電氣自動(dòng)化中電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)分析

摘要：電力系統(tǒng)是組織電能生產(chǎn)、輸配的核心載體，為保證其工作穩(wěn)定性、安全性，需要加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，包括電氣接地技術(shù)、電氣保護(hù)技術(shù)等。以電氣自動(dòng)化中常見電氣接地、電氣保護(hù)技術(shù)為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，以避雷接地和過(guò)電流保護(hù)為例，具體對(duì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用方式進(jìn)行分析，最后簡(jiǎn)單展望相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以服務(wù)未來(lái)電力系統(tǒng)建設(shè)和技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化"電力系統(tǒng)"電氣接地"電氣保護(hù)

Analysis"of"Electrical"Grounding"and"Electrical"Protection"Technologies"in"Electrical"Automation

MAO"Yue

Procurement"Sharing"Center"of"CNOOC"Energy"Development"Co.，"Ltd.，"Tianjin，"300452"China

Abstract："Power"system"is"the"core"carrier"for"organizing"the"production，"transmission，"and"distribution"of"electric"energy."To"ensure"its"stability"and"safety，"it"is"necessary"to"strengthen"the"application"of"electrical"automation"technology，"including"electrical"grounding"technology"and"electrical"protection"technology."Starting"from"the"common"electrical"grounding"technology"and"protection"technology"in"electrical"automation，"on"this"basis，"this"article"takes"lightning"protection"grounding"and"overcurrent"protection"as"examples"to"analyze"the"application"methods"of"related"technologies."Finally，nbsp;it"briefly"looks"forward"to"the"development"trends"of"related"technologies"to"serve"future"power"system"construction"and"technological"applications.

Key"Words："Electrical"automation;"Power"system;"Electrical"grounding;"Electrical"protection

電氣自動(dòng)化是多項(xiàng)技術(shù)的共稱，在電力系統(tǒng)以及其他用電終端發(fā)揮重要作用，電氣接地、電氣保護(hù)是電氣自動(dòng)化的2個(gè)重要分支，前者強(qiáng)調(diào)通過(guò)接地處理提升電力系統(tǒng)工作安全性、穩(wěn)定性，后者關(guān)注以保護(hù)性結(jié)構(gòu)、手段和技術(shù)設(shè)備，避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備損壞、人員傷亡[1]。廣義上的電氣接地也可視作電氣保護(hù)措施的一種；狹義的電氣接地專指接地技術(shù)方法及其常見工作模式，本文取其狹義進(jìn)行研究。考慮到電力系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的作用，分析電氣自動(dòng)化中常見電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)以及應(yīng)用方法，具有一定的積極意義。

1"電氣自動(dòng)化中常見電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)

1.1電氣接地技術(shù)

狹義范圍內(nèi)，電氣自動(dòng)化中的電氣接地技術(shù)可以分為若干大類，包括避雷接地技術(shù)、工作接地技術(shù)、設(shè)施保護(hù)接地技術(shù)等。

避雷接地技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)利用工作設(shè)施進(jìn)行電荷處理，使其能夠被導(dǎo)入地下，避免其富集于電力系統(tǒng)工作設(shè)備、室外工作區(qū)域等處，形成破壞。例如：直擊雷、繞擊雷的電流強(qiáng)度極大，可以瞬間擊毀電力設(shè)施、燒斷線路，通過(guò)避雷接地進(jìn)行控制，有助于消除或顯著降低該類問(wèn)題的發(fā)生率[2]。工作接地技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)利用設(shè)備將電力系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的電荷、電流導(dǎo)入地下，其強(qiáng)度通常不大，在1～10"A之間，該技術(shù)的著眼點(diǎn)在于控制電能諧波、避免通信干擾、限制電荷富集，以提升電力系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，也具有一定的安全防護(hù)作用。設(shè)施保護(hù)接地技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)面向一些特殊設(shè)備提供保護(hù)，即各類帶有金屬外殼、構(gòu)件的設(shè)施，包括金屬桿塔[3]。當(dāng)此類設(shè)施的絕緣部分失效時(shí)，可能危及工作設(shè)備和附近人員安全，需要用過(guò)接地技術(shù)提供保護(hù)。上述技術(shù)可以在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下提升效率和敏感性，也可以改善工作規(guī)劃質(zhì)量[4]。

1.2電氣保護(hù)技術(shù)

電氣自動(dòng)化模式下，電氣保護(hù)技術(shù)也可分為若干類別，包括過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、絕緣保護(hù)等，在信息技術(shù)支持下，短路預(yù)判、故障定位也可以作為電氣保護(hù)技術(shù)的組成部分。

過(guò)電壓保護(hù)是指當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)電壓過(guò)高時(shí)，避免電能輸配混亂、電流沖擊破壞采用的保護(hù)技術(shù)，如設(shè)置變壓設(shè)施、并網(wǎng)控制等。過(guò)電流保護(hù)是指當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)電流強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，以繼電保護(hù)等形式控制其破壞，通過(guò)切斷電源等方式完成保護(hù)動(dòng)作[5]。絕緣保護(hù)以各類工作設(shè)備為直接對(duì)象，對(duì)設(shè)備的絕緣情況進(jìn)行跟蹤，在其出現(xiàn)絕緣異常時(shí)提供保護(hù)。電氣自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使短路預(yù)判、故障定位等技術(shù)得到運(yùn)用，可借助各類傳感設(shè)施、智能設(shè)備，對(duì)短路問(wèn)題進(jìn)行感知和預(yù)處理，如果故障已經(jīng)出現(xiàn)也可以進(jìn)行定位輔助，減少電力系統(tǒng)故障發(fā)生率和處理難度，常見如遠(yuǎn)程固定定位、故障鑒別技術(shù)等。

2"電氣自動(dòng)化中的電氣接地技術(shù)

2.1基本原理

從技術(shù)原理上看，避雷接地主要強(qiáng)調(diào)在電荷富集的區(qū)域以人工方式建設(shè)導(dǎo)電線路，通過(guò)金屬設(shè)施、地下金屬架構(gòu)，將地表多余電荷傳導(dǎo)至地下，以消除安全方面的隱患，也避免電荷富集形成電磁場(chǎng)、干擾通信活動(dòng)或加速設(shè)備老化。通常避雷接地的傳導(dǎo)系統(tǒng)為金屬材質(zhì)，其導(dǎo)電能力顯著強(qiáng)于其他材質(zhì)結(jié)構(gòu)，雷雨天氣或其他易出現(xiàn)電荷富集的情況下，電荷可首先被避雷結(jié)構(gòu)的接地部分傳導(dǎo)，并通過(guò)地下金屬框架性結(jié)構(gòu)得到處理，從而消除地面部分電能設(shè)備、工作人員遭受電擊或雷擊的可能。值得注意的是，以電氣自動(dòng)化技術(shù)為支持，還可以借助信息技術(shù)進(jìn)行避雷系統(tǒng)研究、規(guī)劃，如模擬不同條件下導(dǎo)電能力、雷擊破壞可能，進(jìn)而優(yōu)化避雷器的規(guī)格、位置，或通過(guò)室外電氣設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)感知，提前做好接地技術(shù)的改造、啟動(dòng)備用服務(wù)系統(tǒng)等。

2.2電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)避雷接地的輔助

默認(rèn)以電氣自動(dòng)化技術(shù)為支持，組織避雷接地規(guī)劃。常規(guī)采買避雷器、接地結(jié)構(gòu)、金屬設(shè)施，并擬定工作方案。工作物為地面某變電站，該站設(shè)有各類獨(dú)立的工作結(jié)構(gòu)。組織安裝時(shí)，初步?jīng)Q定避雷器安裝高度分別為1.5"m、2.5"m、3.5"m，最小間距2.0"m，最大間距3.3"m，平均間距2.7"m，接地部分為銅合金金屬，深入地下0.7"m，設(shè)置3個(gè)接地點(diǎn)，地下結(jié)構(gòu)常規(guī)延伸擴(kuò)展。地面裸露部分設(shè)置警示牌，并涂刷紅漆，另以混凝土結(jié)構(gòu)提供保護(hù)，以防人員受擊。

將相關(guān)參數(shù)代入建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）軟件中進(jìn)行模擬，晴天、多遠(yuǎn)天氣時(shí)，電荷富集率低，無(wú)安全隱患；陰雨天氣、雷雨天氣出現(xiàn)時(shí)，電荷可以導(dǎo)入地下，出現(xiàn)雷暴電氣、持續(xù)陰雨情況時(shí)。避雷器工作能力不滿足避雷要求，模擬雷擊破壞發(fā)生率為0.02%。繼續(xù)借助電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行模擬調(diào)整，避雷器高度不變，接地深度調(diào)整為1.2"m，設(shè)置5個(gè)接地點(diǎn)，避雷器間距縮小為平均2.4"m。2次模擬無(wú)異常，可滿足任何情況下的防雷要求。

2.3運(yùn)行模式

根據(jù)模擬情況進(jìn)行運(yùn)行分析。默認(rèn)本地當(dāng)前天氣條件良好，變電站常規(guī)投入工作，其工作設(shè)備產(chǎn)生的電荷通過(guò)工作接地技術(shù)、設(shè)施保護(hù)接地技術(shù)常規(guī)導(dǎo)入地下，不存在安全問(wèn)題和電磁干擾等情況。默認(rèn)本地出現(xiàn)陰雨情況，空氣濕度顯著提升，此時(shí)電荷開始富集，接地線路可以常規(guī)將電荷導(dǎo)入地下，無(wú)安全方面的問(wèn)題。出現(xiàn)雷雨電氣、雷暴天氣，雷擊導(dǎo)致空氣中電荷富集情況進(jìn)一步惡化，所有用電設(shè)備、金屬設(shè)備均有可能遭受電擊，包括室外人員。安置在各區(qū)域的避雷器妥善覆蓋了變電站各空間區(qū)域，電荷、強(qiáng)電流通過(guò)避雷器得到傳導(dǎo)，并借助5個(gè)不同的接地地點(diǎn)被導(dǎo)入地下，變電站工作安全、穩(wěn)定性得到保障。

3"電氣自動(dòng)化中的電氣保護(hù)技術(shù)——以過(guò)電流保護(hù)為例

3.1基本原理

過(guò)電流保護(hù)的原理較為簡(jiǎn)單，一般電力系統(tǒng)的工作電壓、電阻均是穩(wěn)定的，受到工作時(shí)間、老化情況影響，出現(xiàn)少許變化但不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)內(nèi)的電流水平。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)某些設(shè)備出現(xiàn)故障，如變壓器浸水、雷擊破壞時(shí)，其內(nèi)部電流會(huì)快速增加到危險(xiǎn)水平，有可能誘發(fā)電力火災(zāi)、設(shè)備損壞。通過(guò)繼電保護(hù)裝置對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行感知，并通過(guò)切斷電源的方式進(jìn)行應(yīng)急處理，可以降低過(guò)電流破壞問(wèn)題的發(fā)生率。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下，該工作具有了更高的靈敏性和智能化水平。如智能傳感器、智能斷路器，在常規(guī)組織過(guò)電流保護(hù)的同時(shí)，可以對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行記錄，為后續(xù)工作人員組織進(jìn)一步處理提供依據(jù)。

3.2電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)過(guò)電流保護(hù)的輔助

默認(rèn)某電力系統(tǒng)建成、投入工作的時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備老化問(wèn)題比較嚴(yán)重，部分設(shè)備進(jìn)行更新后，此前的工作模式、技術(shù)參數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)，為避免出現(xiàn)過(guò)電流問(wèn)題和衍生事故，決定通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)組織過(guò)電流保護(hù)。主要在常規(guī)繼電保護(hù)工作的基礎(chǔ)上增加信息積累、記錄和實(shí)時(shí)傳輸模塊，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在此模式下，繼電保護(hù)工作的常規(guī)形式無(wú)變化，但在組織保護(hù)的過(guò)程中，可以利用智能化設(shè)施實(shí)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)工作設(shè)備內(nèi)的電流信息進(jìn)行采集，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)電流出現(xiàn)變化，即便未達(dá)到危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，也可以完成記錄，提供給遠(yuǎn)程端工作人員，后者根據(jù)相關(guān)信息組織工作，積累的信息總量越大、內(nèi)容越豐富，越有助于工作人員挖掘其規(guī)律，組織精準(zhǔn)化的繼電保護(hù)。例如：本站部分設(shè)備內(nèi)的電流水平持續(xù)偏高，但未觸發(fā)安全保護(hù)，以致少數(shù)設(shè)備損壞。工作人員對(duì)持續(xù)積累的信息進(jìn)行分析，并將繼電保護(hù)裝置的工作參數(shù)下調(diào)至當(dāng)前水平的90%，提升其應(yīng)對(duì)過(guò)電流故障的靈敏性，消除了設(shè)備損壞有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3運(yùn)作模式

根據(jù)過(guò)電流保護(hù)的一般需要，結(jié)合電氣自動(dòng)化技術(shù)以及電氣保護(hù)技術(shù)個(gè)性特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)作模式進(jìn)行分析。默認(rèn)保護(hù)對(duì)象為變壓器，變壓器常規(guī)工作狀態(tài)下的溫度為55"℃，其電壓、電流和電阻等參數(shù)均無(wú)異常。但在實(shí)際工作中，該站使用的變壓器壽命普遍偏短，大部分變壓器使用3年后即嚴(yán)重老化需要更換。經(jīng)分析為過(guò)電流因素影響導(dǎo)致設(shè)備老化速率加快，以電氣自動(dòng)化技術(shù)、電氣保護(hù)技術(shù)組織改造，使用了智能傳感設(shè)施提供支持，其工作流程如圖2所示。

在該流程支持下，技術(shù)人員每日記錄變壓器的工作負(fù)荷水平，對(duì)照此前工作資料，發(fā)現(xiàn)變壓器存在長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)作的情況。據(jù)此進(jìn)行調(diào)整，更換了容量較大的變壓器，繼續(xù)進(jìn)行信息采集和分析，并做應(yīng)用模擬，變壓器的參數(shù)無(wú)異常，且模擬壽命為14年，符合一般使用要求。

4結(jié)論

綜上所述，電氣自動(dòng)化中電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)較為多見，主要發(fā)揮提升電氣系統(tǒng)工作安全性、穩(wěn)定性的作用，避免設(shè)備損壞、人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)際工作中，需要根據(jù)系統(tǒng)需要選取技術(shù)、加以應(yīng)用。避雷接地需要關(guān)注系統(tǒng)建設(shè)的穩(wěn)定性，覆蓋工作系統(tǒng)全范圍，繼電保護(hù)則要求提升作業(yè)準(zhǔn)確性，避免不動(dòng)作、誤操作等問(wèn)題。未來(lái)電氣自動(dòng)化中電氣接地及電氣保護(hù)技術(shù)發(fā)展可呈現(xiàn)出智能化、信息化、精準(zhǔn)化等趨勢(shì)，以進(jìn)一步提升電電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)用性，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全工作提供保障。

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