一種高電壓實驗保護(hù)裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

王程有，黃峰亮

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

高壓技術(shù)實驗室是電氣化鐵道專業(yè)的重要實驗室之一。它用來完成變電所高壓電氣設(shè)備的特性實驗、非破壞性實驗、耐壓實驗(破壞性實驗)等，其特點是試驗電壓高(最高達(dá)150kV)。該實驗室設(shè)置有鐵制柵欄和推拉柵欄門，被試設(shè)備置于柵欄內(nèi)，實驗人員在柵欄外面操作試驗設(shè)備，升高電壓。實驗過程中稍有不慎，將危及人身和設(shè)備安全。

1 課題的提出

針對實驗中工作人員誤入高壓柵欄、試驗設(shè)備接地線未接或不慎脫開、外殼漏電、局部放電、設(shè)備損壞等諸多危及人身安全和設(shè)備安全的問題，課題組提出研制一個“高壓技術(shù)實驗保護(hù)裝置”，附加于高壓技術(shù)實驗中，將該裝置接于電力電源，其輸出作為高壓技術(shù)實驗電源，使它作為高壓技術(shù)實驗的專用保護(hù)，可以對實驗中諸多危及人身安全和設(shè)備安全的問題進(jìn)行有效的防止。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

“高壓技術(shù)實驗保護(hù)裝置”由斷路器及柵欄門保護(hù)、漏電保護(hù)、短路保護(hù)、應(yīng)急保護(hù)等五個模塊組成，如圖1。

2.1 “柵欄門保護(hù)”模塊的設(shè)計

針對實驗人員誤入高壓柵欄問題，設(shè)計“柵欄門保護(hù)”，如圖2。由柵欄門關(guān)信號采樣、柵欄門開信號采樣及采樣信號處理執(zhí)行等三個單元電路組成。

實驗前，柵欄門若處于完好拉合狀態(tài)時，“柵欄門關(guān)信號采樣”單元電路采樣到柵欄門處于關(guān)合狀態(tài)信號，此信號經(jīng)“采樣信號處理執(zhí)行”單元電路放大，對斷路器發(fā)出合閘信號，斷路器輸出交流實驗電源，可以進(jìn)行高壓技術(shù)實驗。

實驗前，如果沒有將柵欄門拉合時，“柵欄開信號采樣”單元電路采樣到柵欄門處于打開狀態(tài)信號，此信號經(jīng)“采樣信號處理執(zhí)行”單元電路放大，對斷路器不予發(fā)出合閘信號，斷路器不輸出交流實驗電源，高壓技術(shù)實驗不能夠進(jìn)行。

實驗中，若有人誤開啟柵欄門進(jìn)入高壓柵欄時，“柵欄開信號采樣”單元電路采樣到柵欄門處于打開狀態(tài)信號，此信號經(jīng)“采樣信號處理執(zhí)行”單元電路放大，對斷路器發(fā)出跳閘信號，斷路器跳閘，實驗電源關(guān)閉，實驗被迫停止。

2.2 “漏電保護(hù)”模塊的設(shè)計

針對試驗設(shè)備接地線未接或不慎脫開、外殼漏電問題，設(shè)計電流型漏電保護(hù)器:當(dāng)試驗設(shè)備接地線脫開、外殼漏電時，漏電保護(hù)電路使斷路器跳閘失電，關(guān)閉實驗電源，使實驗停止。

為提高靈敏度，選用以電子元件構(gòu)成的電流型漏電保護(hù)器，如圖3所示。

圖3 “漏電保護(hù)”模塊組成示意圖

檢測采樣單元用一個零序電流互感器將被保護(hù)相線、中性線穿過環(huán)形鐵心，構(gòu)成互感器一次線圈，纏繞環(huán)形鐵芯上的繞組構(gòu)成了互感器二次線圈。沒有漏電發(fā)生時，流過相線、中性線的電流向量和等于零，二次線圈上不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若發(fā)生了漏電，相線、中性線電流向量和不等于零，使二次線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這個信號被送到放大比較電路進(jìn)行進(jìn)一步處理。

中間環(huán)節(jié)單元包括放大器、比較器、脫扣器，其作用是對來自零序互感器漏電信號進(jìn)行放大和處理，并輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元用于接收中間環(huán)節(jié)指令信號，實施動作，給斷路器發(fā)出跳閘信號，切斷實驗電源。

2.3 設(shè)置“短路保護(hù)”

針對局部放電、設(shè)備損壞問題，設(shè)置“短路保護(hù)”:當(dāng)試驗中局部放電或設(shè)備損壞造成短路時，短路保護(hù)單元電路動作，斷路器跳閘，實驗電源關(guān)閉，使實驗停止。

2.4 設(shè)置“應(yīng)急保護(hù)”

當(dāng)試驗過程中有不可預(yù)料的緊急情況發(fā)生時，碰按“急停按鈕”，給斷路器發(fā)出跳閘信號，使斷路器立即跳閘，關(guān)閉實驗電源。

3 結(jié)束語

高壓技術(shù)實驗保護(hù)裝置的研制是針對實際的高壓技術(shù)實驗教學(xué)中存在的不安全因素提出的，有較強(qiáng)的針對性和一定的實用價值。該設(shè)備可用于院校高壓技術(shù)實驗室，將其接于電力電源，其輸出作為高壓技術(shù)實驗電源，使它作為高壓技術(shù)實驗的專用保護(hù)，可以對實驗中誤入高壓柵欄、試驗設(shè)備接地線未接或不慎脫開、外殼漏電、局部放電、設(shè)備損壞以及不可預(yù)料的緊急情況等諸多危及人身安全和設(shè)備安全的問題進(jìn)行有效的防止。

［1］周武仲.保護(hù)與自動裝置應(yīng)用200例［M］.北京:中國電力出版社，2009，(7).

［2］劉幗巾，陸儉國.漏電保護(hù)器的可靠性檢測方法［J］.電氣開關(guān)，2001，(5).

［3］張仁豫.高電壓試驗技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008，(3).