一、概述

在我國(guó)3~35kV中压输配電(diàn)系统中，大部分(fēn)采用(yòng)中性点不直接接地方式，即中性点不接地或经消弧線(xiàn)圈接地。中性点不直接接地方式在单相接地的状态下，系统線(xiàn)電(diàn)压仍可(kě)保持三相对称而不影响用(yòng)電(diàn)设备的正常工作。所以，采用(yòng)中性点不直接接地方式输配電(diàn)系统的供電(diàn)可(kě)靠性要遠(yuǎn)高于中性点直接接地的输配電(diàn)系统。这是中性点不直接接地方式最大的优点，也是我國(guó)長(cháng)期坚持在中压输配電(diàn)系统中使用(yòng)这种接地方式的基本原因。但是，从多(duō)年的运行经验和近年来中压输配電(diàn)系统的发展情况看，中性点不直接接地方式也给中压输配電(diàn)系统带来了一些问题：

中性点不直接接地系统容易发生高压震荡，从而引起各种过電(diàn)压。

中性点不直接接地系统中发生单相接地故障时，通常表现為(wèi)弧光接地的形式，此时非故障相線(xiàn)路对地電(diàn)压最高可(kě)升至3.5倍额定相電(diàn)压。这种遍布整个系统的过電(diàn)压往往会在系统绝缘薄弱处引起对地闪络，同时，接地電(diàn)弧容易灼伤接地处的線(xiàn)路绝缘，特别是電(diàn)缆線(xiàn)路，接地電(diàn)弧容易烧穿電(diàn)缆的相间绝缘而造成電(diàn)缆相间短路，引发“電(diàn)缆放泡”。另外，在弧光接地的过程中，由系统電(diàn)磁参数的变化而引起系统发生激烈的電(diàn)磁震荡。在震荡过程中，系统对地電(diàn)容的充放電(diàn)電(diàn)流会在電(diàn)弧熄灭和故障消除时通过系统中的電(diàn)压互感器的中性点形成回路。该電(diàn)流往往遠(yuǎn)大于電(diàn)压互感器的额定電(diàn)流，从而造成互感器的铁心饱和，一次侧電(diàn)流因而急剧增大，熔断電(diàn)压互感器保险丝，甚至烧毁電(diàn)压互感器。难以确定发生单相接地故障的支路。目前市场上基于小(xiǎo)電(diàn)流选線(xiàn)原理(lǐ)的单相接地故障选線(xiàn)装置，在系统发生单相接地故障时，采集流过各支路的零序電(diàn)容電(diàn)流的大小(xiǎo)和方向并经过不同的分(fēn)析方法来确定发生单相接地故障的支路。由于系统零序電(diàn)容電(diàn)流信号小(xiǎo)，并且会受到故障点的状态、位置等等多(duō)种因素的影响，检测的准确性不高，从而给用(yòng)户的用(yòng)電(diàn)安全带来隐患。而应用(yòng)于中性点经消弧線(xiàn)圈接地的系统时，原有(yǒu)基于功率方向选線(xiàn)原理(lǐ)的选線(xiàn)装置更是无法使用(yòng)。

现有(yǒu)的故障電(diàn)压监测装置对系统遭受的弧光、雷電(diàn)、操作等暂态过電(diàn)压不能(néng)真实的进行记录、分(fēn)析。

為(wèi)解决以上难题，我司开发出基于同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统，在中性点不直接接地系统发生单相接地故障时，单相接地故障管理(lǐ)系统具备100%准确率的快速选線(xiàn)，单相接地综合消弧消谐处理(lǐ)及電(diàn)网高速同步采集监测及录波等功能(néng)。

二、技术特点及适用(yòng)范围

1.主要特点

同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统针对中性点不直接接地系统开发的，适用(yòng)于電(diàn)力系统发電(diàn)厂、变電(diàn)站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业。

1）较强的通用(yòng)性和灵活性。它适用(yòng)于3~35kV中压输配電(diàn)中性点不直接接地系统中，可(kě)根据用(yòng)户的不同系统灵活组装配置，满足现场要求。

2）具有(yǒu)实时同步高速采集系统，对所有(yǒu)回路零序電(diàn)流采样并录波，采样速率达到12.8K，同步精度10us以内，通过可(kě)控的脉冲電(diàn)流注入10ms，快速准确判断系统接地回路。

3）主控制部件采用(yòng)32位高性能(néng)DSP，全中文(wén)界面，同时通过IV级電(diàn)磁抗干扰型式试验；

4）采用(yòng)高精度硬件时钟芯片，控制器掉電(diàn)后仍可(kě)正常计时。

5）控制器具有(yǒu)100个事件顺序记录且掉電(diàn)不丢失功能(néng).

6）具有(yǒu)自检功能(néng)，可(kě)对控制器主要部分(fēn)进行检测分(fēn)析并记录、存储，便于维护。

7）控制器為(wèi)分(fēn)板插件、板式结构，封闭、加强型标准4U半机箱单元，抗强振动。

8）控制器具有(yǒu)无線(xiàn)通讯功能(néng)，数据上传云端，PC及手机APP同步实时监测与管理(lǐ)。

2.适用(yòng)范围使用(yòng)环境

2.2.1适用(yòng)范围

1）适用(yòng)于3~35kV中性点不直接接地電(diàn)力系统；

2）适用(yòng)于電(diàn)缆線(xiàn)路為(wèi)主的電(diàn)网、電(diàn)缆与架空線(xiàn)的混合電(diàn)网。

2.2.2使用(yòng)环境

1）使用(yòng)环境温度-20℃~+40℃；

2）空气相对湿度≤90%（+20℃）；

3）海拔不超过1000米（超过时需在订货时说明）；

4）使用(yòng)环境的周围介质无爆炸危险，不应含有(yǒu)腐蚀性气體(tǐ)，所含导電(diàn)尘埃的浓度不使绝缘水平降低到允许极值以下。

5）无导電(diàn)灰尘存在；

6）无剧烈震动的场所；

7）室内安装。

三、工作原理(lǐ)及主要功能(néng)

在中性点不直接接地系统中，同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统通过接地变压器引出一个中性点，该中性点与高压可(kě)控硅串联后与地相连，当系统某一支路发生单相接地故障时，主控制器检测到接地信号后迅速触发可(kě)控硅导通，故障支路流过一个大小(xiǎo)可(kě)控的脉冲電(diàn)流，主控制器通过同步采样单元采集、比较所有(yǒu)出線(xiàn)回路的零序CT電(diàn)流波形，判断出故障支路、故障类型及故障时间等。根据单相接地故障的性质，接地故障管理(lǐ)系统采用(yòng)不同的工作方式，消弧線(xiàn)圈和真空接触器互相配合，互相保护，提高了系统供電(diàn)的可(kě)靠性和安全性.当系统发生单相接地故障时，接地故障管理(lǐ)系统完成选線(xiàn)后迅速启动故障相真空接触器，真空接触器转移流过故障点的高频接地電(diàn)容電(diàn)流，消除系统弧光过電(diàn)压，然后调谐消弧線(xiàn)圈，断开故障相的真空接触器，在真空接触器打开过程中，消弧線(xiàn)圈补偿系统接地電(diàn)容電(diàn)流，避免系统接地電(diàn)容電(diàn)流再次流过故障点，防止故障支路特别是電(diàn)缆支路由单相接地故障升级為(wèi)相间短路事故，同时能(néng)有(yǒu)效防止真空接触器打开时产生操作过電(diàn)压。如果故障点绝缘恢复，系统恢复正常运行，接地故障管理(lǐ)系统退出消弧線(xiàn)圈；如果故障点绝缘没有(yǒu)恢复，接地故障管理(lǐ)系统再次迅速启动故障相真空接触器转移故障点電(diàn)流，然后退出消弧線(xiàn)圈，保证系统2小(xiǎo)时供電(diàn)，同时主控制器把電(diàn)力系统在故障状态以及遭受雷電(diàn)、操作、接地故障等冲击时的電(diàn)压波形、所有(yǒu)回路的電(diàn)流波形完整的进行录波、处理(lǐ)、分(fēn)析，上传到“云電(diàn)微视”的后台及用(yòng)户手机端APP，供用(yòng)户在故障发生时及时查找、处理(lǐ)故障恢复供電(diàn)，故障发生后进一步分(fēn)析電(diàn)力系统的工作状态。

技术性能(néng)

同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统结合了当前中性点不直接接地系统和中性点直接接地系统各自的优点，既保持了传统的中高压中性点不直接接地系统发生单相接地时，能(néng)持续运行2小(xiǎo)时的优点，又(yòu)能(néng)克服该系统发生单相接地时选線(xiàn)不准确等缺点。概况起来，该系统有(yǒu)如下技术性能(néng)：

1）同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统控制器设置RS485通讯接口，配有(yǒu)标准MODBUS通讯规约，与用(yòng)户微机监控系统实现数据遠(yuǎn)距离传送。

2）系统的主控制器具有(yǒu)12.8k速率同步高速采集24个通道電(diàn)流、電(diàn)压的功能(néng)；

3）系统发生间歇性弧光后，装置应在两个周波内把弧光接地转换成金属性接地，并将電(diàn)弧電(diàn)流降低為(wèi)零，从而使弧光熄灭，系统过電(diàn)压被限制在相電(diàn)压值的V3倍以内，最大可(kě)能(néng)地防止间歇性观光接地故障的发展；

4）由于系统中有(yǒu)重要的负载存在，装置在动作后，自身能(néng)连续工作2小(xiǎo)时以上，以保证不能(néng)停電(diàn)的重要负载继续运行；

5）不论是间歇性弧光接地、金属性接地、PT断線(xiàn)，还是系统过電(diàn)压、低電(diàn)压，测控装置显示屏上可(kě)显示出事故属性和相别、各相電(diàn)压值，并准确记录各种异常状态下的技术数据，便于事故分(fēn)析，同时具备4G通讯上传云平台功能(néng)；

6）当发生金属或弧光接地故障时，测控装置显示屏显示弧光接地故障、三相電(diàn)压值、开口電(diàn)压值、系统接地電(diàn)容電(diàn)流值，测控装置输出动作信号使故障相接触器必须快速动作，同时提供接地报警输出；

7）当发生PT单相断線(xiàn)时，测控装置显示屏显示PT断線(xiàn)故障、三相電(diàn)压值、开口電(diàn)压值，同时提供报警信号；

8）当系统電(diàn)压高于控制器整定的过電(diàn)压值时，测控装置面板显示过電(diàn)压故障、三相電(diàn)压值、并提供报警信号；

9）当系统電(diàn)压低于测控装置整定的低電(diàn)压值时，测控装置显示屏显示低電(diàn)压故障、三相電(diàn)压值、并提供报警信号；

10）系统能(néng)存储不少于100次的事故记录；

11）系统中脉冲式消弧線(xiàn)圈在发生单相接地故障时具有(yǒu)补偿系统接地電(diàn)容電(diàn)流，在真空接触器开断时具有(yǒu)抑制系统过電(diàn)压的功能(néng)；

12）系统具有(yǒu)接地脉冲选線(xiàn)功能(néng)。当系统发生单相接地故障时，装置选線(xiàn)过程不大于20ms，同时有(yǒu)告警信号输出；

13）系统可(kě)对三相電(diàn)压谐波、電(diàn)压闪变、雷击过電(diàn)压、操作过電(diàn)压等进行实时监测、定时记录。

14）系统满足无人值班变電(diàn)所要求。

四、系统选型及配置

注：X-选線(xiàn)；C-处理(lǐ)；

额定電(diàn)压（kV）：7.2、12、40.5；

電(diàn)容電(diàn)流（A）；50.80、100、120、150根据系统情况

设计主要元器件配置：

1）MQKZ单相接地故障管理(lǐ)系统控制器

工作電(diàn)源：85V-265V DC/AC.

MQKZ同步暂态录波型单相接地故障管理(lǐ)系统控制器采用(yòng)32位高性能(néng)双CPU，7英寸宽屏工业彩色液晶触摸显示屏，全中文(wén)界面，同时通过IV级電(diàn)磁抗干扰型式试验；控制器具有(yǒu)视窗化全電(diàn)压故障录波分(fēn)析系统。

2）接地变压器

10kV产品型号：DKSC-180/10Zn接法。35kV产品型号：DKSC-315/35Zn接法。為(wèi)中性点不直接接地系统提供一个中性点，发生单相接地时提供一个零序電(diàn)流通道。

3）脉冲式消弧線(xiàn)圈

10kV产品型号：XDC-50/10最大补偿電(diàn)感電(diàn)流50A；35kV产品型号：XDC-35/30最大补偿電(diàn)感電(diàn)流30A，

4）高压限流熔断器

10kV产品型号：XRNT-12，额定電(diàn)压：12kV，额定電(diàn)流：31.5A；35kV产品型号：XRNT-

40.5，额定電(diàn)压：40.5kV，额定電(diàn)流：16A.

5）高压可(kě)控硅触发模组

型号：MQ-iSCR-400A/10（35）kV。

6）高压隔离开关

10kV产品型号：GN19-12C/630；35kV产品型号：GN27-40.5/630A.

7）真空接触器

10kV产品型号：JCZT-12/630；35kV产品型号：JCZT3-40.5/630.

8）脉冲式零序電(diàn)流互感器

型号：LXK-120；变比：200/1；保护等级：10P10

9）管理(lǐ)系统后台

主控制器把系统运行数据实时传输到客户“云電(diàn)微视”后台或管理(lǐ)系统后台，实现遠(yuǎn)程通讯、遠(yuǎn)程测量、遠(yuǎn)程监控、手机端APP.

通用(yòng)参数

五、控制器性能(néng)及特点

1.電(diàn)气性能(néng)

1）绝缘電(diàn)阻

在标准试验大气条件下，控制器各带電(diàn)的导電(diàn)回路对地之间，及電(diàn)气上无联系的各带電(diàn)的导電(diàn)回路之间，用(yòng)500V摇表，其绝缘電(diàn)阻应不小(xiǎo)于100兆欧。

2）介质强度

在标准试验大气条件下，控制器各带電(diàn)的导電(diàn)回路对地之间，及電(diàn)气上无联系的各带電(diàn)的导電(diàn)回路之间能(néng)承受2KV工频耐压试验，一分(fēn)钟无击穿或闪络现象。

3）冲击電(diàn)压

在标准试验大气条件下，控制器各带電(diàn)的导電(diàn)回路对地之间，及電(diàn)气上无联系的各带電(diàn)的导電(diàn)回路之间能(néng)承受冲击電(diàn)压波形為(wèi)标准雷電(diàn)波，幅值為(wèi)5KV的试验電(diàn)压，无绝缘损坏。

4）抗電(diàn)磁干扰性能(néng)

①脉冲干扰试验

能(néng)承受频率為(wèi)1MHz及100kHz衰减振荡波脉冲干扰试验，持续时间不少于2s；

②静電(diàn)放電(diàn)测试

能(néng)承受GB/T14598标准IV级、试验電(diàn)压8KV的静電(diàn)放電(diàn)试验；

③辐射電(diàn)磁场干扰测试

能(néng)承受GB/T14598标准Ⅲ级、干扰场强10V/m的辐射電(diàn)磁场干扰试验；

5）快速蜗变干扰试验

能(néng)承受GB/T14598标准规定的IV级快速瞬变干扰试验。

2.产品特点

1）控制器工作原理(lǐ)成熟可(kě)靠；

2）双CPU工作、主CPU采用(yòng)32位DSP处理(lǐ)器，辅助CPU采用(yòng)ARM Cortex-M7处理(lǐ)器；

3）采用(yòng)800*480触屏LCD液晶显示器；

4）采用(yòng)铁電(diàn)存储技术及实时时钟；

5）控制器具备自检功能(néng)，可(kě)对控制器主要部件进行检测分(fēn)析并记录、存储，便于维护；

6）控制器具有(yǒu)RS485、4G通讯功能(néng)；

7）具有(yǒu)脉选、線(xiàn)圈消弧、触点消弧功能(néng)。功能(néng)组合请查阅功能(néng)选型表；

8）菜单中有(yǒu)传动选项，可(kě)对控制器的输出、输入进行手动测试、提高现场检验、调试方便；

9）控制器為(wèi)全铝合金机箱分(fēn)板插件、整面板式结构，抗强震动；

10）控制器采用(yòng)嵌入式系统、软硬件模块化，强抗干扰设计，适应于恶劣环境。

六、系统安装尺寸、接線(xiàn)图及产品选型

6.1主机安装

6.1.1安装方式

控制器嵌入式结构，需要在开关柜面板上开孔。

6.1.2安装尺寸（单位mm）

6.1.3接線(xiàn)图（此图為(wèi)常规端子图、具體(tǐ)端子图以实物(wù)為(wèi)准）

6.2主要功能(néng)

6.2.1工作原理(lǐ)

控制器通过对母線(xiàn)電(diàn)压、PT开口三角電(diàn)压、電(diàn)容電(diàn)流等模拟量的实时采集、转换、计算，再与内部存储的定值进行逻辑分(fēn)析、比较，从而对系统的金属接地、弧光接地及PT断線(xiàn)等做出准确判断并控制相应出口。

6.2.2硬件原理(lǐ)

控制器硬件電(diàn)路主要由主板模块、人机交互模块、出口模块、電(diàn)源及开入模块、模拟量采集模块、母联板模块、网络通讯模块组成。

6.2.3控制器功能(néng)表

6.2.4模拟量、开关量输入

模拟量输入：控制器采集系统三相電(diàn)压、开口三角電(diàn)压、零序電(diàn)流、外部闭锁零序電(diàn)流等。外部开关量输入：控制器具有(yǒu)8路有(yǒu)源开关量输入，直流電(diàn)压110、220V可(kě)选，具體(tǐ)可(kě)见后面端子定义图。

6.2.5脉冲选線(xiàn)

控制器具有(yǒu)脉冲选線(xiàn)功能(néng)，同步高速采集24个通道電(diàn)流、電(diàn)压。当发生单相接地故障时，故障支路的脉采集单元将采集到脉冲信号实时发送到主控制器。

6.2.6金属接地告警

控制器具有(yǒu)母線(xiàn)金属接地告警功能(néng)。控制器通过对系统電(diàn)压进行采集、计算、分(fēn)析准确判断母線(xiàn)金属接地相别并输出无源告警接点，同时控制器保存母線(xiàn)電(diàn)压、开口三角電(diàn)压等参数及波形，便于现场分(fēn)析等。

6.2.7弧光接地动作

控制器具有(yǒu)母線(xiàn)弧光接地动作功能(néng)。控制器通过对系统電(diàn)压进行采集、计算、分(fēn)析准确判断母線(xiàn)弧光接地相别并驱动消弧回路实现系统弧光接地的保护作用(yòng)，同时控制器保存弧光接地时母線(xiàn)電(diàn)压、开口三角電(diàn)压、系统对地電(diàn)容電(diàn)流等参数及波形，便于动作分(fēn)析。

6.2.8低電(diàn)压告警

控制器实时检测系统電(diàn)压，当系统发生電(diàn)压过低时，控制器产生低電(diàn)压报告记录当时電(diàn)压值及波形，并输出告警信号。

6.2.9过電(diàn)压告警

控制器实时检测系统電(diàn)压，当系统发生操作或其他(tā)过電(diàn)压时，控制器产生过電(diàn)压报告记录当时電(diàn)压值及波形，并输出告警信号。

6.2.10電(diàn)压不平衡告警

控制器实时检测系统電(diàn)压，当系统发生電(diàn)压不平衡时，控制器产生相应报告记录当时電(diàn)压值及波形，并输出告警信号。

6.2.11PT断線(xiàn)

控制器具有(yǒu)母線(xiàn)PT断線(xiàn)检查功能(néng)。控制器通过PT对系统電(diàn)压进行采集、计算、分(fēn)析准确判断母線(xiàn)PT断線(xiàn)，并输出无源告警接点，同时控制器保存母線(xiàn)電(diàn)压、开口三角電(diàn)压等参数及波形，便于现场分(fēn)析等。

6.2.12控制器异常

控制器上電(diàn)后始终对控制器的通讯口、RAM、EEPROM等进行自检，一旦有(yǒu)故障将发出告警信号、并弹出相应的报告信息，方便用(yòng)户定位查找原因。

6.2.13记录追忆

事故追忆有(yǒu)以下内容，可(kě)通过液晶查看：

1）时间（年、月、日、时、分(fēn)、秒(miǎo)、毫秒(miǎo)）

2）动作、事件、录波的报告类型

3）动作、事件、录波的相关参数信息

4）报告顺序记录的序号，后进先出的原则

控制器可(kě)保存100个动作、事件、录波，并不因掉電(diàn)或复位而丢失。

6.2.14通讯及对时

控制器可(kě)采用(yòng)4G或RS485组成单或双网与监控系统通讯。4G通讯波特率100Mbps；RS485波特率默认9600bps，可(kě)修改，具有(yǒu)通讯对时功能(néng)。

6.3主机典型故障记录

·接地故障電(diàn)压录波

·接地故障开口三角電(diàn)压录波

·接地故障回路脉冲電(diàn)流录波

·100欧过渡電(diàn)阻接地故障回路脉冲電(diàn)流录波

·200欧过渡電(diàn)阻接地故障回路脉冲電(diàn)流录波

·500欧过渡電(diàn)阻接地故障回路脉冲電(diàn)流录波

七、软件系统介绍

1.電(diàn)脑端

·实时监测数据显示

实时监控数据功能(néng)可(kě)以查询任何监测点，任何时段的监测数据，并且以图線(xiàn)形式直观展现，其中展现内容有(yǒu)電(diàn)压、電(diàn)流有(yǒu)效值波形、温湿度、泄露電(diàn)流波形、谐波含量柱状图、各类故障暂态录波波形等。

·地理(lǐ)位置信息图

监测站能(néng)在地图上显示出地标，更加直观的让用(yòng)户了解监测地点。顶部导航栏拥有(yǒu)快速查找和地區(qū)定位功能(néng)，方便用(yòng)户快速查找需要信息。

·告警信息

告警信息含有(yǒu)告警精确地标，异常具體(tǐ)内容，告警时间记录，维修反馈情况。不仅能(néng)让告警信息内容一目了然，也将反馈信息留档在案，全程信息记录备案。

·统计信息

公司信息统计，可(kě)以将公司信息录入在案，里面含有(yǒu)监测点，母線(xiàn)，支線(xiàn)，巡检员等一些列信息，从上到下，查找方便，管理(lǐ)轻松，减少沟通成本。

·人员信息

人员管理(lǐ)方便快捷，用(yòng)户體(tǐ)验度良好，无需學(xué)习，简单上手。

2.手机端

·实时监测数据显示

实时监控数据功能(néng)可(kě)以随时查看监测点的异常状况，系统以图文(wén)结合的方式，数据一目了然，异常监测点線(xiàn)路详情显示明确，报警地点及异常原因阐述详细.可(kě)以帮助用(yòng)户第一时间处理(lǐ)异常情况，减少损失。

·实时监测数据显示

监测站能(néng)在地图上显示出地标，更加直观的让用(yòng)户了解监测地点。