低壓配網(wǎng)剩余電流保護運行現(xiàn)狀及相關措施分析

陳航宇 李天友 楊智奇

低壓配網(wǎng)剩余電流保護運行現(xiàn)狀及相關措施分析

陳航宇1李天友1楊智奇2

（1. 廈門理工學院電氣工程與自動化學院，福建 廈門 361024； 2. 福州大學電氣工程與自動化學院，福州 350108）

在低壓配電網(wǎng)中主要采用剩余電流保護裝置來實現(xiàn)觸電保護，但是現(xiàn)有的實際投運率并不高，運行效果不明顯。針對此問題，本課題組在福建省部分地區(qū)展開調(diào)研，分析運行存在的主要問題，針對性地提出技術管理措施，同時就這方面的技術研發(fā)提出建議。

剩余電流保護裝置；觸電保護；投運率

0 引言

近年來，低壓配電網(wǎng)故障引起人身觸電、電氣火災等事故時有發(fā)生。在低壓配電網(wǎng)中，主要采用剩余電流保護裝置（residual current protective device, RCD）（俗稱漏保），來實現(xiàn)觸電保護[1-2]。目前因種種原因，RCD的實際投運率并不高[3-4]。本文通過實地調(diào)研福建省部分低壓配電網(wǎng)，從配電線路絕緣現(xiàn)狀、接地型式、RCD的安裝運行情況、泄漏電流實測等方面開展現(xiàn)場調(diào)研，分析存在的主要問題，提出切實可行的管理與技術措施，并就這方面的技術研發(fā)提出建議。

1 低壓配電網(wǎng)RCD運行現(xiàn)狀調(diào)研

通過對福建部分地區(qū)的現(xiàn)場展開調(diào)研來了解現(xiàn)場低壓接地型式，查看RCD實際安裝情況，并對現(xiàn)場泄漏電流進行測試。

1.1 低壓系統(tǒng)接地方式

根據(jù)電源中性點與地的關系以及用電設備金屬外殼與地的關系分類，可將低壓系統(tǒng)接地方式分為TT接地、TN接地。其中TN系統(tǒng)又根據(jù)保護線和中性線的組合情況細分為TN-C、TN-S、TN-C-S 3種[5-6]。

目前市區(qū)新建住宅小區(qū)以TN-S系統(tǒng)為主，市區(qū)老舊站房以TN-C-S系統(tǒng)為主，架空臺區(qū)以TT系統(tǒng)為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村除少數(shù)地區(qū)以TN-C接線外，其他地區(qū)以TT為主。

1.2 RCD的配置情況

對于TT、TN-C、TN-C-S、TN-S不同接地方式下的剩余電流保護裝置配置要求如下：

1）TT系統(tǒng)裝設總保、中保和戶保。

2）TN-S系統(tǒng)一般采用電纜供電，不強制裝設總保和中級保護，只有在線路易發(fā)生漏電的情況下裝設，應裝設戶保。

3）TN-C系統(tǒng)不裝設總保（因中性線重復接地，故裝設總保也無法運行），對末端形成的局部的TT系統(tǒng)可裝設中級保護、戶保。

4）TN-C-S系統(tǒng)不裝設總保，中級保護在線路易發(fā)生漏電的情況下裝設，裝設戶保。

總保及中保均屬于延時性漏保，延時型漏保跳閘包含三要素，即漏電流幅值、分斷時間、不動作時間（極限不驅(qū)動時間）。戶保屬于速斷型漏保，跳閘要素為漏電流幅值。具體見表1。

表1 剩余電流保護裝置整定值

1.3 現(xiàn)場調(diào)研情況

1）現(xiàn)場漏電排查

現(xiàn)場進行漏電排查，如圖1所示。使用便攜式鉗形萬用表首先對臺區(qū)總出線側(cè)進行漏電檢測，查看整個臺區(qū)的總漏電情況；接著再查找分支側(cè)和用戶側(cè)線路的漏電情況，然后判定分支側(cè)和用戶側(cè)是否發(fā)生漏電；最后逐步縮小范圍，直到找到漏電點為止。

圖1 現(xiàn)場漏電排查

2）泄漏電流現(xiàn)場實測

查看剩余電流保護裝置運行情況，并現(xiàn)場實測泄漏電流。

（1）某臺區(qū)1為TT接地方式，總保已投入運行，中保投運情況：共118戶，投運108戶，投運率為91.53%，現(xiàn)場實測總保泄漏電流為75mA，如圖2所示。

（2）某臺區(qū)2為TN-C接地方式，總保未投入運行，中保投運情況：共126戶，投運101戶，投運率為80.16%，現(xiàn)場測得一級泄漏電流為96mA，二級泄漏電流為4.72mA，如圖3所示。

部分臺區(qū)RCD投運情況及泄漏電流現(xiàn)場實測詳見表2。

圖2 臺區(qū)1泄漏電流實測

圖3 臺區(qū)2泄漏電流實測

3）剩余電流保護裝置安裝情況

（1）總保。目前總保被安裝于JP柜分支路（配置相應的總保在線監(jiān)控系統(tǒng)），將其額定剩余動作電流設置為300mA及以上，最大分斷時間為0.5s或者0.3s，起到間接保護人身的效果。

（2）中保。目前各地區(qū)中保安裝位置不一致。2015年前，中保隨表箱招標一起配置，裝設于電表開關前，整定值為100mA，最大分斷時間為0.3s；2016年后，中保裝設于電表箱之后，整定值為50mA，最大分斷時間為0.2s?，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地市公司的中保整定值為50mA或30mA，最大分斷時間為0.1s，中保裝設的位置及整定值要求不統(tǒng)一，個別中保存在被解除的現(xiàn)象。

表2 部分RCD投運情況及泄漏電流現(xiàn)場實測

（3）戶保。戶保被安裝在用戶進線處或內(nèi)部配電箱處，其額定剩余動作電流設置為30mA及以下，起到直接保護人身觸電的效果。目前市區(qū)新建住宅小區(qū)基本都安裝到位，但城郊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)用戶由于內(nèi)部線路老化等問題造成戶保無法投運。

三級保護系統(tǒng)RCD具體安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 三級保護系統(tǒng)RCD具體安裝位置示意圖

2 低壓配網(wǎng)及其RCD運行存在問題分析

2.1 低壓配電線路絕緣老化問題

部分臺區(qū)低壓主干和分支線路、接戶線、進戶線線路老舊破損，絕緣水平較低，泄漏電流通過絕緣子、樹木、建筑物外墻并通過接地點流入大地，再流回變壓器接地中性點，由于泄漏電流大，導致RCD保護出現(xiàn)頻繁動作。

線路老化是指電線絕緣層老化，失去絕緣功能，絕緣老化的速度與絕緣結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝、運行環(huán)境、所受電壓、負荷情況等有密切關系。線路絕緣性能損壞產(chǎn)生非正常泄漏電流主要有以下幾個原因[7]：

1）使用時間過長，絕緣老化失效。尤其是農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，相當一部分用戶由于內(nèi)部線路老化泄漏電流過大等原因造成戶保無法投運。

2）線路受潮濕、高溫、多塵、腐蝕性等惡劣環(huán)境影響，導致絕緣性能降低，泄漏電流增大，造成RCD頻繁跳閘。

3）接頭未完全絕緣或線路絕緣受到機械性損傷（如摩擦、動物啃咬等）導致絕緣失效。

4）線路經(jīng)常過電流運行，絕緣受熱作用損壞。

2.2 線路共零、串零問題

1）市政串零問題。個別TT臺區(qū)存在不同臺區(qū)之間零線串接問題，主要由跨越臺區(qū)的通信線、廣電線和市政監(jiān)控線與低壓干支線搭掛，局部由于破損、絕緣老化等問題存在漏電?？缭讲煌_區(qū)且本身與公網(wǎng)路燈線共零，導致臺區(qū)變臺側(cè)和低壓干支線上泄漏電流較大，造成總保難以投運、臺區(qū)漏電整治困難。

2）路燈共零問題。部分路燈專變低壓線路的零線借用同桿架設公變的零線，形成了保護線路和未保護線路（路燈相線）之間的跨接，夜間路燈開起后，RCD檢測到從路燈相線回流的電流，導致誤跳閘[8]。

3）用戶共零問題。個別TT臺區(qū)和TN-C臺區(qū)存在不同表箱之間和集中表箱內(nèi)不同戶表之間零線共用的問題（其表箱出線端漏電流較大，往往達到2A以上），導致表箱出線側(cè)中保難以投運。

2.3 線路混接問題

1）對于TN-C-S或TN-S系統(tǒng)，在用戶側(cè)有出現(xiàn)N線與PE線混用的問題。RCD檢測到從PE線流回電源的設備工作電流，將其誤判為泄漏電流，導致誤跳閘。同時，外殼帶有N線的電壓，存在安全風險。

2）對于TT系統(tǒng)，同一臺區(qū)的用戶設備外殼存在不接保護線，接地保護、接零保護混用的現(xiàn)象，這些做法可能使得某個臺區(qū)所有接零設備外殼都帶有電壓，并且設備外殼帶電將引起持續(xù)泄漏電流，影響RCD的投運[8-9]，存在安全風險。

2.4 中保安裝問題

1）部分用戶家里內(nèi)部漏電或私自改接零線，其表箱出線側(cè)的中保漏電流較大，導致中保頻繁跳閘，用戶若拒不整改本身內(nèi)部漏電或接線的問題，私自解除表箱出線的中保，則當同一個臺區(qū)該類用戶增加到一定程度時，就會引起總保頻跳閘，造成臺區(qū)總保無法投運。

2）少數(shù)用戶內(nèi)部漏電導致中保頻繁跳閘，使大量用戶頻繁投訴，供電部門受制于優(yōu)質(zhì)服務壓力，被迫解除表箱出線中保。

2.5 雷擊引發(fā)RCD跳閘問題

低壓線路配電箱與用戶用電設備一般都裝有避雷器或浪涌保護裝置。研究資料表明，實際應用中配電線路遭受直接雷擊過電壓的概率很低，引發(fā)配電線路雷擊過電壓的大部分是感應雷擊過電壓和雷電侵入波引發(fā)的過電壓。在雷擊時防雷裝置動作，造成線路泄漏電流瞬間增加，導致上游RCD誤動。

3 相關措施

近年來，福建電網(wǎng)針對低壓配電網(wǎng)薄弱、現(xiàn)有RCD實際投運率不高、觸電風險點較多等問題，進一步加強低壓配電網(wǎng)絕緣化改造、標準化建設和規(guī)范化運維，推動建立剩余電流監(jiān)測保護平臺，加大推進低壓配電網(wǎng)安全風險整治工作。

結(jié)合現(xiàn)場運行情況以及存在的問題，可以從技術管理和加強新技術研發(fā)兩個方面來提高RCD實際運行效率。

3.1 技術管理措施

1）對于運行時間較長的線路，加強線路泄漏電流的檢測，及時發(fā)現(xiàn)并排除漏電故障。一旦發(fā)現(xiàn)絕緣老化嚴重的線路，就及時整治。對于新建臺區(qū)，加強導線固定、絕緣子、表箱接入點彎頭設計等方面安裝質(zhì)量要求，嚴格按照標準化工藝落實到位，同時推廣建設配變、低壓配電網(wǎng)全絕緣化等措施。

2）整治線路共零、串零問題，通過協(xié)調(diào)有關市政、路燈、通信等部門進行線路改造。

3）規(guī)范用電設備的保護接地。同一臺區(qū)的用電設備不允許將接地和接零保護混用，以降低觸電風險，避免出現(xiàn)RCD誤跳閘等問題。

4）由政府相關部門出臺相應政策，促成用戶側(cè)戶保安裝的100%全覆蓋。

5）安裝防雷保護裝置，在配變臺架綜合配電箱、表箱進線側(cè)加裝浪涌保護器。

6）定期舉辦培訓，提升運維人員技術水平，同時在實際工作過程中構(gòu)建更加科學合理的管理方式，劃分責任區(qū)域，落實責任，強化考核。

3.2 相關新技術的研發(fā)與應用

1）建立剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)。通過剩余電流監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測來跟蹤線路剩余電流的變化，實現(xiàn)對RCD的遠程監(jiān)測與控制，使運維人員及時獲取各節(jié)點的運行信息、動作信息，及時了解線路絕緣與RCD運行狀況，對線路與RCD進行有針對性的運行維護，提高泄漏電流排查工作的效率[10-11]。此外，重視開展剩余電流監(jiān)測專題分析工作，進行RCD監(jiān)測裝置深化應用，實現(xiàn)臺區(qū)總保在線監(jiān)測全覆蓋。

2）RCD性能的研究與完善。近年來，很多國內(nèi)學者針對提高RCD的性能開展研究：有全電流敏感型RCD[12]、鑒幅鑒相型RCD[13]、具有自檢功能RCD[14]、具有自主學習功能RCD[15]、具有自動重合閘功能RCD[16]、具有自適應功能RCD[17]、具有直流分量檢測功能RCD[18]等。產(chǎn)品逐漸從單一化功能向智能化發(fā)展，但目前市場上還沒有滿足預期可靠性標準的產(chǎn)品，還有待于進一步改進和完善。因此，進一步提高觸電保護技術水平，提高RCD的安全性、可靠性、智能化，推動整體技術及成熟產(chǎn)品的市場推廣與應用是當下的一個重點[19-20]工作。

4 結(jié)論

在低壓配電網(wǎng)中，RCD可以有效降低人身觸電風險。通過對RCD現(xiàn)場運行情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場運行中存在諸多問題影響了實際應用效果，故必須采取措施加以解決。此外，隨著分布式電源的發(fā)展，配電網(wǎng)已經(jīng)有源化，即逐步發(fā)展成為有源配電網(wǎng)，這對現(xiàn)有的剩余電流保護裝置提出了新的要求，因此必須進一步加速研究，推廣應用新型觸電保護技術與產(chǎn)品，以適應有源配電網(wǎng)的觸電保護。

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Analysis of current operation status and relevant measures of low-voltage distribution network residual current protection

CHEN Hangyu1LI Tianyou1YANG Zhiqi2

(1. College of Electrical Engineering and Automation, Xiamen University of Technology, Xiamen, Fujian 361024; 2. College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108)

In low-voltage distribution network, residual current protection ismAinly used to achieve electric shock protection. However, the actual operation rate of the existing RCD is not high, and the operation effect is not obvious. In response to this problem, the research team conducted a survey in some areas of Fujian Province, analyzed themAin problems in operation, and put forward technicalmAnagement measures in a targetedmAnner, and at the same timemAde suggestions on technology research and development in this area.

residual current protection device; electric shock protection; operation rate

2020-06-30

2020-07-15

陳航宇（1996—），男，碩士研究生，主要研究方向為低壓配電網(wǎng)人身觸電保護。