一、概述
在我國3~35kV中壓輸配電系統中，大部分采用中性點不直接接地方式，即中性點不接地或經消弧線圈接地。中性點不直接接地方式在單相接地的狀態下，系統線電壓仍可保持三相對稱而不影響用電設備的正常工作。所以，采用中性點不直接接地方式輸配電系統的供電可靠性要遠高于中性點直接接地的輸配電系統。這是中性點不直接接地方式最大的優點，也是我國長期堅持在中壓輸配電系統中使用這種接地方式的基本原因。但是，從多年的運行經驗和近年來中壓輸配電系統的發展情況看，中性點不直接接地方式也給中壓輸配電系統帶來了一些問題：
中性點不直接接地系統容易發生高壓震蕩，從而引起各種過電壓。
中性點不直接接地系統中發生單相接地故障時，通常表現為弧光接地的形式，此時非故障相線路對地電壓最高可升至3.5倍額定相電壓。這種遍布整個系統的過電壓往往會在系統絕緣薄弱處引起對地閃絡，同時，接地電弧容易灼傷接地處的線路絕緣，特別是電纜線路，接地電弧容易燒穿電纜的相間絕緣而造成電纜相間短路，引發“電纜放泡”。另外，在弧光接地的過程中，由系統電磁參數的變化而引起系統發生激烈的電磁震蕩。在震蕩過程中，系統對地電容的充放電電流會在電弧熄滅和故障消除時通過系統中的電壓互感器的中性點形成回路。該電流往往遠大于電壓互感器的額定電流，從而造成互感器的鐵心飽和，一次側電流因而急劇增大，熔斷電壓互感器保險絲，甚至燒毀電壓互感器。難以確定發生單相接地故障的支路。目前市場上基于小電流選線原理的單相接地故障選線裝置，在系統發生單相接地故障時，采集流過各支路的零序電容電流的大小和方向并經過不同的分析方法來確定發生單相接地故障的支路。由于系統零序電容電流信號小，并且會受到故障點的狀態、位置等等多種因素的影響，檢測的準確性不高，從而給用戶的用電安全帶來隱患。而應用于中性點經消弧線圈接地的系統時，原有基于功率方向選線原理的選線裝置更是無法使用。
現有的故障電壓監測裝置對系統遭受的弧光、雷電、操作等暫態過電壓不能真實的進行記錄、分析。
為解決以上難題，我司開發出基于同步暫態錄波型單相接地故障管理系統，在中性點不直接接地系統發生單相接地故障時，單相接地故障管理系統具備100%準確率的快速選線，單相接地綜合消弧消諧處理及電網高速同步采集監測及錄波等功能。
二、技術特點及適用范圍
1.主要特點
同步暫態錄波型單相接地故障管理系統針對中性點不直接接地系統開發的，適用于電力系統發電廠、變電站及鋼鐵、煤炭、石油化工等大型廠礦企業。
1）較強的通用性和靈活性。它適用于3~35kV中壓輸配電中性點不直接接地系統中，可根據用戶的不同系統靈活組裝配置，滿足現場要求。
2）具有實時同步高速采集系統，對所有回路零序電流采樣并錄波，采樣速率達到12.8K，同步精度10us以內，通過可控的脈沖電流注入10ms，快速準確判斷系統接地回路。
3）主控制部件采用32位高性能DSP，全中文界面，同時通過IV級電磁抗干擾型式試驗；
4）采用高精度硬件時鐘芯片，控制器掉電后仍可正常計時。
5）控制器具有100個事件順序記錄且掉電不丟失功能.
6）具有自檢功能，可對控制器主要部分進行檢測分析并記錄、存儲，便于維護。
7）控制器為分板插件、板式結構，封閉、加強型標準4U半機箱單元，抗強振動。
8）控制器具有無線通訊功能，數據上傳云端，PC及手機APP同步實時監測與管理。
2.適用范圍使用環境
2.2.1適用范圍
1）適用于3~35kV中性點不直接接地電力系統；
2）適用于電纜線路為主的電網、電纜與架空線的混合電網。
2.2.2使用環境
1）使用環境溫度-20℃~+40℃；
2）空氣相對濕度≤90%（+20℃）；
3）海拔不超過1000米（超過時需在訂貨時說明）；
4）使用環境的周圍介質無爆炸危險，不應含有腐蝕性氣體，所含導電塵埃的濃度不使絕緣水平降低到允許極值以下。
5）無導電灰塵存在；
6）無劇烈震動的場所；
7）室內安裝。
三、工作原理及主要功能
在中性點不直接接地系統中，同步暫態錄波型單相接地故障管理系統通過接地變壓器引出一個中性點，該中性點與高壓可控硅串聯后與地相連，當系統某一支路發生單相接地故障時，主控制器檢測到接地信號后迅速觸發可控硅導通，故障支路流過一個大小可控的脈沖電流，主控制器通過同步采樣單元采集、比較所有出線回路的零序CT電流波形，判斷出故障支路、故障類型及故障時間等。根據單相接地故障的性質，接地故障管理系統采用不同的工作方式，消弧線圈和真空接觸器互相配合，互相保護，提高了系統供電的可靠性和安全性.當系統發生單相接地故障時，接地故障管理系統完成選線后迅速啟動故障相真空接觸器，真空接觸器轉移流過故障點的高頻接地電容電流，消除系統弧光過電壓，然后調諧消弧線圈，斷開故障相的真空接觸器，在真空接觸器打開過程中，消弧線圈補償系統接地電容電流，避免系統接地電容電流再次流過故障點，防止故障支路特別是電纜支路由單相接地故障升級為相間短路事故，同時能有效防止真空接觸器打開時產生操作過電壓。如果故障點絕緣恢復，系統恢復正常運行，接地故障管理系統退出消弧線圈；如果故障點絕緣沒有恢復，接地故障管理系統再次迅速啟動故障相真空接觸器轉移故障點電流，然后退出消弧線圈，保證系統2小時供電，同時主控制器把電力系統在故障狀態以及遭受雷電、操作、接地故障等沖擊時的電壓波形、所有回路的電流波形完整的進行錄波、處理、分析，上傳到“云電微視”的后臺及用戶手機端APP，供用戶在故障發生時及時查找、處理故障恢復供電，故障發生后進一步分析電力系統的工作狀態。
技術性能
同步暫態錄波型單相接地故障管理系統結合了當前中性點不直接接地系統和中性點直接接地系統各自的優點，既保持了傳統的中高壓中性點不直接接地系統發生單相接地時，能持續運行2小時的優點，又能克服該系統發生單相接地時選線不準確等缺點。概況起來，該系統有如下技術性能：
1）同步暫態錄波型單相接地故障管理系統控制器設置RS485通訊接口，配有標準MODBUS通訊規約，與用戶微機監控系統實現數據遠距離傳送。
2）系統的主控制器具有12.8k速率同步高速采集24個通道電流、電壓的功能；
3）系統發生間歇性弧光后，裝置應在兩個周波內把弧光接地轉換成金屬性接地，并將電弧電流降低為零，從而使弧光熄滅，系統過電壓被限制在相電壓值的V3倍以內，最大可能地防止間歇性觀光接地故障的發展；
4）由于系統中有重要的負載存在，裝置在動作后，自身能連續工作2小時以上，以保證不能停電的重要負載繼續運行；
5）不論是間歇性弧光接地、金屬性接地、PT斷線，還是系統過電壓、低電壓，測控裝置顯示屏上可顯示出事故屬性和相別、各相電壓值，并準確記錄各種異常狀態下的技術數據，便于事故分析，同時具備4G通訊上傳云平臺功能；
6）當發生金屬或弧光接地故障時，測控裝置顯示屏顯示弧光接地故障、三相電壓值、開口電壓值、系統接地電容電流值，測控裝置輸出動作信號使故障相接觸器必須快速動作，同時提供接地報警輸出；
7）當發生PT單相斷線時，測控裝置顯示屏顯示PT斷線故障、三相電壓值、開口電壓值，同時提供報警信號；
8）當系統電壓高于控制器整定的過電壓值時，測控裝置面板顯示過電壓故障、三相電壓值、并提供報警信號；
9）當系統電壓低于測控裝置整定的低電壓值時，測控裝置顯示屏顯示低電壓故障、三相電壓值、并提供報警信號；
10）系統能存儲不少于100次的事故記錄；
11）系統中脈沖式消弧線圈在發生單相接地故障時具有補償系統接地電容電流，在真空接觸器開斷時具有抑制系統過電壓的功能；
12）系統具有接地脈沖選線功能。當系統發生單相接地故障時，裝置選線過程不大于20ms，同時有告警信號輸出；
13）系統可對三相電壓諧波、電壓閃變、雷擊過電壓、操作過電壓等進行實時監測、定時記錄。
14）系統滿足無人值班變電所要求。
四、系統選型及配置
注：X-選線；C-處理；
額定電壓（kV）：7.2、12、40.5；
電容電流（A）；50.80、100、120、150根據系統情況
設計主要元器件配置：
1）MQKZ單相接地故障管理系統控制器
工作電源：85V-265V DC/AC.
MQKZ同步暫態錄波型單相接地故障管理系統控制器采用32位高性能雙CPU，7英寸寬屏工業彩色液晶觸摸顯示屏，全中文界面，同時通過IV級電磁抗干擾型式試驗；控制器具有視窗化全電壓故障錄波分析系統。
2）接地變壓器
10kV產品型號：DKSC-180/10Zn接法。35kV產品型號：DKSC-315/35Zn接法。為中性點不直接接地系統提供一個中性點，發生單相接地時提供一個零序電流通道。
3）脈沖式消弧線圈
10kV產品型號：XDC-50/10最大補償電感電流50A；35kV產品型號：XDC-35/30最大補償電感電流30A，
4）高壓限流熔斷器
10kV產品型號：XRNT-12，額定電壓：12kV，額定電流：31.5A；35kV產品型號：XRNT-
40.5，額定電壓：40.5kV，額定電流：16A.
5）高壓可控硅觸發模組
型號：MQ-iSCR-400A/10（35）kV。
6）高壓隔離開關
10kV產品型號：GN19-12C/630；35kV產品型號：GN27-40.5/630A.
7）真空接觸器
10kV產品型號：JCZT-12/630；35kV產品型號：JCZT3-40.5/630.
8）脈沖式零序電流互感器
型號：LXK-120；變比：200/1；保護等級：10P10
9）管理系統后臺
主控制器把系統運行數據實時傳輸到客戶“云電微視”后臺或管理系統后臺，實現遠程通訊、遠程測量、遠程監控、手機端APP.
通用參數
五、控制器性能及特點
1.電氣性能
1）絕緣電阻
在標準試驗大氣條件下，控制器各帶電的導電回路對地之間，及電氣上無聯系的各帶電的導電回路之間，用500V搖表，其絕緣電阻應不小于100兆歐。
2）介質強度
在標準試驗大氣條件下，控制器各帶電的導電回路對地之間，及電氣上無聯系的各帶電的導電回路之間能承受2KV工頻耐壓試驗，一分鐘無擊穿或閃絡現象。
3）沖擊電壓
在標準試驗大氣條件下，控制器各帶電的導電回路對地之間，及電氣上無聯系的各帶電的導電回路之間能承受沖擊電壓波形為標準雷電波，幅值為5KV的試驗電壓，無絕緣損壞。
4）抗電磁干擾性能
①脈沖干擾試驗
能承受頻率為1MHz及100kHz衰減振蕩波脈沖干擾試驗，持續時間不少于2s；
②靜電放電測試
能承受GB/T14598標準IV級、試驗電壓8KV的靜電放電試驗；
③輻射電磁場干擾測試
能承受GB/T14598標準Ⅲ級、干擾場強10V/m的輻射電磁場干擾試驗；
5）快速蝸變干擾試驗
能承受GB/T14598標準規定的IV級快速瞬變干擾試驗。
2.產品特點
1）控制器工作原理成熟可靠；
2）雙CPU工作、主CPU采用32位DSP處理器，輔助CPU采用ARM Cortex-M7處理器；
3）采用800*480觸屏LCD液晶顯示器；
4）采用鐵電存儲技術及實時時鐘；
5）控制器具備自檢功能，可對控制器主要部件進行檢測分析并記錄、存儲，便于維護；
6）控制器具有RS485、4G通訊功能；
7）具有脈選、線圈消弧、觸點消弧功能。功能組合請查閱功能選型表；
8）菜單中有傳動選項，可對控制器的輸出、輸入進行手動測試、提高現場檢驗、調試方便；
9）控制器為全鋁合金機箱分板插件、整面板式結構，抗強震動；
10）控制器采用嵌入式系統、軟硬件模塊化，強抗干擾設計，適應于惡劣環境。
六、系統安裝尺寸、接線圖及產品選型
6.1主機安裝
6.1.1安裝方式
控制器嵌入式結構，需要在開關柜面板上開孔。
6.1.2安裝尺寸（單位mm）
6.1.3接線圖（此圖為常規端子圖、具體端子圖以實物為準）
6.2主要功能
6.2.1工作原理
控制器通過對母線電壓、PT開口三角電壓、電容電流等模擬量的實時采集、轉換、計算，再與內部存儲的定值進行邏輯分析、比較，從而對系統的金屬接地、弧光接地及PT斷線等做出準確判斷并控制相應出口。
6.2.2硬件原理
控制器硬件電路主要由主板模塊、人機交互模塊、出口模塊、電源及開入模塊、模擬量采集模塊、母聯板模塊、網絡通訊模塊組成。
6.2.3控制器功能表
6.2.4模擬量、開關量輸入
模擬量輸入：控制器采集系統三相電壓、開口三角電壓、零序電流、外部閉鎖零序電流等。外部開關量輸入：控制器具有8路有源開關量輸入，直流電壓110、220V可選，具體可見后面端子定義圖。
6.2.5脈沖選線
控制器具有脈沖選線功能，同步高速采集24個通道電流、電壓。當發生單相接地故障時，故障支路的脈采集單元將采集到脈沖信號實時發送到主控制器。
6.2.6金屬接地告警
控制器具有母線金屬接地告警功能?？刂破魍ㄟ^對系統電壓進行采集、計算、分析準確判斷母線金屬接地相別并輸出無源告警接點，同時控制器保存母線電壓、開口三角電壓等參數及波形，便于現場分析等。
6.2.7弧光接地動作
控制器具有母線弧光接地動作功能?？刂破魍ㄟ^對系統電壓進行采集、計算、分析準確判斷母線弧光接地相別并驅動消弧回路實現系統弧光接地的保護作用，同時控制器保存弧光接地時母線電壓、開口三角電壓、系統對地電容電流等參數及波形，便于動作分析。
6.2.8低電壓告警
控制器實時檢測系統電壓，當系統發生電壓過低時，控制器產生低電壓報告記錄當時電壓值及波形，并輸出告警信號。
6.2.9過電壓告警
控制器實時檢測系統電壓，當系統發生操作或其他過電壓時，控制器產生過電壓報告記錄當時電壓值及波形，并輸出告警信號。
6.2.10電壓不平衡告警
控制器實時檢測系統電壓，當系統發生電壓不平衡時，控制器產生相應報告記錄當時電壓值及波形，并輸出告警信號。
6.2.11PT斷線
控制器具有母線PT斷線檢查功能?？刂破魍ㄟ^PT對系統電壓進行采集、計算、分析準確判斷母線PT斷線，并輸出無源告警接點，同時控制器保存母線電壓、開口三角電壓等參數及波形，便于現場分析等。
6.2.12控制器異常
控制器上電后始終對控制器的通訊口、RAM、EEPROM等進行自檢，一旦有故障將發出告警信號、并彈出相應的報告信息，方便用戶定位查找原因。
6.2.13記錄追憶
事故追憶有以下內容，可通過液晶查看：
1）時間（年、月、日、時、分、秒、毫秒）
2）動作、事件、錄波的報告類型
3）動作、事件、錄波的相關參數信息
4）報告順序記錄的序號，后進先出的原則
控制器可保存100個動作、事件、錄波，并不因掉電或復位而丟失。
6.2.14通訊及對時
控制器可采用4G或RS485組成單或雙網與監控系統通訊。4G通訊波特率100Mbps；RS485波特率默認9600bps，可修改，具有通訊對時功能。
6.3主機典型故障記錄
·接地故障電壓錄波
·接地故障開口三角電壓錄波
·接地故障回路脈沖電流錄波
·100歐過渡電阻接地故障回路脈沖電流錄波
·200歐過渡電阻接地故障回路脈沖電流錄波
·500歐過渡電阻接地故障回路脈沖電流錄波
七、軟件系統介紹
1.電腦端
·實時監測數據顯示
實時監控數據功能可以查詢任何監測點，任何時段的監測數據，并且以圖線形式直觀展現，其中展現內容有電壓、電流有效值波形、溫濕度、泄露電流波形、諧波含量柱狀圖、各類故障暫態錄波波形等。
·地理位置信息圖
監測站能在地圖上顯示出地標，更加直觀的讓用戶了解監測地點。頂部導航欄擁有快速查找和地區定位功能，方便用戶快速查找需要信息。
·告警信息
告警信息含有告警精確地標，異常具體內容，告警時間記錄，維修反饋情況。不僅能讓告警信息內容一目了然，也將反饋信息留檔在案，全程信息記錄備案。
·統計信息
公司信息統計，可以將公司信息錄入在案，里面含有監測點，母線，支線，巡檢員等一些列信息，從上到下，查找方便，管理輕松，減少溝通成本。
·人員信息
人員管理方便快捷，用戶體驗度良好，無需學習，簡單上手。
2.手機端
·實時監測數據顯示
實時監控數據功能可以隨時查看監測點的異常狀況，系統以圖文結合的方式，數據一目了然，異常監測點線路詳情顯示明確，報警地點及異常原因闡述詳細.可以幫助用戶第一時間處理異常情況，減少損失。
·實時監測數據顯示
監測站能在地圖上顯示出地標，更加直觀的讓用戶了解監測地點。
