溫州華電實(shí)業(yè)有限公司 張松挺

1 基本概念

1.1 高低壓開(kāi)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(shí)現(xiàn)高壓、低壓的轉(zhuǎn)換，保證用電安全。其需先在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)主控開(kāi)關(guān)上接入外線，然后按照不同的需要合理配置電動(dòng)機(jī)磁力開(kāi)關(guān)、各種交流接觸器、自動(dòng)儀表開(kāi)關(guān)等線路分控開(kāi)關(guān)。高壓柜廣泛地應(yīng)用于各級(jí)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(shí)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(shí)間使用后會(huì)發(fā)生老化等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致電能傳輸危險(xiǎn)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(hù)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(yùn)行就要加強(qiáng)考慮環(huán)境、保護(hù)控制方法等因素。在高低壓配電柜中合理地安裝接地保護(hù)裝置可保證配電柜穩(wěn)定地、安全地運(yùn)行。要?jiǎng)?chuàng)建良好的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，在設(shè)計(jì)高低壓配電柜接地保護(hù)裝置中，確保其能夠充分發(fā)揮保護(hù)作用，合理連接開(kāi)關(guān)柜的金屬外殼，避免發(fā)生觸電、短路等危險(xiǎn)問(wèn)題。

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

配電柜的接地裝置連接室外接地位置后，一般可無(wú)需采取其他保護(hù)方案。通過(guò)對(duì)高低壓配電柜環(huán)境和雷擊作用進(jìn)行分析，能夠采取必要的保護(hù)措施避免發(fā)生雷擊傷害。在設(shè)置配電柜獨(dú)立防雷接地保護(hù)裝置時(shí)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(hù)裝置的具體設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，確保配電柜在發(fā)生漏電問(wèn)題時(shí)可充分發(fā)揮出接地保護(hù)裝置的價(jià)值，確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)有效保護(hù)工作人員的人身安全。

1.3 接地保護(hù)裝置的特性

機(jī)電設(shè)備外殼會(huì)在使用電力時(shí)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(shí)設(shè)備絕緣出現(xiàn)損傷也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備外殼出現(xiàn)相電壓，對(duì)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(jī)電設(shè)備外殼很可能會(huì)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(hù)人體安全。當(dāng)前自然接地和人工接地都是常見(jiàn)接地方式。在合理安裝接地裝置后，即使機(jī)電設(shè)備發(fā)生漏電也只會(huì)增大接地電流、導(dǎo)致開(kāi)關(guān)跳閘，不會(huì)威脅到人員的生命安全。

共用零線系統(tǒng)。當(dāng)前我國(guó)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(hù)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(xiǎn)絲，應(yīng)直接將保護(hù)零線從干線引入，從而充分發(fā)揮其接地保護(hù)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(wú)需連接工作零線，所以省略了接地線上設(shè)置保險(xiǎn)絲步驟，直接將接地線和外面的接地裝置相連接。接地線沒(méi)有保險(xiǎn)絲、所以正常情況下不會(huì)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(wèn)題、保護(hù)裝置可快速切斷電源，有效消除了觸電事故。

2 接地保護(hù)裝置

2.1 高壓開(kāi)關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理

高壓開(kāi)關(guān)柜主要是通斷、控制或保護(hù)電力系統(tǒng)發(fā)電、配電、電能轉(zhuǎn)換等工作，可通過(guò)一組試驗(yàn)清晰地演示高壓開(kāi)關(guān)柜接地保護(hù)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(kāi)關(guān)柜中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，這個(gè)抽出部分安裝著高壓開(kāi)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(gè)定位塊將其固定保證其安全，再利用兩個(gè)定位塊組織移動(dòng)擋塊和車輪后將手柄取下，同時(shí)用螺絲栓將接地線固定。

檢修試驗(yàn)結(jié)束后首先要將螺絲栓拆除，按照順時(shí)針狀態(tài)放置手把，此時(shí)可帶動(dòng)軌道擋塊朝著順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)，從而讓其和小車軌道脫離。此時(shí)由于手車和接地線連接無(wú)法通電、所以開(kāi)關(guān)柜無(wú)法合閘，可避免檢修人員觸電。在高壓開(kāi)關(guān)柜的接地保護(hù)裝置中，主要采用聯(lián)動(dòng)連接方式確保接地線路的啟用，有效保障了高壓柜運(yùn)行的安全性，降低了人工操作的安全事故率。

2.2 低壓開(kāi)關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理

低壓開(kāi)關(guān)柜接地保護(hù)裝置系統(tǒng)經(jīng)常設(shè)置于兩個(gè)部位：一是在盤體下方角鐵框架上安裝低壓盤接地保護(hù)裝置，二是在盤門合頁(yè)大約120mm位置焊接固定鋼板，在供電正常時(shí)盤門處于閉合狀態(tài)，此時(shí)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(shí)低壓盤會(huì)將盤門打開(kāi)，蝶形螺栓通過(guò)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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)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(guó)市場(chǎng)上比較常見(jiàn)消弧產(chǎn)品?；」饨拥丶夹g(shù)在電網(wǎng)改造運(yùn)行后有著更加突出的問(wèn)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(guò)電壓能力，導(dǎo)致絕緣性能無(wú)法達(dá)到實(shí)際需求，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。當(dāng)前消弧線圈智能控制故障點(diǎn)無(wú)功電流，無(wú)法減少電纜線路單相弧光接地時(shí)故障點(diǎn)的破壞程度，當(dāng)電壓達(dá)到最大值時(shí)可能會(huì)擊穿零點(diǎn)，導(dǎo)致弧光接地幅值增加。電壓消弧技術(shù)的主要目標(biāo)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(shí)保持系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)能夠繼續(xù)運(yùn)行。

在出現(xiàn)單相接地故障后，可通過(guò)電壓消弧技術(shù)保證電壓處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，可保證絕緣介質(zhì)在這個(gè)時(shí)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(shí)消弧柜可有效避免電弧重燃，從而達(dá)到保護(hù)電壓的效果。在電網(wǎng)運(yùn)維過(guò)程中應(yīng)用中性點(diǎn)不接地處理方式可將發(fā)生各類風(fēng)險(xiǎn)事故的概率大大降低。智能控制器會(huì)在線路發(fā)生故障導(dǎo)致零序電壓上升到某個(gè)閾值后判定系統(tǒng)產(chǎn)生了相應(yīng)的故障，然后通過(guò)計(jì)算分析各項(xiàng)電壓來(lái)進(jìn)一步判斷故障類型，從而下達(dá)合閘指令，實(shí)現(xiàn)故障相到金屬性接地的轉(zhuǎn)化。

總之，消弧柜能達(dá)到故障類型到金屬性接地故障的轉(zhuǎn)換，此時(shí)故障相對(duì)地電壓是零，可自行熄滅電弧，其他相的對(duì)地電壓也處于在線電壓水平，可將消弧和選相影響因素進(jìn)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(huì)受到開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間限制、影響到設(shè)備整體運(yùn)行效果。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同線路和設(shè)備的運(yùn)行狀況，利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備電流、電壓等參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取針對(duì)性的控制辦法。如在低壓配電柜中初選了溫升超標(biāo)的問(wèn)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(yùn)行狀態(tài)，其中E為電勢(shì)，J為電流密度。

在判斷故障類型過(guò)程中可能會(huì)受到一些不穩(wěn)定因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致處理事故方法產(chǎn)生一定偏差。在控制消弧柜過(guò)程中，可先合閘、對(duì)故障類型進(jìn)行合理判斷，然后通過(guò)仿真驗(yàn)證、理論分析等方式對(duì)當(dāng)前狀態(tài)下消弧柜動(dòng)作前故障進(jìn)行判斷，并可加強(qiáng)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(yùn)行穩(wěn)定性提高。

2.4 電容耦合式傳感器設(shè)置

在安裝開(kāi)關(guān)柜過(guò)程中會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)電磁復(fù)雜環(huán)境的影響，周邊干擾信號(hào)較多，此時(shí)局部放電過(guò)程會(huì)受到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)信號(hào)檢測(cè)正確與否的影響，進(jìn)而對(duì)接地保護(hù)裝置有效性產(chǎn)生影響。為將測(cè)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(guò)合理地調(diào)試保證脈沖響應(yīng)穩(wěn)定性。國(guó)標(biāo)GB/T23642-2009中關(guān)于測(cè)試電力設(shè)備局部放電試驗(yàn)中，電壓脈沖測(cè)定可選擇高壓電容器或電磁耦合器。開(kāi)關(guān)柜局部放電產(chǎn)生的電流脈沖會(huì)導(dǎo)致外殼表面感應(yīng)產(chǎn)生電壓脈沖信號(hào)，利用傳感器可檢測(cè)到信號(hào)，為采取正確的處理方式提供支持。通常開(kāi)關(guān)柜的局部放電電量小且持續(xù)時(shí)間短，電容耦合式傳感器能高效準(zhǔn)確地檢測(cè)到信號(hào)。在傳感器等效電路設(shè)計(jì)優(yōu)化和仿真分析后可將雜散電感產(chǎn)生的影響消除，進(jìn)而標(biāo)定傳感器?？墒褂酶邏罕垭娙?、脈沖響應(yīng)特性等標(biāo)定傳感器一些參數(shù)。

2.5 中性點(diǎn)小電阻改造

傳統(tǒng)消弧線圈使用選線裝置通過(guò)收集不同線路零序電流完成選線工作，經(jīng)過(guò)改造后的消弧線圈省略了人為設(shè)置的中性點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)單相接地故障零序電流的增加。整體看，保護(hù)裝置經(jīng)改造后的零序保護(hù)功能有所增加，可實(shí)現(xiàn)母聯(lián)開(kāi)關(guān)和出線開(kāi)關(guān)有序配合，達(dá)到過(guò)流保護(hù)、速斷保護(hù)的效果。在設(shè)定零序過(guò)流定值范圍時(shí)，要充分考慮不同線路的特點(diǎn)、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(yùn)行的可靠性。

3 高低壓配電柜上接地保護(hù)裝置的應(yīng)用

3.1 高低壓配電柜中低壓箱接電保護(hù)連接技術(shù)

傳統(tǒng)配電柜低壓保護(hù)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(kāi)，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(qiáng)改進(jìn)接地保護(hù)裝置，在特定位置統(tǒng)一設(shè)置接地保護(hù)裝置和低壓箱開(kāi)關(guān)，保護(hù)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(hù)連接技術(shù)。

高壓箱接地保護(hù)的關(guān)鍵在于開(kāi)箱器前的接地保護(hù)裝置。在具體實(shí)踐操作中經(jīng)常采用聯(lián)動(dòng)方式完成接地保護(hù)系統(tǒng)的安裝，通過(guò)聯(lián)動(dòng)連接高壓箱開(kāi)關(guān)門車前輪和臨時(shí)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(shí)連接線，然后將高壓箱關(guān)閉，從而達(dá)到高低壓配電柜中高壓箱安全防護(hù)的目的。

3.2 高低壓開(kāi)關(guān)柜技術(shù)

高低壓開(kāi)關(guān)柜中的電流量較大，可能會(huì)對(duì)人身安全產(chǎn)生威脅，因此要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置接地保護(hù)裝置。如，在角鐵架上安裝低壓盤接地保護(hù)裝置，同時(shí)精確地分析接地保護(hù)裝置，明確高低壓開(kāi)關(guān)柜工作原理，在原基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化操作過(guò)程，同時(shí)提高開(kāi)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(yàn)中利用兩個(gè)定位塊可對(duì)擋塊位移進(jìn)行控制，避免手車輪發(fā)生移動(dòng)，去除手柄，達(dá)到固定接地線的效果。

作為配電箱的一種形式，高低壓開(kāi)關(guān)柜會(huì)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(hù)裝置，合理設(shè)計(jì)和選擇接地系統(tǒng)。在改造高低壓配電柜過(guò)程中，需兼顧經(jīng)濟(jì)性和安全性的原則，在具體實(shí)踐中加強(qiáng)新型連接技術(shù)模式、柜體設(shè)計(jì)方式、開(kāi)關(guān)柜接地聯(lián)動(dòng)保護(hù)等技術(shù)的應(yīng)用，將電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性提高。在改造高低壓開(kāi)關(guān)柜技術(shù)過(guò)程中要積極引入接地保護(hù)裝置，通過(guò)聯(lián)動(dòng)連接將發(fā)生漏電事故的概率降低。

開(kāi)關(guān)柜最大的特點(diǎn)在于電流較高，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)危及維修人員的生命安全，因此接地保護(hù)裝置的安裝是十分必要的。開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因此整個(gè)安裝過(guò)程十分方便，且無(wú)需投入過(guò)高的成本，同時(shí)也不會(huì)改變?cè)O(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(huì)引發(fā)觸電事故，而是能夠在發(fā)現(xiàn)之后及時(shí)進(jìn)行處理并繼續(xù)開(kāi)展檢修工作。因此，可將該處理方式加以推廣，確保開(kāi)關(guān)柜的使用足夠安全。