關于高低壓開關柜接地保護裝置探析

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。高低壓開關柜是將高壓的電力能源轉化為符合我國電能使用標準的低壓電力能源，該設備作為電力工程中的重要裝置，具備著極為關鍵的“使命職責”，必須對該設備加以保護，并適時地進行檢查維修，保證電力工程的正常運轉。接地保護裝置是對高低壓開關柜進行保護的裝置，對該裝置的研究是十分必要的，只有充分了解接地保護裝置的特性、了解對高壓開關柜和低壓開關柜的不同工作原理、了解接地保護裝置的具體應用技術，才能真正發揮接地保護裝置的實際作用，進而更好的對高低壓開關柜進行保護，使得電力工程更加安全可靠，減少電力方面安全事故的發生，保證人們生活和工作的正常運轉以及社會穩定。

2 高低壓開關柜及接地保護裝置概述

高低壓開關柜和接地保護裝置的整體構造較為簡單，安裝和調試也比較便捷，通常產品價格也較低。對高低壓開關柜和接地保護裝置有效安裝和合理的運用，能夠起到較好的保護效果，可以顯著的提升用電的安全性和可靠性。設備安裝之后，若工作人員在進行日常維護和檢查維修時，因人為原因造成了觸電安全事故的發生，能夠及時地發現并采取有效的措施予以解決，同時可避免類似事故的發生，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能夠在一定程度上避免觸電事故的發生，可以進一步保障企業財產和人身安全。

2.1 高低壓開關柜

開關柜的外線按照先主開關后分開關的順序進入柜內，并根據各分路的實際需求來設置，如變壓器、電動機和電容器的保護和控制等[1]，可以按照不同的電壓等級對開關柜進行劃分，通常來說是分為高壓開關柜和低壓開關柜。高壓開關柜一般存在于各級發電站、變電所以及供電局之中，各部門單位根據一定的接線方案，通過對多種大中型電氣設備的成套組網，而形成的高壓配電裝配類型；低壓開關柜一般存在于用電需求在一定范圍內的企業、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符合規定的相應接線方案，通過對一些低壓電器設備的成套組裝，而形成的低壓配電裝配類型。在高低壓開關柜的選擇上應注重實用性和可靠性，選擇符合自身實際發展的高低壓開關柜，來保障用電需求，避免造成電力能源的浪費。

圖1 高低壓開關柜

2.2 接地保護裝置

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

3 接地保護裝置特性

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

現階段，通常采用單相兩線制和單相三線制進行接地保護。采用零線進行接地的方法被稱為單相兩線制，單相是指采用相同的導線來實現接地連接，兩線制是指工作零線和接地線。在進行接地保護時，可將接地線直接連接工作零線，另外一端直接將相關接地線連接。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，應直接將保護零線從干線帶入，以此來達到保護的目的。

接地零線需要單獨專門布置的零線系統被稱為單相三線制，因專用接地線與工作零線之間不需要連接，故接地線上也不必設置保險絲，但接地線的接地處理需要連接到外面進行。由于沒有設置保險絲，在正常情況下接地線也就不會出現斷裂的現象，進一步保障了接地線的正常運行。若電氣設備出現漏電的情況，單相三線制能夠及時啟動相應的保護裝置，同時將電源斷開，有效避免觸電事故的發生。

結合高低壓開關柜不同的特性，選擇合適的接地保護裝置，可保障維護檢修工作人員的人身安全。低壓開關柜檢修時，首先需要鋪設接地線提高安全性，以往是將地線連接在低壓盤之外，易忘記拆除地線，現階段要求將地線布置固定在內部，可有效地避免觸電事故的發生；高壓開關柜大多為手車式，一般將接地保護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備固定板上，為防止意外事故的發生，需要先將安裝在設備固定板上的手柄首先拆掉，才能使擋塊進行順時針的位移，完成合閘的工作，能夠避免手柄以及擋塊發生逆時針位移，導致觸電事故的發生。

4 接地保護裝置工作原理

因高低壓開關柜的工作環境、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、使用環境不同的高低壓開關柜所產生的問題，以及相應的解決措施辦法，可以互相借鑒、互相交流，以促進電力設備更好的完善與發展，使高低壓開關柜能夠發揮出最好的作用和價值。

4.1 低壓開關柜接地保護裝置工作原理

低壓開關柜主要用于輸電、配電以及電能的轉換方面。低壓的開關柜接地保護裝置，需要將兩個關鍵方面的管理和控制落實到位[3]。首先是低壓盤接地保護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苛，務必焊接在盤門合頁大致120mm 的位置處。進行正常供電時，盤門會合閉，此時的開關柜柜內的蝶形螺栓會放置在規定要求的具體位置上，如果發生線路方面的故障，則需要進行檢修，在對電力設備斷電之后，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行擰緊。

接地線安裝在盤外的地方，應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，只有在關閉盤門進行輸電時，所安裝在門合頁轉角位置的蝶形螺栓就會阻擋住盤門，此時如果維護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，所進行的操作會被迫停下，進而有效的保障維護檢修工作人員的人身安全，避免觸電事故的發生。

4.2 高壓開關柜接地保護裝置工作原理

高壓開關柜是指用于電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起到通斷、控制或保護等作用。高壓開關柜接地保護裝置的工作原理，可以采取一項試驗來進行理解。首先設置試驗器材，手車指的是實際工作中工作人員所使用的小車，是高壓開關柜中置式當中可以抽出的部分，因高壓開關柜柜內的多數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柜中承擔著非常重要的功能，這也就是一般所說的手車。

手車固定后，需要設置阻擋物來阻止小車軌道上的擋塊以及車輪的移動，為進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。維護檢修試驗結束后，要先拆掉螺絲栓，保證手把處于順時針的狀態，與此同時可以帶動軌道上的擋塊進行順時針的移動，從而脫離這個小車軌道。此時，高壓開關柜是無法進行合閘的，因為手車與接地線是互相連接的，不能夠進行通電工作，這樣就能保障維護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柜接地保護裝置工作原理，有助于接地保護裝置在實際工作中更好的運用。

5 接地保護裝置的技術

為降低在電力工程建設、電氣設備運行以及檢修過程中，可能出現的觸電或其他事故發生的概率，進一步提升設備運行效率，有效保障相關人員的人身財產安全，針對技術方面的研究升級是十分重要的。如以往的接地線布線設置不夠嚴謹周密，會給檢修結束留下觸電隱患。目前，對于低壓開關柜接地保護裝置的設置提出了新要求，為符合新要求要進行技術方面的改造革新，可以吸取其他相似的技術改造手段，來對接地保護裝置技術方面進行提升。

5.1 消弧柜

電壓消弧將會是未來主要的研究方向。現階段，國內的消弧產品類型主要有弧光接地轉換為金屬接地裝置，以及將弧光接地轉化為氧化鋅的裝置以及電抗器并聯裝置三種。伴隨著電網的改造與運行，使得弧光接地技術存在的問題更加凸顯，固體材料絕緣設備的增加使設備和系統的過電壓承受能力下降，絕緣方面的性能也滿足不了需求。對電網的安全運行產生影響[4]。若電纜線路呈現單相弧光接地，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行管控。技術層面的主要目標是快速熄滅電弧控制故障程度，避免發生被迫停電，供電可靠性被滿足的同時使系統可以維持一段時間的工作狀態。

當故障出現時，電流介質越小產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行消弧并發揮過電壓保護的作用。中性點不接地方法的運用，使電網在進行運行維護的同時保障安全性，從而減少各項事故發生的概率。參照未來監測的有關要求，需要對不同的線路和設備的運行狀態做到同時的監測，按照傳感器測量系統中的不同參數信息，進行綜合分析管控方法舉措。

如低壓配電柜的升溫超標與發熱情況方面，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，進一步科學合理的判斷選擇事故類型。在這方面可以進行相關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下的數據信息速度之下，要運用到實際操作中還有不小的難度，需要綜合現場情況和穩定性方面的信息分析，進而推廣應用。

5.2 電容耦合式傳感器設置

由于高低壓開關柜的安裝現場電磁狀況較一般環境更為復雜，通常周圍會存在著較多的干擾信號，此時是否能夠正確、有效的對開關柜柜內的信號進行檢查測試，也將直接影響到后續的局部放電過程，進而可能影響到接地保護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，可以設置與開關柜相對應的電容耦合式傳感器，使其既具有較好的靈敏度，又具有穩定的脈沖響應。參照國家有關標準要求，電力設備在進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。

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

5.3 中性點小電阻改造

傳統的消弧線圈接地通常會設置選線裝置，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。在技術改造過程中不再加入人為設定的中性點，僅需要將消弧線圈設備改造成小電阻設備。對小電阻改造的效用也體現在對跳閘合理性的判斷上面，并增加了單相接地發生故障時的零序電流。從整體看，在進行改造后的保護裝置配置上增加了對于零序保護的功能，實現了母聯開關和出線開關間的有效配合。綜合不同的線路實際特點與相關設備要求，考慮到單相接地短路的電流較大，要結合實際的電網運行經驗，將零序過流定值預設在某一范圍，進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柜運轉過程之中，為完成控制電流互感器達到飽和所需要的誤差數值，一般會利用添加一次變比的設定來避免低壓一側區間之外故障問題的出現。這時受總電流互感器的變比頻率偏大，精準度無法達到實際需求。因此，利用對選擇性的跳閘設計，實現了對不同受總開關中通過零序電流的判斷，并對發生故障的母線進一步的區分開，以便在之后的工作中能夠再次進行使用。另外，零序保護與相見保護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的閾值，也可減少拒動行為的發生，裝置的運行將更加具有穩定性和可靠性。

6 結論

電力能源在促進社會發展和人類進步的同時，也具有較大的危險性，無論是在電力工程的建設維護方面，還是在電能的日常使用當中，都需要嚴加注意，做好相應的保護措施。高低壓開關柜是一種較好的電力設備，為保障電力設備以及工作人員的安全，對于接地保護裝置安裝、運用和維護，尤為重要。科學合理的利用接地保護裝置，加強對接地保護裝置技術的研究革新，逐步解決高低壓開關柜和接地保護裝置存在的問題，嚴格按照要求的規范流程操作實施，避免觸電事故的發生，實現更加穩定的安全的電力供應保障，為電力能源事業的發展和社會各項事業的保障，發揮真正的價值和作用。