溫州華電實業(yè)有限公司 張松挺

1 基本概念

1.1 高低壓開關(guān)柜

是一種接高壓或低壓纜線的專業(yè)配電設(shè)備，涵蓋了整套用電系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，能實現(xiàn)高壓、低壓的轉(zhuǎn)換，保證用電安全。其需先在開關(guān)柜內(nèi)主控開關(guān)上接入外線，然后按照不同的需要合理配置電動機磁力開關(guān)、各種交流接觸器、自動儀表開關(guān)等線路分控開關(guān)。高壓柜廣泛地應(yīng)用于各級供電系統(tǒng)、變電所中，變壓器降壓處理后經(jīng)低壓柜接入配電箱，最終實現(xiàn)根據(jù)不同用電需求合理分配電能的效果[1]。

1.2 接地裝置

絕緣材料經(jīng)一段時間使用后會發(fā)生老化等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致電能傳輸危險系數(shù)大大增加，甚至引發(fā)觸電事故。通常情況下需用絕緣材料包裹帶電的電器金屬部分，可有效避免發(fā)生漏電導(dǎo)電等事故。不同供電系統(tǒng)中接地保護原理和使用范圍也存在一定差異，要保證設(shè)備能穩(wěn)定運行就要加強考慮環(huán)境、保護控制方法等因素。在高低壓配電柜中合理地安裝接地保護裝置可保證配電柜穩(wěn)定地、安全地運行。要創(chuàng)建良好的設(shè)備運行環(huán)境，在設(shè)計高低壓配電柜接地保護裝置中，確保其能夠充分發(fā)揮保護作用，合理連接開關(guān)柜的金屬外殼，避免發(fā)生觸電、短路等危險問題。

外部環(huán)境是影響配電柜穩(wěn)定運行的主要因素之一，一旦配電柜出現(xiàn)故障會從很大程度上影響電路，導(dǎo)致發(fā)生短路、觸電等問題。接地保護裝置在避免發(fā)生電力危險事故以及降低事故損傷程度、保護人員生命安全方面都有十分明顯的效果。防漏電防護裝置是高低壓配電柜接地保護裝置中的主要內(nèi)容，可同時發(fā)揮共用零線保護裝置和接零保護線裝置的價值，減輕漏電問題引發(fā)的不良后果。兩個保護裝置存在一定差別，其中公用零線保護裝置主要是通過保護接地連接工作兩線的方式共同達到接地保護的作用，而接零保護線裝置主要是在原有接線系統(tǒng)中增加一根保護零線與戶外重復(fù)接地連接，無需在保護零線中加入保險絲。

配電柜的接地裝置連接室外接地位置后，一般可無需采取其他保護方案。通過對高低壓配電柜環(huán)境和雷擊作用進行分析，能夠采取必要的保護措施避免發(fā)生雷擊傷害。在設(shè)置配電柜獨立防雷接地保護裝置時需要和建筑主體防雷接線系統(tǒng)相結(jié)合，確保能和規(guī)定要求相符合。要明確高低壓配電柜接地保護裝置的具體設(shè)置標準，確保配電柜在發(fā)生漏電問題時可充分發(fā)揮出接地保護裝置的價值，確保供電系統(tǒng)的正常運行，同時有效保護工作人員的人身安全。

1.3 接地保護裝置的特性

機電設(shè)備外殼會在使用電力時出現(xiàn)帶電情況，電容耦合、絕緣不良等都是導(dǎo)致外殼帶電的因素，同時設(shè)備絕緣出現(xiàn)損傷也會導(dǎo)致設(shè)備外殼出現(xiàn)相電壓，對設(shè)備正常使用產(chǎn)生不良影響。人體接觸帶電狀態(tài)的機電設(shè)備外殼很可能會發(fā)生觸電事故，甚至威脅到生命安全。為此需采取接地處理措施保護人體安全。當(dāng)前自然接地和人工接地都是常見接地方式。在合理安裝接地裝置后，即使機電設(shè)備發(fā)生漏電也只會增大接地電流、導(dǎo)致開關(guān)跳閘，不會威脅到人員的生命安全。

共用零線系統(tǒng)。當(dāng)前我國采用的是單相兩線制的零線接地方式，單相是指接地連接采用相同的導(dǎo)線，兩線制是指接地線和工作零線。在設(shè)置接地保護裝置中可在一端直接連接接地線和工作零線，另一端直接連接相關(guān)接地線。但不能按照接地線使用工作零線，且不得在零線中間設(shè)置保險絲，應(yīng)直接將保護零線從干線引入，從而充分發(fā)揮其接地保護作用。

專用接地零線。該系統(tǒng)需專門重新布置接地零線，稱為單相三線制。專用接地線無需連接工作零線，所以省略了接地線上設(shè)置保險絲步驟，直接將接地線和外面的接地裝置相連接。接地線沒有保險絲、所以正常情況下不會發(fā)生斷裂，為接地線正常工作提供了保障。在專用接地零線模式下，如用電設(shè)備發(fā)生漏電問題、保護裝置可快速切斷電源，有效消除了觸電事故。

2 接地保護裝置

2.1 高壓開關(guān)柜接地保護裝置工作原理

高壓開關(guān)柜主要是通斷、控制或保護電力系統(tǒng)發(fā)電、配電、電能轉(zhuǎn)換等工作，可通過一組試驗清晰地演示高壓開關(guān)柜接地保護裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理：首先固定人推的小車（手車），其在抽出式高壓開關(guān)柜中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，這個抽出部分安裝著高壓開關(guān)柜柜體內(nèi)的主要電氣元件。在手車固定后，需利用阻擋物阻止小車軌道上的擋塊和車輪，使用兩個定位塊將其固定保證其安全，再利用兩個定位塊組織移動擋塊和車輪后將手柄取下，同時用螺絲栓將接地線固定。

檢修試驗結(jié)束后首先要將螺絲栓拆除，按照順時針狀態(tài)放置手把，此時可帶動軌道擋塊朝著順時針方向移動，從而讓其和小車軌道脫離。此時由于手車和接地線連接無法通電、所以開關(guān)柜無法合閘，可避免檢修人員觸電。在高壓開關(guān)柜的接地保護裝置中，主要采用聯(lián)動連接方式確保接地線路的啟用，有效保障了高壓柜運行的安全性，降低了人工操作的安全事故率。

2.2 低壓開關(guān)柜接地保護裝置工作原理

低壓開關(guān)柜接地保護裝置系統(tǒng)經(jīng)常設(shè)置于兩個部位：一是在盤體下方角鐵框架上安裝低壓盤接地保護裝置，二是在盤門合頁大約120mm位置焊接固定鋼板，在供電正常時盤門處于閉合狀態(tài)，此時內(nèi)部蝶形螺栓和規(guī)定具體位置相一致。如果線路出現(xiàn)異?，F(xiàn)象需要斷電檢修，此時低壓盤會將盤門打開，蝶形螺栓通過螺紋擰緊接地線的固定線圈。在安裝固定好盤外接地線后需要將其他位置的接地線拆除，這樣即使操作人員存在失誤也不會產(chǎn)生嚴重的觸電事故。

2.3 消弧柜

弧光接地轉(zhuǎn)換為金屬接地裝置、電抗器并聯(lián)裝置、將弧光接地轉(zhuǎn)化為氧化鋅的裝置是當(dāng)前我國市場上比較常見消弧產(chǎn)品。弧光接地技術(shù)在電網(wǎng)改造運行后有著更加突出的問題，固體絕緣設(shè)備類型增加大大降低了設(shè)備、系統(tǒng)的承受過電壓能力，導(dǎo)致絕緣性能無法達到實際需求，影響電網(wǎng)的安全運行。當(dāng)前消弧線圈智能控制故障點無功電流，無法減少電纜線路單相弧光接地時故障點的破壞程度，當(dāng)電壓達到最大值時可能會擊穿零點，導(dǎo)致弧光接地幅值增加。電壓消弧技術(shù)的主要目標是將電弧控制故障程度快速熄滅，以免發(fā)生被迫停電的現(xiàn)象，將供電可靠性提高，同時保持系統(tǒng)一段時間內(nèi)能夠繼續(xù)運行。

在出現(xiàn)單相接地故障后，可通過電壓消弧技術(shù)保證電壓處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，可保證絕緣介質(zhì)在這個時間段內(nèi)比故障相電壓有更快的回復(fù)速度。故障電流越小介質(zhì)產(chǎn)生損傷的損傷越低，此時消弧柜可有效避免電弧重燃，從而達到保護電壓的效果。在電網(wǎng)運維過程中應(yīng)用中性點不接地處理方式可將發(fā)生各類風(fēng)險事故的概率大大降低。智能控制器會在線路發(fā)生故障導(dǎo)致零序電壓上升到某個閾值后判定系統(tǒng)產(chǎn)生了相應(yīng)的故障，然后通過計算分析各項電壓來進一步判斷故障類型，從而下達合閘指令，實現(xiàn)故障相到金屬性接地的轉(zhuǎn)化。

總之，消弧柜能達到故障類型到金屬性接地故障的轉(zhuǎn)換，此時故障相對地電壓是零，可自行熄滅電弧，其他相的對地電壓也處于在線電壓水平，可將消弧和選相影響因素進行綜合處理，有助于保證工作人員的人身安全，但這種方式會受到開關(guān)動作時間限制、影響到設(shè)備整體運行效果。

在電力系統(tǒng)運行中，需實時監(jiān)測不同線路和設(shè)備的運行狀況，利用傳感器實時監(jiān)控設(shè)備電流、電壓等參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取針對性的控制辦法。如在低壓配電柜中初選了溫升超標的問題，可構(gòu)建如Δ·(σΔE)=0，J=-σΔE所示的三維有限元電磁模型，利用電磁耦合法分析配電柜的運行狀態(tài)，其中E為電勢，J為電流密度。

在判斷故障類型過程中可能會受到一些不穩(wěn)定因素的影響，進而導(dǎo)致處理事故方法產(chǎn)生一定偏差。在控制消弧柜過程中，可先合閘、對故障類型進行合理判斷，然后通過仿真驗證、理論分析等方式對當(dāng)前狀態(tài)下消弧柜動作前故障進行判斷，并可加強現(xiàn)代信息通信技術(shù)的應(yīng)用，合理調(diào)試設(shè)備，將設(shè)備運行穩(wěn)定性提高。

2.4 電容耦合式傳感器設(shè)置

在安裝開關(guān)柜過程中會受現(xiàn)場電磁復(fù)雜環(huán)境的影響，周邊干擾信號較多，此時局部放電過程會受到開關(guān)柜內(nèi)信號檢測正確與否的影響，進而對接地保護裝置有效性產(chǎn)生影響。為將測量精確度提高，可設(shè)置靈敏度較高的電容耦合式傳感器，通過合理地調(diào)試保證脈沖響應(yīng)穩(wěn)定性。國標GB/T23642-2009中關(guān)于測試電力設(shè)備局部放電試驗中，電壓脈沖測定可選擇高壓電容器或電磁耦合器。開關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的電流脈沖會導(dǎo)致外殼表面感應(yīng)產(chǎn)生電壓脈沖信號，利用傳感器可檢測到信號，為采取正確的處理方式提供支持。通常開關(guān)柜的局部放電電量小且持續(xù)時間短，電容耦合式傳感器能高效準確地檢測到信號。在傳感器等效電路設(shè)計優(yōu)化和仿真分析后可將雜散電感產(chǎn)生的影響消除，進而標定傳感器。可使用高壓臂電容、脈沖響應(yīng)特性等標定傳感器一些參數(shù)。

2.5 中性點小電阻改造

傳統(tǒng)消弧線圈使用選線裝置通過收集不同線路零序電流完成選線工作，經(jīng)過改造后的消弧線圈省略了人為設(shè)置的中性點，只將消弧線圈改成小電阻設(shè)備，從而合理地判斷跳閘情況，實現(xiàn)單相接地故障零序電流的增加。整體看，保護裝置經(jīng)改造后的零序保護功能有所增加，可實現(xiàn)母聯(lián)開關(guān)和出線開關(guān)有序配合，達到過流保護、速斷保護的效果。在設(shè)定零序過流定值范圍時，要充分考慮不同線路的特點、設(shè)備要求以及單相接地短路電流等因素，盡量提高供電系統(tǒng)運行的可靠性。

3 高低壓配電柜上接地保護裝置的應(yīng)用

3.1 高低壓配電柜中低壓箱接電保護連接技術(shù)

傳統(tǒng)配電柜低壓保護裝置中不合理因素較多，需先布設(shè)接地線然后將低壓電箱打開，在完成檢修工作后如忘記拆除接線、可能發(fā)生漏電安全事故。為此需加強改進接地保護裝置，在特定位置統(tǒng)一設(shè)置接地保護裝置和低壓箱開關(guān)，保護作業(yè)人員的安全，將整體設(shè)備安全性提高；高低壓配電柜中高壓箱接電保護連接技術(shù)。

高壓箱接地保護的關(guān)鍵在于開箱器前的接地保護裝置。在具體實踐操作中經(jīng)常采用聯(lián)動方式完成接地保護系統(tǒng)的安裝，通過聯(lián)動連接高壓箱開關(guān)門車前輪和臨時路線，保證作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，并在完成高壓箱作業(yè)后拆除臨時連接線，然后將高壓箱關(guān)閉，從而達到高低壓配電柜中高壓箱安全防護的目的。

3.2 高低壓開關(guān)柜技術(shù)

高低壓開關(guān)柜中的電流量較大，可能會對人身安全產(chǎn)生威脅，因此要嚴格按照標準設(shè)置接地保護裝置。如，在角鐵架上安裝低壓盤接地保護裝置，同時精確地分析接地保護裝置，明確高低壓開關(guān)柜工作原理，在原基礎(chǔ)上簡化操作過程，同時提高開關(guān)柜的安全性能，避免工作人員發(fā)生觸電事故。此外在試驗中利用兩個定位塊可對擋塊位移進行控制，避免手車輪發(fā)生移動，去除手柄，達到固定接地線的效果。

作為配電箱的一種形式，高低壓開關(guān)柜會從很大程度上影響電力的輸送、高低壓的轉(zhuǎn)換效果，有必要設(shè)置接地保護裝置，合理設(shè)計和選擇接地系統(tǒng)。在改造高低壓配電柜過程中，需兼顧經(jīng)濟性和安全性的原則，在具體實踐中加強新型連接技術(shù)模式、柜體設(shè)計方式、開關(guān)柜接地聯(lián)動保護等技術(shù)的應(yīng)用，將電力系統(tǒng)運行的安全性提高。在改造高低壓開關(guān)柜技術(shù)過程中要積極引入接地保護裝置，通過聯(lián)動連接將發(fā)生漏電事故的概率降低。

開關(guān)柜最大的特點在于電流較高，一旦出現(xiàn)問題就會危及維修人員的生命安全，因此接地保護裝置的安裝是十分必要的。開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)較為簡單，因此整個安裝過程十分方便，且無需投入過高的成本，同時也不會改變設(shè)備原本的結(jié)構(gòu)，最終的安裝效果也較為理想，提升了設(shè)備的安全系數(shù)，且在人員操作出現(xiàn)偏差的狀況下也不會引發(fā)觸電事故，而是能夠在發(fā)現(xiàn)之后及時進行處理并繼續(xù)開展檢修工作。因此，可將該處理方式加以推廣，確保開關(guān)柜的使用足夠安全。