關(guān)于高低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置探析

吳江市力良送變電工程有限公司 繆皓亮

1 引言

電能在帶來便利的同時也帶有安全方面的問題。高低壓開關(guān)柜是將高壓的電力能源轉(zhuǎn)化為符合我國電能使用標(biāo)準(zhǔn)的低壓電力能源，該設(shè)備作為電力工程中的重要裝置，具備著極為關(guān)鍵的“使命職責(zé)”，必須對該設(shè)備加以保護(hù)，并適時地進(jìn)行檢查維修，保證電力工程的正常運轉(zhuǎn)。接地保護(hù)裝置是對高低壓開關(guān)柜進(jìn)行保護(hù)的裝置，對該裝置的研究是十分必要的，只有充分了解接地保護(hù)裝置的特性、了解對高壓開關(guān)柜和低壓開關(guān)柜的不同工作原理、了解接地保護(hù)裝置的具體應(yīng)用技術(shù)，才能真正發(fā)揮接地保護(hù)裝置的實際作用，進(jìn)而更好的對高低壓開關(guān)柜進(jìn)行保護(hù)，使得電力工程更加安全可靠，減少電力方面安全事故的發(fā)生，保證人們生活和工作的正常運轉(zhuǎn)以及社會穩(wěn)定。

2 高低壓開關(guān)柜及接地保護(hù)裝置概述

高低壓開關(guān)柜和接地保護(hù)裝置的整體構(gòu)造較為簡單，安裝和調(diào)試也比較便捷，通常產(chǎn)品價格也較低。對高低壓開關(guān)柜和接地保護(hù)裝置有效安裝和合理的運用，能夠起到較好的保護(hù)效果，可以顯著的提升用電的安全性和可靠性。設(shè)備安裝之后，若工作人員在進(jìn)行日常維護(hù)和檢查維修時，因人為原因造成了觸電安全事故的發(fā)生，能夠及時地發(fā)現(xiàn)并采取有效的措施予以解決，同時可避免類似事故的發(fā)生，能夠更好地完成之后的工作。事實表明，采取合理的接地保護(hù)能夠在一定程度上避免觸電事故的發(fā)生，可以進(jìn)一步保障企業(yè)財產(chǎn)和人身安全。

2.1 高低壓開關(guān)柜

開關(guān)柜的外線按照先主開關(guān)后分開關(guān)的順序進(jìn)入柜內(nèi)，并根據(jù)各分路的實際需求來設(shè)置，如變壓器、電動機(jī)和電容器的保護(hù)和控制等[1]，可以按照不同的電壓等級對開關(guān)柜進(jìn)行劃分，通常來說是分為高壓開關(guān)柜和低壓開關(guān)柜。高壓開關(guān)柜一般存在于各級發(fā)電站、變電所以及供電局之中，各部門單位根據(jù)一定的接線方案，通過對多種大中型電氣設(shè)備的成套組網(wǎng)，而形成的高壓配電裝配類型；低壓開關(guān)柜一般存在于用電需求在一定范圍內(nèi)的企業(yè)、工廠之中，來保證用電的便捷與安全，電力部門及用電方根據(jù)符合規(guī)定的相應(yīng)接線方案，通過對一些低壓電器設(shè)備的成套組裝，而形成的低壓配電裝配類型。在高低壓開關(guān)柜的選擇上應(yīng)注重實用性和可靠性，選擇符合自身實際發(fā)展的高低壓開關(guān)柜，來保障用電需求，避免造成電力能源的浪費。

圖1 高低壓開關(guān)柜

2.2 接地保護(hù)裝置

接地保護(hù)是指將正常不帶電的，且絕緣保護(hù)損壞后或其他狀況下可能帶電的電氣設(shè)備金屬部分，用導(dǎo)線與接地體有效連接起來的一種保護(hù)方式。采取這種保護(hù)方式的裝置即為接地保護(hù)裝置，具體是指在地下設(shè)置的接地電極與連接接地電極和電氣設(shè)備的導(dǎo)線的總稱。通常由四部分構(gòu)成，包括接地保護(hù)裝置的接地板（極）、接地跨接線（接地引下線）、接地母線（室外、室內(nèi)）以及構(gòu)架接地，主要目的是實現(xiàn)電氣設(shè)備與大地的連接，進(jìn)而保護(hù)電氣設(shè)備以及電力工程運行相關(guān)方面的安全。在選擇接地保護(hù)裝置時，首先考慮采用自然接地體，節(jié)約投資，若實際情況滿足接地保護(hù)設(shè)備的建設(shè)要求，則不再設(shè)人工接地裝置，否則應(yīng)裝設(shè)人工接地裝置進(jìn)行補充。人工接地裝置的裝設(shè)應(yīng)使接地保護(hù)裝置附近的電位分布盡可能均勻，以降低安全事故的發(fā)生概率，保證電力設(shè)備及相關(guān)人員的安全。

3 接地保護(hù)裝置特性

電力能源作為一種清潔可再生能源，在為社會發(fā)展和人們生活工作帶來便利的同時，也會產(chǎn)生一些潛在的安全問題。電氣設(shè)備在正常運轉(zhuǎn)時外露部分是不帶電狀態(tài)，以保證用電安全，但電氣設(shè)備會因外部原因或本身某些原因，存在設(shè)備外露部分帶電的情況，如電氣設(shè)備絕緣不良、電氣設(shè)備元件內(nèi)阻等情況導(dǎo)致電氣設(shè)備帶電，就極易出現(xiàn)觸電事故，損害人們的生命財產(chǎn)安全。因此，應(yīng)利用接地保護(hù)裝置將電氣設(shè)備與大地相連，可以采用人工接地極或自然接地極的方法進(jìn)行連接。電氣設(shè)備安裝接地保護(hù)裝置后，若再發(fā)生電氣設(shè)備絕緣不良或外露部分帶電等情況，就會導(dǎo)致接地電流偏大，發(fā)生保險絲熔斷或空氣開關(guān)自動斷開，有效保障人身安全[2]。

現(xiàn)階段，通常采用單相兩線制和單相三線制進(jìn)行接地保護(hù)。采用零線進(jìn)行接地的方法被稱為單相兩線制，單相是指采用相同的導(dǎo)線來實現(xiàn)接地連接，兩線制是指工作零線和接地線。在進(jìn)行接地保護(hù)時，可將接地線直接連接工作零線，另外一端直接將相關(guān)接地線連接。需要著重注意的是，不可把工作零線作為接地線來使用，并且零線中不需要配備保險絲，應(yīng)直接將保護(hù)零線從干線帶入，以此來達(dá)到保護(hù)的目的。

接地零線需要單獨專門布置的零線系統(tǒng)被稱為單相三線制，因?qū)Ｓ媒拥鼐€與工作零線之間不需要連接，故接地線上也不必設(shè)置保險絲，但接地線的接地處理需要連接到外面進(jìn)行。由于沒有設(shè)置保險絲，在正常情況下接地線也就不會出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，進(jìn)一步保障了接地線的正常運行。若電氣設(shè)備出現(xiàn)漏電的情況，單相三線制能夠及時啟動相應(yīng)的保護(hù)裝置，同時將電源斷開，有效避免觸電事故的發(fā)生。

結(jié)合高低壓開關(guān)柜不同的特性，選擇合適的接地保護(hù)裝置，可保障維護(hù)檢修工作人員的人身安全。低壓開關(guān)柜檢修時，首先需要鋪設(shè)接地線提高安全性，以往是將地線連接在低壓盤之外，易忘記拆除地線，現(xiàn)階段要求將地線布置固定在內(nèi)部，可有效地避免觸電事故的發(fā)生；高壓開關(guān)柜大多為手車式，一般將接地保護(hù)裝置的擋塊放置在手車的軌道之上，并把接地線所用的手柄安裝在設(shè)備固定板上，為防止意外事故的發(fā)生，需要先將安裝在設(shè)備固定板上的手柄首先拆掉，才能使擋塊進(jìn)行順時針的位移，完成合閘的工作，能夠避免手柄以及擋塊發(fā)生逆時針位移，導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生。

4 接地保護(hù)裝置工作原理

因高低壓開關(guān)柜的工作環(huán)境、硬件條件和具體工作原理的不同，使與其配套的接地保護(hù)裝置的工作原理也不相同。在實際工作運用之中，還需要針對具體問題具體分析，對于型號不同、使用環(huán)境不同的高低壓開關(guān)柜所產(chǎn)生的問題，以及相應(yīng)的解決措施辦法，可以互相借鑒、互相交流，以促進(jìn)電力設(shè)備更好的完善與發(fā)展，使高低壓開關(guān)柜能夠發(fā)揮出最好的作用和價值。

4.1 低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理

低壓開關(guān)柜主要用于輸電、配電以及電能的轉(zhuǎn)換方面。低壓的開關(guān)柜接地保護(hù)裝置，需要將兩個關(guān)鍵方面的管理和控制落實到位[3]。首先是低壓盤接地保護(hù)裝置要正確的安裝在盤體下方的角鐵框架之上，其次是固定鋼板的具體位置也極為嚴(yán)苛，務(wù)必焊接在盤門合頁大致120mm 的位置處。進(jìn)行正常供電時，盤門會合閉，此時的開關(guān)柜柜內(nèi)的蝶形螺栓會放置在規(guī)定要求的具體位置上，如果發(fā)生線路方面的故障，則需要進(jìn)行檢修，在對電力設(shè)備斷電之后，低壓盤就會隨之打開盤門，蝶形螺栓把接地線的固定線圈利用螺栓上的螺紋進(jìn)行擰緊。

接地線安裝在盤外的地方，應(yīng)拆除其他位置的接地線并且要將盤外的接地線固定牢靠，即使發(fā)生操作失誤的情況，也不會造成用電危險或是觸電事故。因為，只有在關(guān)閉盤門進(jìn)行輸電時，所安裝在門合頁轉(zhuǎn)角位置的蝶形螺栓就會阻擋住盤門，此時如果維護(hù)檢修的工作人員不將接地線拆除掉，不將蝶形螺栓的阻擋障礙有效去除，所進(jìn)行的操作會被迫停下，進(jìn)而有效的保障維護(hù)檢修工作人員的人身安全，避免觸電事故的發(fā)生。

4.2 高壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理

高壓開關(guān)柜是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起到通斷、控制或保護(hù)等作用。高壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置的工作原理，可以采取一項試驗來進(jìn)行理解。首先設(shè)置試驗器材，手車指的是實際工作中工作人員所使用的小車，是高壓開關(guān)柜中置式當(dāng)中可以抽出的部分，因高壓開關(guān)柜柜內(nèi)的多數(shù)主要電氣元件都是固定在這個可以抽出的部分上，所以這一部分在高壓開關(guān)柜中承擔(dān)著非常重要的功能，這也就是一般所說的手車。

手車固定后，需要設(shè)置阻擋物來阻止小車軌道上的擋塊以及車輪的移動，為進(jìn)一步確保試驗的安全性，可以安排兩個定位塊來阻止小車軌道上的擋塊以及車輪的移動。通過利用兩個定位塊來對擋塊和車輪實行阻止移動之后，取下操作手柄，同時固定住接地線，可以利用固定螺絲栓來將接地線完成固定。維護(hù)檢修試驗結(jié)束后，要先拆掉螺絲栓，保證手把處于順時針的狀態(tài)，與此同時可以帶動軌道上的擋塊進(jìn)行順時針的移動，從而脫離這個小車軌道。此時，高壓開關(guān)柜是無法進(jìn)行合閘的，因為手車與接地線是互相連接的，不能夠進(jìn)行通電工作，這樣就能保障維護(hù)檢修工作人員的人身安全了。利用該項試驗的操作，更好地理解高壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理，有助于接地保護(hù)裝置在實際工作中更好的運用。

5 接地保護(hù)裝置的技術(shù)

為降低在電力工程建設(shè)、電氣設(shè)備運行以及檢修過程中，可能出現(xiàn)的觸電或其他事故發(fā)生的概率，進(jìn)一步提升設(shè)備運行效率，有效保障相關(guān)人員的人身財產(chǎn)安全，針對技術(shù)方面的研究升級是十分重要的。如以往的接地線布線設(shè)置不夠嚴(yán)謹(jǐn)周密，會給檢修結(jié)束留下觸電隱患。目前，對于低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置的設(shè)置提出了新要求，為符合新要求要進(jìn)行技術(shù)方面的改造革新，可以吸取其他相似的技術(shù)改造手段，來對接地保護(hù)裝置技術(shù)方面進(jìn)行提升。

5.1 消弧柜

電壓消弧將會是未來主要的研究方向?，F(xiàn)階段，國內(nèi)的消弧產(chǎn)品類型主要有弧光接地轉(zhuǎn)換為金屬接地裝置，以及將弧光接地轉(zhuǎn)化為氧化鋅的裝置以及電抗器并聯(lián)裝置三種。伴隨著電網(wǎng)的改造與運行，使得弧光接地技術(shù)存在的問題更加凸顯，固體材料絕緣設(shè)備的增加使設(shè)備和系統(tǒng)的過電壓承受能力下降，絕緣方面的性能也滿足不了需求。對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生影響[4]。若電纜線路呈現(xiàn)單相弧光接地，消弧線圈無法減少對于問題點的損壞情況，也只能對問題點的無功電流進(jìn)行管控。技術(shù)層面的主要目標(biāo)是快速熄滅電弧控制故障程度，避免發(fā)生被迫停電，供電可靠性被滿足的同時使系統(tǒng)可以維持一段時間的工作狀態(tài)。

當(dāng)故障出現(xiàn)時，電流介質(zhì)越小產(chǎn)生的破壞程度也就越小，消弧柜主要采取組織電弧二次燃燒的方式來進(jìn)行消弧并發(fā)揮過電壓保護(hù)的作用。中性點不接地方法的運用，使電網(wǎng)在進(jìn)行運行維護(hù)的同時保障安全性，從而減少各項事故發(fā)生的概率。參照未來監(jiān)測的有關(guān)要求，需要對不同的線路和設(shè)備的運行狀態(tài)做到同時的監(jiān)測，按照傳感器測量系統(tǒng)中的不同參數(shù)信息，進(jìn)行綜合分析管控方法舉措。

如低壓配電柜的升溫超標(biāo)與發(fā)熱情況方面，可采取電磁耦合法建立三維有限元電磁模型。但考慮到其他的不穩(wěn)定因素，對于故障類型的判斷選擇會直接影響事故的處理情況。在消弧柜管理控制方法的運用上，可以先提出合閘的辦法措施，進(jìn)一步科學(xué)合理的判斷選擇事故類型。在這方面可以進(jìn)行相關(guān)的理論探究分析和實踐論證，其中消弧柜動作前的故障辨析方法在當(dāng)下的數(shù)據(jù)信息速度之下，要運用到實際操作中還有不小的難度，需要綜合現(xiàn)場情況和穩(wěn)定性方面的信息分析，進(jìn)而推廣應(yīng)用。

5.2 電容耦合式傳感器設(shè)置

由于高低壓開關(guān)柜的安裝現(xiàn)場電磁狀況較一般環(huán)境更為復(fù)雜，通常周圍會存在著較多的干擾信號，此時是否能夠正確、有效的對開關(guān)柜柜內(nèi)的信號進(jìn)行檢查測試，也將直接影響到后續(xù)的局部放電過程，進(jìn)而可能影響到接地保護(hù)裝置的實用性有效性。為了能夠確定不同條件下的檢查測試需求，可以設(shè)置與開關(guān)柜相對應(yīng)的電容耦合式傳感器，使其既具有較好的靈敏度，又具有穩(wěn)定的脈沖響應(yīng)。參照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，電力設(shè)備在進(jìn)行局部放電測試的過程中，可以選擇高壓電容器或者是電磁耦合器來測試確定電壓脈沖。

運用開關(guān)柜會進(jìn)行局部放電的特點，放電所出現(xiàn)的電流脈沖在感應(yīng)外殼表面之后出現(xiàn)相應(yīng)的電壓脈沖信號，通過傳感器的測繪方法為判斷分析提供支撐。通常來說開關(guān)柜所產(chǎn)生的局部電量會較小，且持續(xù)的時常比較短，因此選擇電容耦合式傳感器能夠達(dá)成有效檢測短時信號的目的，來設(shè)計傳感器等有效電路。依據(jù)事前的設(shè)計預(yù)案與仿真分析后，減少因雜散電感而產(chǎn)生的不利影響，可以進(jìn)行傳感器標(biāo)準(zhǔn)定量工作。按照有關(guān)技術(shù)要求，電容耦合式傳感器要對一些參數(shù)予以明確，如脈沖響應(yīng)特性等。在實施試驗時將信號發(fā)射器與示波器接入電路，并逐步對信號頻率進(jìn)行調(diào)整。

5.3 中性點小電阻改造

傳統(tǒng)的消弧線圈接地通常會設(shè)置選線裝置，利用對非同一條線路的零序電流歸集，將整體的選線過程完成。在技術(shù)改造過程中不再加入人為設(shè)定的中性點，僅需要將消弧線圈設(shè)備改造成小電阻設(shè)備。對小電阻改造的效用也體現(xiàn)在對跳閘合理性的判斷上面，并增加了單相接地發(fā)生故障時的零序電流。從整體看，在進(jìn)行改造后的保護(hù)裝置配置上增加了對于零序保護(hù)的功能，實現(xiàn)了母聯(lián)開關(guān)和出線開關(guān)間的有效配合。綜合不同的線路實際特點與相關(guān)設(shè)備要求，考慮到單相接地短路的電流較大，要結(jié)合實際的電網(wǎng)運行經(jīng)驗，將零序過流定值預(yù)設(shè)在某一范圍，進(jìn)而保障供電運行的可靠性。

例如，在一部分變電管理站的開關(guān)柜運轉(zhuǎn)過程之中，為完成控制電流互感器達(dá)到飽和所需要的誤差數(shù)值，一般會利用添加一次變比的設(shè)定來避免低壓一側(cè)區(qū)間之外故障問題的出現(xiàn)。這時受總電流互感器的變比頻率偏大，精準(zhǔn)度無法達(dá)到實際需求。因此，利用對選擇性的跳閘設(shè)計，實現(xiàn)了對不同受總開關(guān)中通過零序電流的判斷，并對發(fā)生故障的母線進(jìn)一步的區(qū)分開，以便在之后的工作中能夠再次進(jìn)行使用。另外，零序保護(hù)與相見保護(hù)選擇同樣的整定模式，減少對于不同影響要素的干擾。若相見故障時的電流量超過零序保護(hù)的閾值，也可減少拒動行為的發(fā)生，裝置的運行將更加具有穩(wěn)定性和可靠性。

6 結(jié)論

電力能源在促進(jìn)社會發(fā)展和人類進(jìn)步的同時，也具有較大的危險性，無論是在電力工程的建設(shè)維護(hù)方面，還是在電能的日常使用當(dāng)中，都需要嚴(yán)加注意，做好相應(yīng)的保護(hù)措施。高低壓開關(guān)柜是一種較好的電力設(shè)備，為保障電力設(shè)備以及工作人員的安全，對于接地保護(hù)裝置安裝、運用和維護(hù)，尤為重要?？茖W(xué)合理的利用接地保護(hù)裝置，加強對接地保護(hù)裝置技術(shù)的研究革新，逐步解決高低壓開關(guān)柜和接地保護(hù)裝置存在的問題，嚴(yán)格按照要求的規(guī)范流程操作實施，避免觸電事故的發(fā)生，實現(xiàn)更加穩(wěn)定的安全的電力供應(yīng)保障，為電力能源事業(yè)的發(fā)展和社會各項事業(yè)的保障，發(fā)揮真正的價值和作用。