大兴机场线0.4kV系统接地故障排查与治理

马越

（北京市轨道交通运营管理有限公司，北京，100000）

0 引言

接地故障保护（又称漏电保护，大兴机场线PSCADA系统中上传报警报文均定义为“漏电保护动作”，故下文中如描述为“漏电保护动作”，含义同接地故障保护动作），是为了防止人身触电事故、保证电气设备正常运行所采取的一项重要技术措施。接地保护的基本原理是通过测量并限制漏电设备对地的泄露电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过某一整定值保护器就能自动切断电源。

大兴机场线根据设计要求，在部分馈出回路中增加了接地故障保护，但后续很多馈出回路频繁上报接地故障报警甚至跳闸，给专业维保人员和OCC系统调度人员监控和管理现场设备造成很大的困扰，也为下级负荷稳定运行埋下了隐患。为彻底解决上述问题，进行了一系列的排查。

1 大兴机场线0.4kV开关柜接地保护故障现象

北京轨道交通大兴机场线试运营期间，各变电站0.4kV开关柜抽屉频繁上报接地故障保护动作报警和复归报文。

根据供电专业复示中心统计，仅在2019年10月16日至10月31日这16天内，北磁主所、区间所4、草桥站、大兴新城站、大兴机场站、路基段停车场、磁各庄车辆段等多处变电所，PSCADA系统频繁报出0.4kV馈出抽屉漏电保护动作报文。且在10月29日，在磁各庄车辆段变电所，出现漏电保护动作导致馈出开关跳闸故障，造成下级负荷断电。跳闸故障详情如图所示。

图1 0.4kV抽屉漏电保护跳闸统计

由于接地故障电流的测量是永久性的。当接地故障电流达到设定值时，该继电器会根据设置的延时值自动进行时间延时。当延时时间结束时，如果接地故障电流仍然存在，接地故障保护继电器触点闭合并保持。即使接地故障电流消失，也需要现场手动复位，接地故障保护继电器触点才能够断开，该回路的断路器方可正常合闸。因此，漏电保护导致抽屉开关跳闸后，需现场人工手动复归，才能重新将0.4kV馈出开关送电。

2 排查与分析过程

通过统计接地保护频繁动作的车站和具体馈出开关，选取其中部分开关进行有针对性的排查和分析。初步分析出7种原因可能造成接地故障保护动作，具体排查案例如下。

原因1：下级负荷确实存在接地故障引起保护正常动作。

案例：2020年09月19日路基段停车场“411-7消防动力配电箱1漏电保护故障跳闸”排查，供电人员与段务人员对C相电缆进行绝缘测试时发现C相电缆绝缘不合格，此为接地保护正常动作。详见图2。

图2 测试C相电缆绝缘，测试结果不合格，排查发现C相电缆破损

经检查发现411-7抽屉C相馈出电缆在简易临修库中间门处电缆井下北侧3米左右电缆钢铠有打火痕迹，电缆绝缘保护层被击穿。

治理方案：通过联合通信、信号、机电、段场、车辆等各专业，共同进行排查，检测和排除下级负荷泄露电流点位。如排查电缆有破损处，及时进行修补。

原因2：零地混接，下级负荷中零排与接地排短路。

案例：20121年4月4日大兴新城站“417-5 A端A端环控电控室消防负荷电控柜3（主）漏电保护动作”排查时，发现消防负荷一级箱中虽然零排与底牌独立且接线无误，但馈出电缆接地辫子与一级箱中零排搭接，造成零地混接。现场调整接地辫子位置后，泄漏电流消失。

治理方案：联合机电专业，共同对一级配电箱进行排查，对配电箱中接线、布线不规范处进行整改，消除零地混接隐患。

图3 接地保护继电器二次原理图

原因3：施工原因造成一次接线错误或不规范。

案例一：2019年11月16日大兴新城站“信号UPS电源整合抽屉漏电保护动作”排查时，发现稳压柜中变压器原边零线接入了变压器副边N排，变压器副边零线接入了变压器原边N排，导致UPS启动时，A、B、C、N四相电流矢量和不为0，存在泄漏电流。现场调整N排接线后，泄漏电流消失，漏电保护功能恢复正常。

案例二：2019年12月5日北磁主所“413-3夹层照明配电箱1漏电保护动作”排查时，发现413-6的电缆穿了413-5的漏保CT；413-4的电缆穿了413-3的漏保CT，现场将413-6回路上的CT挪至413-5；将413-4回路上的CT挪至413-3，更改完毕后，试验漏电保护功能恢复正常。

治理方案：针对施工不规范造成的遗留问题，联合施工单位进行全面排查整改，对一次接线错误的电缆进行停电、调整，并重新测量泄露电流值，确保整改到位。

原因4：二次接线错误或不规范。

案例一：2019年10月24日北磁主所“414-3 2#通信基站二级负荷配电柜漏电保护动作”排查时，发现414-3抽屉中测量泄露电流的互感器二次接线错误，现场调整接线后，试验漏电保护功能恢复正常。

案例二：2019年10月29日路基段停车场“414-3 区间临时设备用房电源柜漏电保护动作”排查时，发现414-3抽屉中测量泄露电流的互感器二次接线错误，现场调整接线后，试验漏电保护功能恢复正常。

治理方案：针对施工不规范造成的遗留问题，联合施工单位进行全面排查整改，对二次接线错误的电缆进行停电、调整，并重新测量泄露电流值，确保整改到位。

原因5：偶发性接地保护继电器故障。

案例：2020年09月05日大兴机场站“降压所416-4站台B端公共区照明总柜（3）接地保护动作造成开关位置由合变分”排查时发现，416-4抽屉在实际漏电电流未达到定值的情况下，接地保护继电器的保护驱动跳闸接点本应处于断开状态，但现场416-4抽屉的接地保护继电器的跳闸接点一直处于闭合状态，造成416-4继电器持续输出跳闸信号，驱动抽屉在试验位及工作位都会误跳闸。另外，经现场检查，接地保护继电器上传接地故障信号接点正常，所以上位机未显示漏电保护动作信息。更换继电器后设备恢复正常。

治理方案：针对接地保护继电器偶发性故障问题，统计全年总计继电器故障数量和频次，按故障比例储存接地保护继电器备件，调整好继电器拨码参数、保护定值，当现场 接地保护继电器故障时，及时进行更换处理。

原因6：电磁干扰。

由于0.4kV开关柜馈出抽屉内电磁环境较为复杂，接地保护继电器输入信号为mA级，且采集CT二次电流所用的屏蔽电缆抗干扰能力较弱，所以容易发生漏电保护误动作情况。目前已经安排0.4kV开关柜厂家提供抗干扰磁环，在全线0.4kV馈出开关抽屉中电流互感器二次线部位增加抗干扰磁环。

图4 抗干扰磁环

治理方案：目前已经安排0.4kV开关柜厂家提供抗干扰磁环，如图4所示，在全线0.4kV馈出开关抽屉中电流互感器二次线部位增加抗干扰磁环。

原因7：在UPS等下级存在冲击性负荷的回路中，采用多CT并联方式的接地保护功能存在误动作现象。

案例：排查过程中，在已经排除上述6类造成漏电保护动作原因后，仍发现某些0.4kV开关柜抽屉仍会报出接地保护动作。如图5所示。

图5 接地保护故障统计

治理方案：经统计发现上述负荷均有如下特点

（1）下级均为馈出电缆线径较大的冲击性负荷设备（UPS设备主机和稳压柜中有输入隔离变压器，启动时会产生较大的励磁涌流）；

（2）这些冲击性较大负荷设备的供电馈出开关，均采用多CT并联式接地故障保护。

鉴于此，我们对馈出电缆线径较大的冲击性负荷设备采用多CT并联式接地保护功能是否合适产生了质疑，由此产生了在下级存在冲击性负荷的工况下多CT并联式接地保护会发生误动作的假设。

图6 多CT并联式接地保护接线方式

2019年11月14日，选择在大兴新城站信号UPS电源整合抽屉进行测试。本次测试采用现场两种方式共同设置和模拟测试，即在本身已经具有多CT并联方式接地保护功能的同时，再在相同下级负荷上加装一套单CT直通式接地保护。试验结果发现在UPS等下级存在冲击性负荷的回路中，采用多CT并联方式的接地保护功能存在误动作现象。

治理方案：鉴于多CT并联式接地保护功能在冲击性负荷启动时会误动作，为保障大兴机场线设备运行稳定，排除误动作信号，经设计、施工、运营、供货商等多方协商，决定进行以下改造：

（1）由大兴机场线供电设计协调动照设计明确全线0.4kV冲击性负荷回路，经梳理和设计确认，大兴机场线全线共计201处抽屉为冲击性负荷回路。

（2）0.4kV馈出回路中冲击类负荷接地保护功能由多CT并联式更改为单CT直通式，并对漏电保护电流动作值进行整定。

（2）首先对全线所涉接地保护的UPS馈出开关进行更改，并进行切换测试，查看是否能够避免启动瞬间跳闸的情况。

（4）供电专业依据供电设计提供的冲击性负荷类别重点监测负载启动时的漏电流情况。

3 总结

综合大兴机场线漏电保护动作的排查和治理情况，汇总出下方表格，对于排查过程中的案例进行记录，总结出造成大兴机场线漏电保护频繁动作的7个原因，有针对性的进行治理，目前已经极大的降低了接地保护动作的频率，为后续大兴机场线供电专业设备平稳运行奠定了坚实的的基础，详见下表。

序号 分析引起漏保动作原因 处理措施1 下级负荷确实存在接地故障引起保护正常动作联合相关专业检测和排除下级负荷泄露电流点位2 零地混接，下级负荷中零排与接地排短路调整柜后接地辫子位置；排查和整改零地混接线路3 施工原因一次接线错误或不规范 调整一次接线4 二次接线错误或不规范 调整二次接线5 偶发性接地保护继电器故障 更换接地保护继电器6电磁干扰 增加抗干扰磁环7多CT并联方式接地保护功能对于瞬时冲击性负荷不适用梳理全线所有冲击性负荷，将对应多CT并联方式接地保护更改成单CT直通式，并对漏电保护电流动作值进行整定。