水利工程泵站電氣設(shè)計(jì)中漏電保護(hù)器運(yùn)用分析

袁 輝

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心壽光管理站）

0 引言

漏電保護(hù)器又稱剩余電流保護(hù)器（RCD），多用于低壓供電系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)計(jì)中，能夠有效規(guī)避設(shè)備、線路漏電造成的人員傷亡事故，為設(shè)備操作人員提供安全保障。近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速放緩，產(chǎn)業(yè)格局升級(jí)迭代趨勢(shì)明朗，各種先進(jìn)的技術(shù)工藝不斷涌現(xiàn)出來(lái)，為各行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展注入了活力，水利工程受到滋養(yǎng)和驅(qū)動(dòng)，同樣步入了高質(zhì)量發(fā)展新階段。如何提高泵站運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，如何加強(qiáng)漏電保護(hù)器安裝應(yīng)用，成為了諸多建設(shè)者、管理者關(guān)注的焦點(diǎn)，有必要深入探究。

1 案例工程概況

為直觀說(shuō)明泵站電氣設(shè)計(jì)中漏電保護(hù)器的運(yùn)用方法，本文引入某水利工程實(shí)例輔助闡述。案例工程為排澇泵站，規(guī)劃設(shè)計(jì)流量20.0m3/s，站內(nèi)配置有5臺(tái)套1200QZ-100潛水軸流泵，2臺(tái)套900QZ-100G潛水軸流泵以及裝機(jī)容量為335kW的電機(jī)，電壓等級(jí)為380V。電氣設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，擬在泵站安裝兩臺(tái)主變和兩臺(tái)站變，一用一備保證安全性和穩(wěn)定性，10kV側(cè)單母線接線，進(jìn)線兩回分別供主變和站變用電，整個(gè)系統(tǒng)采用TN-C三相四線制保護(hù)接零，中線N與保護(hù)線PE合一。由于泵站本身的運(yùn)行環(huán)境較為特殊，運(yùn)行時(shí)安全性、穩(wěn)定性要求較高，因此需要裝配漏電保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)，以減少設(shè)備漏電帶來(lái)的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)和事故風(fēng)險(xiǎn)。下面對(duì)漏電保護(hù)器的具體應(yīng)用方法進(jìn)行展開(kāi)梳理。

2 水利工程泵站電氣設(shè)計(jì)中漏電保護(hù)器的運(yùn)用

2.1 漏電保護(hù)器選型

2.1.1 結(jié)構(gòu)選型

接地故障是引發(fā)泵站觸電事故的重要成因之一，通常包含金屬性、點(diǎn)弧性兩種故障形式，故障發(fā)生后該點(diǎn)的電流增大，阻抗可以忽略不計(jì)，此時(shí)設(shè)備外殼對(duì)地故障電壓Uf計(jì)算方式為［1］：

式中，Id為接地故障電流；U0為相電壓；Zs為接地故障回路總阻抗；ZL、ZPEN以及ZPE分別為相線、PEN線以及PE線的阻抗。若相線、PEN線橫截面積相同，那么兩線阻抗疊加后即為相線阻抗，設(shè)備外殼對(duì)地故障電壓Uf可以達(dá)到110V。雖然水利工程泵站內(nèi)部電氣設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)審慎評(píng)估，大多存在電位聯(lián)結(jié)以減少接觸電壓，但減少的幅度一般只有20%，計(jì)算后接觸電壓仍舊可以達(dá)到50V以上，容易造成人員傷亡等嚴(yán)重事故。基于此，在泵站電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須科學(xué)選擇和安裝漏電保護(hù)器，以確保電氣系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。當(dāng)前較為常見(jiàn)的漏電保護(hù)器共有兩種，其中電壓動(dòng)作型漏電保護(hù)器多見(jiàn)于變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生觸電情況后，保護(hù)器會(huì)感應(yīng)到零線較高電壓進(jìn)而執(zhí)行開(kāi)關(guān)跳閘動(dòng)作。電流動(dòng)作型漏電保護(hù)器則主要用于檢測(cè)故障電流，能夠在零序電流互感器的幫助下，準(zhǔn)確識(shí)別漏電問(wèn)題，進(jìn)而完成保護(hù)動(dòng)作。本次工程中，泵站主要使用變壓器中性點(diǎn)保護(hù)接地方式，因此更推薦使用電流型漏電保護(hù)器，裝置結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖1。

圖1 電流型漏電保護(hù)器結(jié)構(gòu)

電流型漏電保護(hù)器接入泵站低壓配電系統(tǒng)中后，常規(guī)狀態(tài)下相線、零線電流相量均為零，觸電事故發(fā)生，或者電氣設(shè)備漏電時(shí)，產(chǎn)生的電流會(huì)通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)傳到大地中，零序電流互感器相線、零線感應(yīng)到電流信號(hào)完成檢測(cè)。一旦檢測(cè)值超過(guò)漏電保護(hù)器設(shè)定動(dòng)作上限，則漏電脫扣器動(dòng)作，開(kāi)關(guān)切斷電源，確保觸電人員或者漏電設(shè)備脫離負(fù)荷。

2.1.2 參數(shù)選型

通常情況下，泵站電氣系統(tǒng)對(duì)地是存在漏電電流的，三相對(duì)地阻抗往往處于不平衡狀態(tài)，所以漏電保護(hù)器運(yùn)行過(guò)程中，可檢測(cè)的信號(hào)電流應(yīng)當(dāng)是一個(gè)疊加值，加數(shù)分別為電網(wǎng)不平衡電流和人體觸電電流，若配電系統(tǒng)不平衡電流過(guò)高，可能會(huì)過(guò)早達(dá)到漏電保護(hù)器起動(dòng)電流，增加裝置誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)人體觸電電流與不平衡電流反相時(shí)，還有可能干擾零序電流互感器檢測(cè)精確性，削弱保護(hù)器動(dòng)作靈敏度。基于此，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需要特別關(guān)注漏電保護(hù)器的參數(shù)選型和安裝問(wèn)題，通過(guò)合理的方案設(shè)計(jì)減少外界不良影響，確保漏電保護(hù)器動(dòng)作精度的提升。根據(jù)規(guī)范要求，單相220V電源供電設(shè)備、三相三線式380V電源供電設(shè)備，以及三相四線制380V電源供電設(shè)備適用的漏電保護(hù)器是存在一定差異的，線路正常泄漏電流不同，適用的漏電保護(hù)器同樣存在區(qū)別，需要進(jìn)行針對(duì)化分析。本次泵站采用的中性點(diǎn)接地三相四線制，因此選用三級(jí)四線式漏電保護(hù)器，保護(hù)器工作環(huán)境較為潮濕，因此額定漏電動(dòng)作電流設(shè)定為15～30mA，能夠快速動(dòng)作完成保護(hù)。此外，為了防止漏電保護(hù)器頻繁誤動(dòng)帶來(lái)的設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn)和泵站運(yùn)行效率下降風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際操作過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)著重把控漏電保護(hù)器的額定漏電不動(dòng)作電流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通常以電氣線路、電氣設(shè)備實(shí)測(cè)正常泄漏電流數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)分析并找出最大值，取最大值的2倍作為額定漏電不動(dòng)作電流較為適宜［2］。對(duì)于額定漏電不動(dòng)作電流小于等于30mA的漏電保護(hù)器來(lái)說(shuō)，線路中通過(guò)不同幅度電流時(shí)，漏電保護(hù)器的最大分?jǐn)鄷r(shí)間可見(jiàn)表1。

表1 間接接觸用漏電保護(hù)器最大分?jǐn)鄷r(shí)間

表中，IΔn為額定漏電不動(dòng)作電流；In為額定電流。

2.2 漏電保護(hù)器安裝

在選定漏電保護(hù)器型號(hào)規(guī)格的基礎(chǔ)上，還需要嚴(yán)格把控漏電保護(hù)器的安裝質(zhì)量，本次泵站采用的中性點(diǎn)接地三相四線制，即TN-C供電方式，安裝注意事項(xiàng)如下：（1）漏電保護(hù)器用于支線保護(hù)時(shí)。要注意相鄰支路不可共用零線，且零線之間不能相連，一旦相連將會(huì)增加電流互流風(fēng)險(xiǎn)，使得電流互感器進(jìn)入失衡狀態(tài)，增加漏電保護(hù)器的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，降低設(shè)備運(yùn)行效率，所以要嚴(yán)格保持兩支線零線的獨(dú)立性。（2）漏電保護(hù)器用于設(shè)備保護(hù)時(shí)。單個(gè)電氣設(shè)備只能接在一條保護(hù)支路內(nèi)，禁止跨接行為，且設(shè)備、零序互感器應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計(jì)圖紙安裝，通常設(shè)備應(yīng)安裝在零序互感器之間，以降低漏電保護(hù)器誤動(dòng)概率。此外，水利工程泵站電氣設(shè)備類型多樣，部分情況下會(huì)出現(xiàn)裝漏電保護(hù)器、未裝漏電保護(hù)器設(shè)備共用接地裝置的情況［3］，這種做法是十分錯(cuò)誤的。以M1、M2設(shè)備為例，當(dāng)M1設(shè)備絕緣老化、劣化，出現(xiàn)外殼帶電問(wèn)題時(shí)，電流會(huì)通過(guò)接地裝置傳導(dǎo)至M2設(shè)備外殼，此時(shí)漏電保護(hù)器無(wú)法執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，難以保障工作人員安全。因此要嚴(yán)格禁止裝漏電保護(hù)器、未裝漏電保護(hù)器設(shè)備共用接地裝置的行為，切實(shí)提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全性（見(jiàn)圖2）。使用漏電保護(hù)器的設(shè)備、電機(jī)等，正常運(yùn)行過(guò)程中，絕緣電阻值也應(yīng)當(dāng)維持在0.5MΩ以上，避免出現(xiàn)保護(hù)器頻繁動(dòng)作的情況。（3）漏電保護(hù)器用于線路保護(hù)時(shí)（包含工作零線）。要重點(diǎn)分析線路負(fù)荷情況，盡量保持單相負(fù)荷的均勻性，如果出現(xiàn)某一相線路偏長(zhǎng)，或者接入的泵站設(shè)施過(guò)多，則要適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化，避免干線出現(xiàn)三相不平衡問(wèn)題，減少后期負(fù)荷較重路線漏電電流增大、干線漏電保護(hù)器誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，要結(jié)合線路類型選擇適宜的漏電保護(hù)器，安裝時(shí)禁止隨意更換，線路要全部穿過(guò)漏電保護(hù)器貫穿孔。

圖2 TN-C三相四線制系統(tǒng)漏電保護(hù)器接線方式

2.3 漏電保護(hù)器試驗(yàn)

漏電保護(hù)器在水利工程泵站電氣設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的位置，安裝配置不當(dāng)很容易削弱其保護(hù)性能，給觸電、漏電事故的發(fā)生埋下隱患，因此裝置安裝完畢之后，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)的檢驗(yàn)驗(yàn)收和調(diào)試試驗(yàn)，確保其能夠穩(wěn)定正常運(yùn)行。要著重檢查漏電保護(hù)器接線情況，看負(fù)載側(cè)、電源側(cè)接線是否正常，是否存在松動(dòng)、接觸不良等情況。對(duì)于具備短路保護(hù)的漏電保護(hù)器裝置，還應(yīng)當(dāng)檢查電弧噴出方向上是否有足夠的飛弧距離，是否符合廠家規(guī)定要求等。若采用組合式漏電器，安裝時(shí)還應(yīng)當(dāng)檢查其控制回路敷設(shè)情況，核對(duì)其是否按要求使用了銅導(dǎo)線，使用的銅導(dǎo)線截面積是否在1.5mm2以上［4］。如果泵站采用的是三相五線制電氣設(shè)計(jì)方式，還要特別關(guān)注保護(hù)地線接線問(wèn)題，要檢查安裝人員是否按照設(shè)計(jì)說(shuō)明跨接到第一極漏電保護(hù)器前端，禁止將保護(hù)地線穿過(guò)漏電保護(hù)器，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)記錄和調(diào)整。安裝完畢后要按照要求進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試，將漏電保護(hù)器接入試驗(yàn)回路，啟動(dòng)按鈕試驗(yàn)三次，看漏電保護(hù)器是否正常動(dòng)作，若出現(xiàn)動(dòng)作延遲、誤動(dòng)作問(wèn)題，要及時(shí)查找并排除原因。再將漏電保護(hù)器置于真實(shí)線路環(huán)境中，帶負(fù)荷分合開(kāi)關(guān)三次，同樣觀察是否存在誤動(dòng)作或動(dòng)作延遲狀況。注意漏電保護(hù)器的安裝調(diào)試不應(yīng)干擾原有接地系統(tǒng)，協(xié)調(diào)好線路接地保護(hù)措施與漏電保護(hù)措施，嚴(yán)格區(qū)分中性線、保護(hù)線，若泵站使用的是三級(jí)四線式漏電保護(hù)器，或者是四極式漏電保護(hù)器，則其中性線應(yīng)當(dāng)接入漏電保護(hù)器。此外，經(jīng)過(guò)漏電保護(hù)器的中性線不可作為保護(hù)線使用，否則可能會(huì)引起保護(hù)失效問(wèn)題，此類中性線也不能出現(xiàn)重復(fù)接地問(wèn)題，降低接地保護(hù)不當(dāng)帶來(lái)的設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 漏電保護(hù)器運(yùn)行

為保證泵站運(yùn)行安全性，漏電保護(hù)器安裝調(diào)試結(jié)束后，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)后續(xù)的運(yùn)維管理，要建立專門的運(yùn)維臺(tái)賬，對(duì)特定時(shí)間段內(nèi)泵站內(nèi)漏電保護(hù)器動(dòng)作次數(shù)、動(dòng)作原因、誤動(dòng)作情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方便運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，做好維修和更換處理。要特別規(guī)范按鈕試驗(yàn)操作，每日使用電氣系統(tǒng)前，常規(guī)啟動(dòng)漏電試驗(yàn)按鈕試跳一次，若漏電保護(hù)器試跳不正常，要及時(shí)記錄并嚴(yán)禁繼續(xù)使用。每月在通電狀態(tài)下進(jìn)行一次試跳檢查，主要觀察漏電保護(hù)器動(dòng)作是否靈敏、可靠，是否出現(xiàn)了延遲或誤動(dòng)問(wèn)題，若遇到雷雨等惡劣天氣多發(fā)季節(jié)，還要適當(dāng)縮短漏電保護(hù)器檢查間隔周期。注意要在合理范圍內(nèi)使用試驗(yàn)按鈕，避免按下時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、按下次數(shù)過(guò)多造成的機(jī)械損傷問(wèn)題，確保漏電保護(hù)器使用壽命的延長(zhǎng)。漏電保護(hù)器如果已經(jīng)發(fā)生動(dòng)作，要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析和處理，若排查后發(fā)現(xiàn)是由于人體觸電造成的正常動(dòng)作，則要記錄動(dòng)作時(shí)間、原因等，允許繼續(xù)使用漏電保護(hù)器。若未能查明具體原因，則可以試送電一次觀察是否再次出現(xiàn)動(dòng)作情況，若再次發(fā)現(xiàn)動(dòng)作，則要深入排查問(wèn)題，嚴(yán)禁在不明原因的情況下連續(xù)、強(qiáng)行送電。對(duì)于存在故障或已經(jīng)達(dá)到報(bào)廢年限的漏電保護(hù)器，要及時(shí)登記和更換，更換后調(diào)試送電，嚴(yán)禁隨意拆除漏電保護(hù)器強(qiáng)行送電。對(duì)于發(fā)生觸電事件，但漏電保護(hù)器拒動(dòng)的情況，要及時(shí)封鎖現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行調(diào)查，禁止隨意拆動(dòng)保護(hù)器裝置。此外還應(yīng)加強(qiáng)漏電保護(hù)器的動(dòng)作特性檢驗(yàn)力度，檢驗(yàn)內(nèi)容覆蓋動(dòng)作電流值、漏電不動(dòng)作電流值、動(dòng)作延遲時(shí)間等，確保所有檢驗(yàn)參數(shù)符合使用要求，為水利工程泵站的穩(wěn)定、安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，漏電保護(hù)器是水利工程泵站電氣設(shè)計(jì)中不容或缺的重要裝置之一，能夠有效降低設(shè)備、線路漏電危害，維護(hù)工作人員生命安全，實(shí)踐中務(wù)必要給予充分重視。要結(jié)合泵站電氣系統(tǒng)類型選擇適宜的漏電保護(hù)器種類，嚴(yán)格把控漏電保護(hù)器參數(shù)選擇問(wèn)題，同時(shí)做好后續(xù)的安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行工作，應(yīng)用兩級(jí)漏電保護(hù)器安裝方案，按照規(guī)定要求調(diào)試試驗(yàn)，定期檢查、檢修保證漏電保護(hù)器良好狀態(tài)，為水利工程泵站的高效、安全運(yùn)行提供助力。