙電源供電回路

在圖2中，箭頭為某一時(shí)刻中性線電流方向，對于末端配電箱中的三極電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，不管切換到回路1還是回路2供電，用電設(shè)備中性線(N)到站用變壓器中性點(diǎn)始終有兩條路徑。由于末端配電箱中選擇三極電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，促使用電設(shè)備端到站用變低壓母線的配電回路長期存在剩余電流[4]。

2 剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)組成

剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方案為：采用10寸(0.333 m)觸摸屏本地展示監(jiān)測數(shù)據(jù)，觸摸屏內(nèi)存高達(dá)4 GB，能滿足站內(nèi)所有剩余電流12個(gè)月監(jiān)測數(shù)據(jù)的本地存儲，并能進(jìn)行穩(wěn)態(tài)錄波。剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方案如圖3所示。

圖3 剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方案

由于站用電屏柜體空間有限，需要在站內(nèi)墻壁上以壁掛屏的形式展示，見圖4。

圖4 監(jiān)控屏布置示意圖

剩余電流監(jiān)測單元帶有4個(gè)檢測通道，每個(gè)通道采集一個(gè)饋線支路數(shù)據(jù)，剩余電流監(jiān)測模塊安裝在對應(yīng)的配電屏內(nèi)，并將所有通道的數(shù)據(jù)通過有線RS-485的通信方式上傳到觸摸屏主機(jī)上。剩余電流監(jiān)測裝置如圖5所示。

圖5 剩余電流監(jiān)測裝置

剩余電流采集電流互感器(CT)采用電磁互感原理、可隔離測交流電流，輸出交流電流信號，最大可穿過線徑φ24，精度可達(dá)到1級。

3 變電站應(yīng)用方案

3.1 變電站低壓交流配置方案

上海220 kV GC變電站是上海第一座220 kV全地下變電站，1993年投運(yùn)。該變電站交流站用電系統(tǒng)配置：2臺站用變，單母線接分段接線，交流柜為抽屜式低壓開關(guān)柜。

經(jīng)過調(diào)閱圖紙及現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)，2臺站用變低壓側(cè)中心點(diǎn)分別接地，GC站的站用交流電源系統(tǒng)N線與PE排是分開的，屬于典型TN-S系統(tǒng)，本站兩臺站用變壓器均直接接地，交流配電母線也設(shè)置接地。

經(jīng)現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)，末端配電箱內(nèi)斷路器均為三極開關(guān)，在雙電源供電負(fù)荷處存在共零情況。

3.2 剩余電流監(jiān)測裝置的配置

3.2.1 集中接地剩余電流監(jiān)測裝置

集中接地剩余電流監(jiān)測裝置安裝原理如圖6所示，該方式用于監(jiān)測全站總剩余電流[5-6]。GC站中央配電屏集中接地的剩余電流監(jiān)測CT安裝，如圖7所示。

圖6 集中接地剩余電流監(jiān)測裝置原理圖

圖7 集中接地剩余電流監(jiān)測安裝圖

3.2.2 饋線回路剩余電流監(jiān)測裝置

各饋線剩余電流監(jiān)測原理：對于無共零問題的回路直接進(jìn)行采集；對于有共零問題的回路，在采集單元處采用將兩路CT二次線并聯(lián)接入的方式，直接進(jìn)行矢量合成。

無論是無共零問題還是有共零問題的饋線，安裝剩余電流CT的方式均相同。在電纜鎧裝層接地上部安裝剩余電流CT，如圖8所示。需要注意的問題是：有共零回路的CT額定電流應(yīng)根據(jù)正常運(yùn)行時(shí)各路最大剩余電流選擇，本站測試期間最大剩余電流出現(xiàn)在有共零問題的220 kV GIS環(huán)網(wǎng)回路，剩余電流約7A，因此本次選擇的各饋線CT一次額定電流為10 A。

圖8 饋線剩余電流CT安裝圖

3.3 剩余電流監(jiān)測及調(diào)試

3.3.1 集中接地點(diǎn)剩余電流調(diào)試試驗(yàn)

監(jiān)測裝置上電后，集中監(jiān)控屏上顯示的集中接地點(diǎn)剩余電流為147 mA。

采用Fluke剩余電流表對該接地點(diǎn)剩余電流測試值為152 mA。

3.3.2 無共零饋線剩余電流調(diào)試試驗(yàn)

以檢修電源回路為例進(jìn)行分析調(diào)試，讀取剩余電流監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)與Fluke剩余電流表的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。隨后采用電容模擬故障的方法對檢修電源回路進(jìn)行測試，試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

(1)正常情況下，由于該回路沒有負(fù)載，剩余電流監(jiān)測值為0 mA，檢測值為0.436 mA。

(2)在線路末端加入電容器，模擬90 mA左右的電纜絕緣故障。在加入故障后，剩余電流監(jiān)測值為89 mA，剩余電流檢測值為86.2 mA。

通過該試驗(yàn)得到，剩余電流監(jiān)測裝置測試數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，并且可以對故障進(jìn)行正確報(bào)警。

3.3.3 有共零饋線剩余電流調(diào)試試驗(yàn)

經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，本變電站中220 kV GIS供電環(huán)網(wǎng)存在共零問題，剩余電流較大，測試中發(fā)現(xiàn)該回路存在重復(fù)接地的問題?，F(xiàn)場排查方法如下。

(1)將220 kV GIS供電環(huán)網(wǎng)1號電源打開，從右至左依次監(jiān)測電纜剩余電流值，開關(guān)1到開關(guān)3的數(shù)值分別為0.06 mA，1.90 A，1.9A0，證明重復(fù)接地點(diǎn)在LCP柜1中。

(2)對LCP柜1中的線纜進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)交流電源B相電流為1.9 A，A和C相分別為151 mA和166 mA，而N相電流接近0.02 mA。說明B相負(fù)荷電流的回流沒有從N線回流，很可能是從地網(wǎng)回流。

(3)經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)該LCP柜與其他柜體區(qū)別在于，該柜中多了一個(gè)空調(diào)裝置，并且采用的是B相單相電源供電。

將該空調(diào)的N線拆除后，發(fā)現(xiàn)空調(diào)仍正常工作，進(jìn)一步證明B相負(fù)荷電流從地網(wǎng)回流。將該空調(diào)的電源完全切除后，即空調(diào)設(shè)備與供電系統(tǒng)完全隔離后，對裝置上的N接線端子和地接線端子進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)端子間短路，說明該空調(diào)裝置內(nèi)部N端子與地端子接在一起。該空調(diào)設(shè)備停電后，將空調(diào)裝置內(nèi)的N接線端子與接地端子解開，測量開關(guān)2處的剩余電流檢測值為0.001 mA。

通過試驗(yàn)證明：本剩余電流監(jiān)測裝置能夠有效發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中重復(fù)接地的情況。在發(fā)現(xiàn)剩余電流監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)后，可采用逐點(diǎn)檢測的方法，對剩余電流超標(biāo)問題進(jìn)行人工排查，確定故障點(diǎn)，并采取相應(yīng)措施排除故障。

4 結(jié)語

基于上海GC變電站的剩余電流監(jiān)測項(xiàng)目，詳細(xì)介紹了剩余電流監(jiān)測裝置的組成、工作原理和設(shè)計(jì)方案，分析了GC變電站剩余電流監(jiān)測裝置的設(shè)備選型、配置方案和剩余電流的監(jiān)測情況，應(yīng)用效果良好。