基于高低壓開關柜接地保護裝置的探討

呼倫貝爾東明礦業有限責任公司 尉洪山

在整個電力傳輸的系統中，高低壓開關柜主要起到了對整個系統控制和監督的功能。不僅關系到最開始的發電源頭，在電力傳輸過程中及終端電網的連接中都起到了非常關鍵的作用。由于開關柜的特殊作用，它內部需安裝繼電保護裝置、負荷開關和二次設備等，并以多條母線的連接形式對電網中不同路線中進行分配和控制，其安全可靠運行直接關系到整個電網的運行穩定性。

從使用功能上來說，高低壓開關柜屬于一種特殊的專業設備，它將用電系統連接成一個完整的電器設備，從而達到高壓和低壓間的可靠轉換。其大致工作原理如下：電力運輸線連接高壓開關柜并進入柜子內部的主控開關，然后進入線路的分控開關，根據使用需要進行配置。如儀表、交流接觸器、自控和各種電動機的磁力開關等。在各級變電站和供電系統中，為保證電力的穩定性都會用到高壓開關柜。傳輸出來的電力經變壓器降壓后再流入低壓柜，從低壓柜再到各個用電箱，從而實現不同的配置需求[1-3]。

接地裝置。是將設備和埋設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、接地裝置的構架、接地裝置的接地母線和接地專職的接地引下線。這四個部分構成了整個接地裝置，將設備的電氣系統和大地相連接，實現接地保護的作用。

1 接地保護裝置的主要特性及工作原理

1.1 接地保護裝置的主要特性

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

共用零線系統。我國絕大多數接地保護裝置采用的都是這種系統。它將保護接地所用線和工作零線共用一根導線進行連接。不過這種保護方式需注意保護零線不能通過保險絲來起保護作用，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絲后不僅無法起到保護作用，還會使電路的危險增加；專用接零保護線的供電系統。即在原有零線布線基礎上再增加一條保護線。這種保護方式最大的特點是不需安裝保險絲，而是直接將電氣系統與大地相連接。當出現絕緣問題時保護裝置自動開啟將電源切斷，從而起到保護的作用。

1.2 配網不同接地保護方式

目前主要有三種接地方式：配網中性點接地。該種方式出現接地故障時，較大的短路電流通常需斷路控制器來控制。如產生接地故障就會產生故障電流并小于負荷電流，接地電弧自行熄滅后構成一個小電流接地系統；中性點不接地。特點是結構簡單，主要應用在小電流接地系統中。當單相接地出現故障后，所對應電壓等級的對地接地電容電流為流經故障點電流，此時故障相電壓會下降到零，不過在電網中出現故障系統的電感和電容元器件會容易產生諧振現象，帶來的問題就是電流顯著增大，最終造成保險絲容易被熔斷；經消弧線圈接地。優點是通過補償運行方式大大提升了配電網安全性，即使在永久性單相接地故障時，消弧線圈通過補償左右也會讓系統運行一段時間，再通過絕緣裝置發出接地信號，從而達到安全性的提升。

1.3 高壓開關柜接地保護裝置工作原理

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

1.4 低壓開關柜接地保護裝置的工作原理

我國低壓開關柜主要用于各級發電廠、房產建筑、冶金、礦上、化工等行業，起著電力的安全運輸、電能轉換和配電等作用。目前我公司使用的低壓開關柜操動機構如圖1，該設計主要目的是減少了安裝過程中的調試量，在正常使用中即使操動機構頻繁動作也不需進行調整，大大降低了運行費用。主導電回路使用了復合絕緣材料，因此不僅絕緣性能良好、占空間小，且能有效保護真空滅弧室受到沖擊和碰撞的影響。

圖1 低壓開關柜操動機構

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

2 高低壓開關柜接地保護裝置工作模式及應用分析

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裝置工作模式。該種斷路器是真空絕緣，主體部分導電回路設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構外殼后面。斷路器極柱的導電部分封閉在環氧樹脂套筒上，根據斷路器的切換位置來帶動輔助開發。斷路器一般可分為固定式和抽出式兩種。總體結構采用的是操作機構和滅弧室前后布置的形式。主導電回路部分可分為三相落地式結構，真空滅弧室縱向安裝在一個管狀的絕緣筒永磁操動機構上。當斷路器處于合閘或分閘時線圈中沒有電流通過，此時永久磁鐵利用動靜鐵芯提供的地磁阻抗通道將鐵芯保持在上下極限位置，而不需要任何的機械鎖扣來固定。當電流自然過零時，表面殘留的離子、電子和金屬蒸汽在微妙數量級的時間內就可以復合或聚在觸頭表面和屏蔽罩上，滅弧室斷口的介質絕緣強度在很短時間內恢復，達到電弧熄滅分斷目的。由于該類型真空斷路器采用的是磁場控制真空電弧，因而具有強而穩的開斷電流能力。

電力系統不同于其它物品，因其直接關系到人員的生命財產安全，有著及具特殊的一面，因此電力系統中通過使用安全可靠的保護裝置來保護系統檢修和維護人員的生命財產安全是非常重要的，也是必須要做的。根據電力系統中電壓大小，開關柜的種類也比較多。比如低電壓開關柜中不僅型號較多，且裝置結構間也不盡相同，不過它們的作用都是一樣。當設備使用低壓開關柜時，為提高安全性，首先要操作的是將設備進行接地。在以往的接線布置中大多是將地線和低壓盤的外面進行連接，其弊端是檢修維護人員在操作完后由于疏忽可能忘記將地線進行拆除，當系統重新通電后就容易造成觸電。隨著電力系統的不斷完善，目前大多數的做法是將接地線布置在內部并對其進行有效固定。這樣即使在對電力系統進行檢查完成后沒有及時將地線進行拆除，那么合閘就會收到干擾，有阻擋物出現在門合頁的轉角處使得盤門無法關閉，這樣就起到了提醒作用。

開關柜一般都是手車式的較多，這種結構相對簡單、設計原理也不復雜，能有效將接地保護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固定設備，以免發生意外。檢修人員在順利實施檢修后，只有先將固定在接地線上的手柄進行拆除才能使擋塊進行順時針的移動，確保閘門閉合。

綜上，隨著社會經濟的不斷發生，各行各業對電力的需求都在不斷加大。如何安全可靠地用電成為了當下電力部門需要考慮的一個重要課題。通過接地保護裝置可以極大地提高電力系統的安全性，而且這種方法不僅操作簡單成本也低，電力部門容易操作，只需在原有線路基礎上稍作調整即可。不過使用過程中值得注意，由于高低壓開關柜的型號較多、結構上差異較大，需根據實際的線路情況來選用合適的高低壓開關柜，這就要求電力系統維護人員具備專業的知識水平。通過接地保護裝置不僅提高設備本身運行的安全性，而且給使用者提供安全保障。