論水電站機電設備接地保護和漏電保護器的必要性

朱蒙恩，范 偉，李 宇

(1.華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856000；2.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550001)

機電設備作為水電站的重要組成部分，其運行狀態(tài)將對水輪發(fā)電機組運行的安全性和穩(wěn)定性產生重要的影響。但是在實際運行過程中，機電設備往往會出現(xiàn)過熱、間接觸電，甚至火災或爆炸等嚴重的事故，從而造成嚴重的人員傷亡和經濟財產損失。因此必須充分認識水電站機電設備事故問題的嚴重性，要對事故原因進行全面的分析，同時應采取安裝漏電保護裝置以及接地保護裝置等相應的措施來減少事故發(fā)生的機率，從而確保水力發(fā)電機組運行的安全穩(wěn)定，為水電企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益和社會效益。

1 機電設備事故分析

1)機電設備發(fā)生過熱事故的主要原因。在機電設備運行過程中，出現(xiàn)過熱事故的原因比較復雜，例如設備散熱和接觸不良、線圈發(fā)熱、短路以及過載等。以機組技術供水泵為例。一是出現(xiàn)短路現(xiàn)象。其短路大多是由于技術供水泵受潮濕環(huán)境影響、過負荷超負荷運行、長期使用導致其絕緣性能下降、瞬時過電壓及安裝設備過程中損壞了絕緣體[1]等原因造成。如其電機出現(xiàn)短路，其電流將瞬間增加數(shù)倍，因此在短時間會有大量熱能產生，進而造成燒穿絕緣體，或者引燃可燃物等安全事故。二是安裝工藝不合格。在安裝機電設備時，如果所使用的導線等裝置無法滿足機電設備的額定電流或電壓要求，也可能會造成機電設備由于過載而出現(xiàn)發(fā)熱事故。同時在設備安裝時如果導線未能可靠連接、線路接觸不良或者所選用的接頭質量性能較差等，都是造成過熱故障的重要原因。三是長期過電壓運行。當技術供水泵電機長期處于過電壓狀態(tài)下時 ，會明顯增加其磁滯損耗以及渦流損耗，從而出現(xiàn)線圈發(fā)熱現(xiàn)象，也會導致過熱事故的發(fā)生。四是技術供水泵通風散熱裝置損壞，也會導致電機、泵體由于散熱不良而出現(xiàn)過熱事故。

2)機電設備發(fā)生火災以及爆炸事故的主要原因。機電設備發(fā)生火災以及爆炸事故會造成嚴重的人員傷亡和經濟財產損失。而導致此類事故發(fā)生的原因有很多，各種機電設備的開關裝置、電氣線路以及電動機等故障都有可能引發(fā)火災事故。而水力發(fā)電機組運行過程中出現(xiàn)電弧或者電火花是造成機電設備發(fā)生火災的重要事故原因之一。這主要是由于電火花具有很高的溫度，而電弧的溫度更是可以達到3 000～6 000℃，極易造成金屬元件出現(xiàn)飛濺或者熔化現(xiàn)象，并引燃周邊的可燃物體[2]。以水輪機調速裝置為例，壓油裝置壓油泵線路接頭接觸不良，會造成接觸電阻過大而發(fā)熱或者產生電弧，嚴重時可引燃電動機內可燃物進而引發(fā)火災。機電設備自身的質量性能缺陷以及在安裝施工中的操作不當?shù)纫彩窃斐苫馂氖鹿实闹饕蛩?，如發(fā)電機碳刷安裝不合格、長期不清潔，會造成水電機組運行過程中打火，嚴重發(fā)熱，燒壞碳刷和滑環(huán)，造成勵磁回路中斷或刷架燒毀，從而引發(fā)更大的火災，造成機組非計劃停運。

3)機電設備發(fā)生間接觸電災事故的主要原因。機電設備的內部元器件如果出現(xiàn)了絕緣故障時，外露部分就會發(fā)生導電現(xiàn)象，一旦有人員與外露部分發(fā)生接觸時，危險電壓就會造成人員發(fā)生觸電事故。

4)機電設備發(fā)生設備損壞的主要原因。若機電設備外部可導電部分帶電壓接地，還可能會造成設備發(fā)生單相接地故障，從而損壞設備[3]。比如，若機組技術供水泵長期處于單相接地故障狀態(tài)，會引起水泵電機或線路過熱，造成溫度過高燒損電機，進一步可能引發(fā)火災事故。

2 漏電保護器以及電氣接地保護安裝必要性分析

2.1 機電設備安裝保護裝置的重要作用

隨著我國水電行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，機電設備的應用越來越廣泛，但是在水力發(fā)電機組運行過程中，機電設備的環(huán)境條件相對較差，因此比較容易出現(xiàn)故障問題，并導致人員發(fā)生觸電等安全事故。特別是在部分水電企業(yè)中，操作機電設備的人員多為非專業(yè)的電氣人員，并不具備機電設備電氣系統(tǒng)故障的處置能力，一旦機電設備的絕緣性能下降，如果沒有有效的保護裝置，就很有可能發(fā)生觸電事故，嚴重威脅工作人員的人身安全，同時也會給水電企業(yè)的安全生產帶來重大安全隱患[4]。而機電設備的絕緣性能下降不僅會造成觸電事故的發(fā)生，還會導致單相接地問題，進而對設備造成損壞。此外，接地故障還會造成機電設備出現(xiàn)局部過熱問題，隨著溫度的急劇升高，可能會引燃可燃物而發(fā)生火災事故。因此，為了保證水力發(fā)電機組機電設備運行的安全運行，必須為機電設備配備電氣接地保護和漏電保護器，以降低機電設備發(fā)生嚴重安全事故的機率，為機電設備提供有效的保護，并避免工作人員發(fā)生觸電事故，從而減少水電企業(yè)的經濟財產損失。水電企業(yè)必須對安裝保護裝置的必要性有充分的認識，并合理選擇保護裝置，提高安裝施工的質量，才能保證企業(yè)生產經營活動的正常運行。

2.2 漏電保護器以及電氣接地保護安裝

1)電氣保護裝置安裝的必要性。為了保證機電設備的運行安全，可以采取在其金屬外殼上直接安裝接地保護系統(tǒng)的方式，也被成為TT方式來為機電設備提供有效的保護，這樣如果設備外殼出現(xiàn)了帶電情況時，就可以通過接地保護裝置來避免人員發(fā)生觸電事故。不過由于自動低壓開關并不一定會做出跳閘動作，因此漏電設備金屬外殼上所帶電壓仍具有較高的危險性。同時如果電流的泄露量較小，也不能保證觸發(fā)熔斷器的保護動作，因此還需要在TT系統(tǒng)中配合使用中性線保護裝置[5]。為了確保中心線的機械強度能夠滿足保護裝置的要求，安裝人員應選擇與相線導線相同的截面面積的N線，同時要確保N線連接可靠。在連接施工時可以選擇火泥熔焊或熔接、熱熔焊接以及放熱焊接等方式來對通報鋼絞線以及銅線進行焊接施工并要注意保證三相負荷的平衡性。同時要加強對低壓線路的巡視檢修工作，以確保線路運行的安全。采用TN方式作為機電設備的電氣接地保護裝置可以在設備外殼出現(xiàn)帶電情況時，通過接零保護來使漏電電流增加，從而形成較大的短路電流，這樣就可以有效觸發(fā)低壓斷路器以及熔斷器的跳閘及熔斷動作，及時切斷故障設備中的電流，從而避免人員發(fā)生觸電事故。

此外還可以充分利用工作零線作為中性線的接零保護。這種接地保護方式主要適用于與相負載處于不平衡狀態(tài)條件下的接地保護，此時由于不平衡電流處于工作零線上，因此有對地電壓存在，連接在保護線上的設備外殼上就會有電壓存在；而當工作零線斷開后，就可以為設備提供接零保護。采用TN電氣接地保護裝置和利用工作零線作為中性線的接零保護

2)漏電保護裝置安裝的必要性。為了確保機電設備的運行安全，還應為設備安裝漏電保護器。漏電保護器不僅能夠防止機電設備發(fā)生觸電以及火災事故，而且還可以對單相接地等各種故障情況進行實時檢測，并自動采取相應的故障排除措施，從而有效的保證了機電設備的安全運行。特別是在機電設備運行的過程中，由于機電設備的運行環(huán)境比較惡劣，容易受到潮濕等環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)漏電事故，因此更需要嚴格遵守水電設備的安裝要求，同時要充分考慮機電設備運行的供電線路和方式、電壓以及接地形式等因素，提高漏電保護裝置安裝的質量。特別是要注意保護線以及中性線安裝的準確性。漏電保護回路應連接中性線，但要避免中性線連接到設備的外露部分。在安裝保護線時，要連接在漏電保護裝置中性線的電源一側，嚴禁與負荷載相連接，且應對其采取單獨接地處理，以確保漏電保護裝置的正常運行。

3 結 語

水電企業(yè)應加強對水電站機電設備事故原因的分析和總結，做好相關的管理維護措施，以降低發(fā)生重大安全事故的機率。同時為機電設備的安全運行提供更加可靠的保證，應為機電設備安裝相應的漏電保護裝置以及電氣接地保護裝置，從而避免機械發(fā)生過熱、觸電以及火災等事故，提高機電設備運行的安全性和可靠性，從而擴大企業(yè)的利潤空間，實現(xiàn)水電企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。