一、概述

在我国3~35kV中压输配电系统中，大部分采用中性点不直接接地方式，即中性点不接地或经消弧线圈接地。中性点不直接接地方式在单相接地的状态下，系统线电压仍可保持三相对称而不影响用电设备的正常工作。所以，采用中性点不直接接地方式输配电系统的供电可靠性要远高于中性点直接接地的输配电系统。这是中性点不直接接地方式最大的优点，也是我国长期坚持在中压输配电系统中使用这种接地方式的基本原因。但是，从多年的运行经验和近年来中压输配电系统的发展情况看，中性点不直接接地方式也给中压输配电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，从而引起各种过电压。

中性点不直接接地系统中发生单相接地故障时，通常表现为弧光接地的形式，此时非故障相线路对地电压最高可升至3.5倍额定相电压。这种遍布整个系统的过电压往往会在系统绝缘薄弱处引起对地闪络，同时，接地电弧容易灼伤接地处的线路绝缘，特别是电缆线路，接地电弧容易烧穿电缆的相间绝缘而造成电缆相间短路，引发“电缆放泡”。另外，在弧光接地的过程中，由系统电磁参数的变化而引起系统发生激烈的电磁震荡。在震荡过程中，系统对地电容的充放电电流会在电弧熄灭和故障消除时通过系统中的电压互感器的中性点形成回路。该电流往往远大于电压互感器的额定电流，从而造成互感器的铁心饱和，一次侧电流因而急剧增大，熔断电压互感器保险丝，甚至烧毁电压互感器。难以确定发生单相接地故障的支路。目前市场上基于小电流选线原理的单相接地故障选线装置，在系统发生单相接地故障时，采集流过各支路的零序电容电流的大小和方向并经过不同的分析方法来确定发生单相接地故障的支路。由于系统零序电容电流信号小，并且会受到故障点的状态、位置等等多种因素的影响，检测的准确性不高，从而给用户的用电安全带来隐患。而应用于中性点经消弧线圈接地的系统时，原有基于功率方向选线原理的选线装置更是无法使用。

现有的故障电压监测装置对系统遭受的弧光、雷电、操作等暂态过电压不能真实的进行记录、分析。

为解决以上难题，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，单相接地故障管理系统具备100%准确率的快速选线，单相接地综合消弧消谐处理及电网高速同步采集监测及录波等功能。

二、技术特点及适用范围

1.主要特点

同步暂态录波型单相接地故障管理系统针对中性点不直接接地系统开发的，适用于电力系统发电厂、变电站及钢铁、煤炭、石油化工等大型厂矿企业。

1）较强的通用性和灵活性。它适用于3~35kV中压输配电中性点不直接接地系统中，可根据用户的不同系统灵活组装配置，满足现场要求。

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

3）主控制部件采用32位高性能DSP，全中文界面，同时通过IV级电磁抗干扰型式试验；

4）采用高精度硬件时钟芯片，控制器掉电后仍可正常计时。

5）控制器具有100个事件顺序记录且掉电不丢失功能.

6）具有自检功能，可对控制器主要部分进行检测分析并记录、存储，便于维护。

7）控制器为分板插件、板式结构，封闭、加强型标准4U半机箱单元，抗强振动。

8）控制器具有无线通讯功能，数据上传云端，PC及手机APP同步实时监测与管理。

2.适用范围使用环境

2.2.1适用范围

1）适用于3~35kV中性点不直接接地电力系统；

2）适用于电缆线路为主的电网、电缆与架空线的混合电网。

2.2.2使用环境

1）使用环境温度-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）使用环境的周围介质无爆炸危险，不应含有腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不使绝缘水平降低到允许极值以下。

5）无导电灰尘存在；

6）无剧烈震动的场所；

7）室内安装。

三、工作原理及主要功能

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系统通过接地变压器引出一个中性点，该中性点与高压可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控硅导通，故障支路流过一个大小可控的脉冲电流，主控制器通过同步采样单元采集、比较所有出线回路的零序CT电流波形，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，接地故障管理系统采用不同的工作方式，消弧线圈和真空接触器互相配合，互相保护，提高了系统供电的可靠性和安全性.当系统发生单相接地故障时，接地故障管理系统完成选线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电容电流，消除系统弧光过电压，然后调谐消弧线圈，断开故障相的真空接触器，在真空接触器打开过程中，消弧线圈补偿系统接地电容电流，避免系统接地电容电流再次流过故障点，防止故障支路特别是电缆支路由单相接地故障升级为相间短路事故，同时能有效防止真空接触器打开时产生操作过电压。如果故障点绝缘恢复，系统恢复正常运行，接地故障管理系统退出消弧线圈；如果故障点绝缘没有恢复，接地故障管理系统再次迅速启动故障相真空接触器转移故障点电流，然后退出消弧线圈，保证系统2小时供电，同时主控制器把电力系统在故障状态以及遭受雷电、操作、接地故障等冲击时的电压波形、所有回路的电流波形完整的进行录波、处理、分析，上传到“云电微视”的后台及用户手机端APP，供用户在故障发生时及时查找、处理故障恢复供电，故障发生后进一步分析电力系统的工作状态。

技术性能

同步暂态录波型单相接地故障管理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，能持续运行2小时的优点，又能克服该系统发生单相接地时选线不准确等缺点。概况起来，该系统有如下技术性能：

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

2）系统的主控制器具有12.8k速率同步高速采集24个通道电流、电压的功能；

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，并将电弧电流降低为零，从而使弧光熄灭，系统过电压被限制在相电压值的V3倍以内，最大可能地防止间歇性观光接地故障的发展；

4）由于系统中有重要的负载存在，装置在动作后，自身能连续工作2小时以上，以保证不能停电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断线，还是系统过电压、低电压，测控装置显示屏上可显示出事故属性和相别、各相电压值，并准确记录各种异常状态下的技术数据，便于事故分析，同时具备4G通讯上传云平台功能；

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、三相电压值、开口电压值、系统接地电容电流值，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单相断线时，测控装置显示屏显示PT断线故障、三相电压值、开口电压值，同时提供报警信号；

8）当系统电压高于控制器整定的过电压值时，测控装置面板显示过电压故障、三相电压值、并提供报警信号；

9）当系统电压低于测控装置整定的低电压值时，测控装置显示屏显示低电压故障、三相电压值、并提供报警信号；

10）系统能存储不少于100次的事故记录；

11）系统中脉冲式消弧线圈在发生单相接地故障时具有补偿系统接地电容电流，在真空接触器开断时具有抑制系统过电压的功能；

12）系统具有接地脉冲选线功能。当系统发生单相接地故障时，装置选线过程不大于20ms，同时有告警信号输出；

13）系统可对三相电压谐波、电压闪变、雷击过电压、操作过电压等进行实时监测、定时记录。

14）系统满足无人值班变电所要求。

四、系统选型及配置

注：X-选线；C-处理；

额定电压（kV）：7.2、12、40.5；

电容电流（A）；50.80、100、120、150根据系统情况

设计主要元器件配置：

1）MQKZ单相接地故障管理系统控制器

工作电源：85V-265V DC/AC.

MQKZ同步暂态录波型单相接地故障管理系统控制器采用32位高性能双CPU，7英寸宽屏工业彩色液晶触摸显示屏，全中文界面，同时通过IV级电磁抗干扰型式试验；控制器具有视窗化全电压故障录波分析系统。

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。为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电流通道。

3）脉冲式消弧线圈

10kV产品型号：XDC-50/10最大补偿电感电流50A；35kV产品型号：XDC-35/30最大补偿电感电流30A，

4）高压限流熔断器

10kV产品型号：XRNT-12，额定电压：12kV，额定电流：31.5A；35kV产品型号：XRNT-

40.5，额定电压：40.5kV，额定电流：16A.

5）高压可控硅触发模组

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）脉冲式零序电流互感器

型号：LXK-120；变比：200/1；保护等级：10P10

9）管理系统后台

主控制器把系统运行数据实时传输到客户“云电微视”后台或管理系统后台，实现远程通讯、远程测量、远程监控、手机端APP.

通用参数

五、控制器性能及特点

1.电气性能

1）绝缘电阻

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间，用500V摇表，其绝缘电阻应不小于100兆欧。

2）介质强度

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间能承受2KV工频耐压试验，一分钟无击穿或闪络现象。

3）冲击电压

在标准试验大气条件下，控制器各带电的导电回路对地之间，及电气上无联系的各带电的导电回路之间能承受冲击电压波形为标准雷电波，幅值为5KV的试验电压，无绝缘损坏。

4）抗电磁干扰性能

①脉冲干扰试验

能承受频率为1MHz及100kHz衰减振荡波脉冲干扰试验，持续时间不少于2s；

②静电放电测试

能承受GB/T14598标准IV级、试验电压8KV的静电放电试验；

③辐射电磁场干扰测试

能承受GB/T14598标准Ⅲ级、干扰场强10V/m的辐射电磁场干扰试验；

5）快速蜗变干扰试验

能承受GB/T14598标准规定的IV级快速瞬变干扰试验。

2.产品特点

1）控制器工作原理成熟可靠；

2）双CPU工作、主CPU采用32位DSP处理器，辅助CPU采用ARM Cortex-M7处理器；

3）采用800*480触屏LCD液晶显示器；

4）采用铁电存储技术及实时时钟；

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

6）控制器具有RS485、4G通讯功能；

7）具有脉选、线圈消弧、触点消弧功能。功能组合请查阅功能选型表；

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

9）控制器为全铝合金机箱分板插件、整面板式结构，抗强震动；

10）控制器采用嵌入式系统、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、接线图及产品选型

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接线图（此图为常规端子图、具体端子图以实物为准）

6.2主要功能

6.2.1工作原理

控制器通过对母线电压、PT开口三角电压、电容电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析、比较，从而对系统的金属接地、弧光接地及PT断线等做出准确判断并控制相应出口。

6.2.2硬件原理

控制器硬件电路主要由主板模块、人机交互模块、出口模块、电源及开入模块、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电压、开口三角电压、零序电流、外部闭锁零序电流等。外部开关量输入：控制器具有8路有源开关量输入，直流电压110、220V可选，具体可见后面端子定义图。

6.2.5脉冲选线

控制器具有脉冲选线功能，同步高速采集24个通道电流、电压。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

控制器具有母线金属接地告警功能。控制器通过对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线金属接地相别并输出无源告警接点，同时控制器保存母线电压、开口三角电压等参数及波形，便于现场分析等。

6.2.7弧光接地动作

控制器具有母线弧光接地动作功能。控制器通过对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线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，同时控制器保存弧光接地时母线电压、开口三角电压、系统对地电容电流等参数及波形，便于动作分析。

6.2.8低电压告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生电压过低时，控制器产生低电压报告记录当时电压值及波形，并输出告警信号。

6.2.9过电压告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生操作或其他过电压时，控制器产生过电压报告记录当时电压值及波形，并输出告警信号。

6.2.10电压不平衡告警

控制器实时检测系统电压，当系统发生电压不平衡时，控制器产生相应报告记录当时电压值及波形，并输出告警信号。

6.2.11PT断线

控制器具有母线PT断线检查功能。控制器通过PT对系统电压进行采集、计算、分析准确判断母线PT断线，并输出无源告警接点，同时控制器保存母线电压、开口三角电压等参数及波形，便于现场分析等。

6.2.12控制器异常

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

6.2.13记录追忆

事故追忆有以下内容，可通过液晶查看：

1）时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）

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

控制器可保存100个动作、事件、录波，并不因掉电或复位而丢失。

6.2.14通讯及对时

控制器可采用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，可修改，具有通讯对时功能。

6.3主机典型故障记录

·接地故障电压录波

·接地故障开口三角电压录波

·接地故障回路脉冲电流录波

·100欧过渡电阻接地故障回路脉冲电流录波

·200欧过渡电阻接地故障回路脉冲电流录波

·500欧过渡电阻接地故障回路脉冲电流录波

七、软件系统介绍

1.电脑端

·实时监测数据显示

实时监控数据功能可以查询任何监测点，任何时段的监测数据，并且以图线形式直观展现，其中展现内容有电压、电流有效值波形、温湿度、泄露电流波形、谐波含量柱状图、各类故障暂态录波波形等。

·地理位置信息图

监测站能在地图上显示出地标，更加直观的让用户了解监测地点。顶部导航栏拥有快速查找和地区定位功能，方便用户快速查找需要信息。

·告警信息

告警信息含有告警精确地标，异常具体内容，告警时间记录，维修反馈情况。不仅能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，可以将公司信息录入在案，里面含有监测点，母线，支线，巡检员等一些列信息，从上到下，查找方便，管理轻松，减少沟通成本。

·人员信息

人员管理方便快捷，用户体验度良好，无需学习，简单上手。

2.手机端

·实时监测数据显示

实时监控数据功能可以随时查看监测点的异常状况，系统以图文结合的方式，数据一目了然，异常监测点线路详情显示明确，报警地点及异常原因阐述详细.可以帮助用户第一时间处理异常情况，减少损失。

·实时监测数据显示

监测站能在地图上显示出地标，更加直观的让用户了解监测地点。