基于高低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置的探討

呼倫貝爾東明礦業(yè)有限責(zé)任公司 尉洪山

在整個(gè)電力傳輸?shù)南到y(tǒng)中，高低壓開關(guān)柜主要起到了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制和監(jiān)督的功能。不僅關(guān)系到最開始的發(fā)電源頭，在電力傳輸過程中及終端電網(wǎng)的連接中都起到了非常關(guān)鍵的作用。由于開關(guān)柜的特殊作用，它內(nèi)部需安裝繼電保護(hù)裝置、負(fù)荷開關(guān)和二次設(shè)備等，并以多條母線的連接形式對(duì)電網(wǎng)中不同路線中進(jìn)行分配和控制，其安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

從使用功能上來(lái)說(shuō)，高低壓開關(guān)柜屬于一種特殊的專業(yè)設(shè)備，它將用電系統(tǒng)連接成一個(gè)完整的電器設(shè)備，從而達(dá)到高壓和低壓間的可靠轉(zhuǎn)換。其大致工作原理如下：電力運(yùn)輸線連接高壓開關(guān)柜并進(jìn)入柜子內(nèi)部的主控開關(guān)，然后進(jìn)入線路的分控開關(guān)，根據(jù)使用需要進(jìn)行配置。如儀表、交流接觸器、自控和各種電動(dòng)機(jī)的磁力開關(guān)等。在各級(jí)變電站和供電系統(tǒng)中，為保證電力的穩(wěn)定性都會(huì)用到高壓開關(guān)柜。傳輸出來(lái)的電力經(jīng)變壓器降壓后再流入低壓柜，從低壓柜再到各個(gè)用電箱，從而實(shí)現(xiàn)不同的配置需求[1-3]。

接地裝置。是將設(shè)備和埋設(shè)在地下的接地電極相連接，主要分為四部分：接入裝置的接地極、接地裝置的構(gòu)架、接地裝置的接地母線和接地專職的接地引下線。這四個(gè)部分構(gòu)成了整個(gè)接地裝置，將設(shè)備的電氣系統(tǒng)和大地相連接，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)的作用。

1 接地保護(hù)裝置的主要特性及工作原理

1.1 接地保護(hù)裝置的主要特性

日常用電時(shí)，由于意外情況或電器設(shè)備本身存在故障或一定的缺陷，使設(shè)備產(chǎn)生漏電，當(dāng)人觸碰到這些設(shè)備時(shí)就會(huì)造成觸電事故。設(shè)備漏電發(fā)生的原因一般為絕緣不良或部分絕緣破損所致。當(dāng)設(shè)備有這些隱患時(shí)，就需采用接地保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)使用者的人身安全。在接地部分有一個(gè)金屬物體稱之為接地極，有人工接地極和自然接地極兩種。使用接地保護(hù)裝置后，設(shè)備有絕緣故障發(fā)生電氣設(shè)備的接地電流就會(huì)變大，超過警戒值后就會(huì)將空氣開關(guān)或保險(xiǎn)絲燒斷，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用。主要有兩種方式：

共用零線系統(tǒng)。我國(guó)絕大多數(shù)接地保護(hù)裝置采用的都是這種系統(tǒng)。它將保護(hù)接地所用線和工作零線共用一根導(dǎo)線進(jìn)行連接。不過這種保護(hù)方式需注意保護(hù)零線不能通過保險(xiǎn)絲來(lái)起保護(hù)作用，而是要通過干線上直接接線。如果這種連接方式中接入保險(xiǎn)絲后不僅無(wú)法起到保護(hù)作用，還會(huì)使電路的危險(xiǎn)增加；專用接零保護(hù)線的供電系統(tǒng)。即在原有零線布線基礎(chǔ)上再增加一條保護(hù)線。這種保護(hù)方式最大的特點(diǎn)是不需安裝保險(xiǎn)絲，而是直接將電氣系統(tǒng)與大地相連接。當(dāng)出現(xiàn)絕緣問題時(shí)保護(hù)裝置自動(dòng)開啟將電源切斷，從而起到保護(hù)的作用。

1.2 配網(wǎng)不同接地保護(hù)方式

目前主要有三種接地方式：配網(wǎng)中性點(diǎn)接地。該種方式出現(xiàn)接地故障時(shí)，較大的短路電流通常需斷路控制器來(lái)控制。如產(chǎn)生接地故障就會(huì)產(chǎn)生故障電流并小于負(fù)荷電流，接地電弧自行熄滅后構(gòu)成一個(gè)小電流接地系統(tǒng)；中性點(diǎn)不接地。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用在小電流接地系統(tǒng)中。當(dāng)單相接地出現(xiàn)故障后，所對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的對(duì)地接地電容電流為流經(jīng)故障點(diǎn)電流，此時(shí)故障相電壓會(huì)下降到零，不過在電網(wǎng)中出現(xiàn)故障系統(tǒng)的電感和電容元器件會(huì)容易產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，帶來(lái)的問題就是電流顯著增大，最終造成保險(xiǎn)絲容易被熔斷；經(jīng)消弧線圈接地。優(yōu)點(diǎn)是通過補(bǔ)償運(yùn)行方式大大提升了配電網(wǎng)安全性，即使在永久性單相接地故障時(shí)，消弧線圈通過補(bǔ)償左右也會(huì)讓系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間，再通過絕緣裝置發(fā)出接地信號(hào)，從而達(dá)到安全性的提升。

1.3 高壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作原理

高壓開關(guān)柜接地裝置用于電力系統(tǒng)的發(fā)電、運(yùn)輸全過程、配電系統(tǒng)及電能轉(zhuǎn)換中起到通斷、控制或是保護(hù)的裝置。以東明礦2#變電所為例，其進(jìn)、出線高壓開關(guān)柜采用手車式高壓真空斷路器，作為分、合負(fù)荷電流及在過載電流和短路電流中使用。環(huán)境為三相電流50Hz，柜體由手車和柜體兩部分構(gòu)成，其正面和左右側(cè)面都安裝了鋼板進(jìn)行保護(hù)，確保柜內(nèi)的元器件能夠安全運(yùn)行。在高壓開關(guān)柜的正下方有一扇對(duì)門，打開后即可看到手車室。手車室的下端就是手車軌道，并通過定位板來(lái)固定軌道，作用是確保手車的推進(jìn)和推出能按照預(yù)定軌道運(yùn)行。將接地觸頭焊接在軌道外部上，手車和其接觸后就實(shí)現(xiàn)了接地的目的。定位機(jī)構(gòu)主要由定位銷、手柄、接地刀閘等組成。維護(hù)人員用操作工具將接地刀合上才能實(shí)現(xiàn)接地目的。

1.4 低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置的工作原理

我國(guó)低壓開關(guān)柜主要用于各級(jí)發(fā)電廠、房產(chǎn)建筑、冶金、礦上、化工等行業(yè)，起著電力的安全運(yùn)輸、電能轉(zhuǎn)換和配電等作用。目前我公司使用的低壓開關(guān)柜操動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1，該設(shè)計(jì)主要目的是減少了安裝過程中的調(diào)試量，在正常使用中即使操動(dòng)機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作也不需進(jìn)行調(diào)整，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用。主導(dǎo)電回路使用了復(fù)合絕緣材料，因此不僅絕緣性能良好、占空間小，且能有效保護(hù)真空滅弧室受到?jīng)_擊和碰撞的影響。

圖1 低壓開關(guān)柜操動(dòng)機(jī)構(gòu)

為確保低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置能起到保護(hù)作用，首先低壓盤接地保護(hù)裝置的安裝位置要在盤體下方的鐵質(zhì)框架上，其次要在合適地位置將鋼板進(jìn)行固定。一般固定位置要距離盤門合頁(yè)的位置大約在1.2m的地方，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，需將電路的電源進(jìn)行斷開并進(jìn)行檢修。低壓盤會(huì)將盤門打開，接地線的固定線圈會(huì)由于螺栓的作用而將其擰緊。當(dāng)接地線安裝在盤外時(shí)，則將其他無(wú)關(guān)的接地線進(jìn)行拆除并進(jìn)行固定，在這樣的情況下即使操作失誤也不會(huì)造成觸電等意外傷害。這是因?yàn)楫?dāng)盤門進(jìn)行關(guān)閉時(shí)再送電、門合頁(yè)處的門栓就會(huì)對(duì)盤門的動(dòng)作進(jìn)行阻攔。如操作人員沒有將地線進(jìn)行拆除而是將門栓的阻礙物進(jìn)行拆除，就會(huì)將系統(tǒng)中供電行為進(jìn)行切斷，這樣就能有效避免觸電事故的發(fā)生，從而保證操作人員人身安全。

2 高低壓開關(guān)柜接地保護(hù)裝置工作模式及應(yīng)用分析

本文介紹東明礦2#變電所出線柜VS1真空斷路器的接地保護(hù)裝置工作模式。該種斷路器是真空絕緣，主體部分導(dǎo)電回路設(shè)置在絕緣材料制成的圓柱狀絕緣筒上，安裝位置處于托架的操作機(jī)構(gòu)外殼后面。斷路器極柱的導(dǎo)電部分封閉在環(huán)氧樹脂套筒上，根據(jù)斷路器的切換位置來(lái)帶動(dòng)輔助開發(fā)。斷路器一般可分為固定式和抽出式兩種?？傮w結(jié)構(gòu)采用的是操作機(jī)構(gòu)和滅弧室前后布置的形式。主導(dǎo)電回路部分可分為三相落地式結(jié)構(gòu)，真空滅弧室縱向安裝在一個(gè)管狀的絕緣筒永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)上。當(dāng)斷路器處于合閘或分閘時(shí)線圈中沒有電流通過，此時(shí)永久磁鐵利用動(dòng)靜鐵芯提供的地磁阻抗通道將鐵芯保持在上下極限位置，而不需要任何的機(jī)械鎖扣來(lái)固定。當(dāng)電流自然過零時(shí)，表面殘留的離子、電子和金屬蒸汽在微妙數(shù)量級(jí)的時(shí)間內(nèi)就可以復(fù)合或聚在觸頭表面和屏蔽罩上，滅弧室斷口的介質(zhì)絕緣強(qiáng)度在很短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，達(dá)到電弧熄滅分?jǐn)嗄康?。由于該類型真空斷路器采用的是磁?chǎng)控制真空電弧，因而具有強(qiáng)而穩(wěn)的開斷電流能力。

電力系統(tǒng)不同于其它物品，因其直接關(guān)系到人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，有著及具特殊的一面，因此電力系統(tǒng)中通過使用安全可靠的保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)系統(tǒng)檢修和維護(hù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全是非常重要的，也是必須要做的。根據(jù)電力系統(tǒng)中電壓大小，開關(guān)柜的種類也比較多。比如低電壓開關(guān)柜中不僅型號(hào)較多，且裝置結(jié)構(gòu)間也不盡相同，不過它們的作用都是一樣。當(dāng)設(shè)備使用低壓開關(guān)柜時(shí)，為提高安全性，首先要操作的是將設(shè)備進(jìn)行接地。在以往的接線布置中大多是將地線和低壓盤的外面進(jìn)行連接，其弊端是檢修維護(hù)人員在操作完后由于疏忽可能忘記將地線進(jìn)行拆除，當(dāng)系統(tǒng)重新通電后就容易造成觸電。隨著電力系統(tǒng)的不斷完善，目前大多數(shù)的做法是將接地線布置在內(nèi)部并對(duì)其進(jìn)行有效固定。這樣即使在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行檢查完成后沒有及時(shí)將地線進(jìn)行拆除，那么合閘就會(huì)收到干擾，有阻擋物出現(xiàn)在門合頁(yè)的轉(zhuǎn)角處使得盤門無(wú)法關(guān)閉，這樣就起到了提醒作用。

開關(guān)柜一般都是手車式的較多，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)原理也不復(fù)雜，能有效將接地保護(hù)裝置的阻礙物防止在手車部分的軌道上，通過接地線的手柄來(lái)固定設(shè)備，以免發(fā)生意外。檢修人員在順利實(shí)施檢修后，只有先將固定在接地線上的手柄進(jìn)行拆除才能使擋塊進(jìn)行順時(shí)針的移動(dòng)，確保閘門閉合。

綜上，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)生，各行各業(yè)對(duì)電力的需求都在不斷加大。如何安全可靠地用電成為了當(dāng)下電力部門需要考慮的一個(gè)重要課題。通過接地保護(hù)裝置可以極大地提高電力系統(tǒng)的安全性，而且這種方法不僅操作簡(jiǎn)單成本也低，電力部門容易操作，只需在原有線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整即可。不過使用過程中值得注意，由于高低壓開關(guān)柜的型號(hào)較多、結(jié)構(gòu)上差異較大，需根據(jù)實(shí)際的線路情況來(lái)選用合適的高低壓開關(guān)柜，這就要求電力系統(tǒng)維護(hù)人員具備專業(yè)的知識(shí)水平。通過接地保護(hù)裝置不僅提高設(shè)備本身運(yùn)行的安全性，而且給使用者提供安全保障。