一种高电压实验保护装置的设计与实现

王程有，黄峰亮

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 450052)

高压技术实验室是电气化铁道专业的重要实验室之一。它用来完成变电所高压电气设备的特性实验、非破坏性实验、耐压实验(破坏性实验)等，其特点是试验电压高(最高达150kV)。该实验室设置有铁制栅栏和推拉栅栏门，被试设备置于栅栏内，实验人员在栅栏外面操作试验设备，升高电压。实验过程中稍有不慎，将危及人身和设备安全。

1 课题的提出

针对实验中工作人员误入高压栅栏、试验设备接地线未接或不慎脱开、外壳漏电、局部放电、设备损坏等诸多危及人身安全和设备安全的问题，课题组提出研制一个“高压技术实验保护装置”，附加于高压技术实验中，将该装置接于电力电源，其输出作为高压技术实验电源，使它作为高压技术实验的专用保护，可以对实验中诸多危及人身安全和设备安全的问题进行有效的防止。

2 设计与实现

“高压技术实验保护装置”由断路器及栅栏门保护、漏电保护、短路保护、应急保护等五个模块组成，如图1。

2.1 “栅栏门保护”模块的设计

针对实验人员误入高压栅栏问题，设计“栅栏门保护”，如图2。由栅栏门关信号采样、栅栏门开信号采样及采样信号处理执行等三个单元电路组成。

实验前，栅栏门若处于完好拉合状态时，“栅栏门关信号采样”单元电路采样到栅栏门处于关合状态信号，此信号经“采样信号处理执行”单元电路放大，对断路器发出合闸信号，断路器输出交流实验电源，可以进行高压技术实验。

实验前，如果没有将栅栏门拉合时，“栅栏开信号采样”单元电路采样到栅栏门处于打开状态信号，此信号经“采样信号处理执行”单元电路放大，对断路器不予发出合闸信号，断路器不输出交流实验电源，高压技术实验不能够进行。

实验中，若有人误开启栅栏门进入高压栅栏时，“栅栏开信号采样”单元电路采样到栅栏门处于打开状态信号，此信号经“采样信号处理执行”单元电路放大，对断路器发出跳闸信号，断路器跳闸，实验电源关闭，实验被迫停止。

2.2 “漏电保护”模块的设计

针对试验设备接地线未接或不慎脱开、外壳漏电问题，设计电流型漏电保护器:当试验设备接地线脱开、外壳漏电时，漏电保护电路使断路器跳闸失电，关闭实验电源，使实验停止。

为提高灵敏度，选用以电子元件构成的电流型漏电保护器，如图3所示。

图3 “漏电保护”模块组成示意图

检测采样单元用一个零序电流互感器将被保护相线、中性线穿过环形铁心，构成互感器一次线圈，缠绕环形铁芯上的绕组构成了互感器二次线圈。没有漏电发生时，流过相线、中性线的电流向量和等于零，二次线圈上不产生感应电动势。若发生了漏电，相线、中性线电流向量和不等于零，使二次线圈上产生感应电动势，这个信号被送到放大比较电路进行进一步处理。

中间环节单元包括放大器、比较器、脱扣器，其作用是对来自零序互感器漏电信号进行放大和处理，并输出到执行机构。

执行机构单元用于接收中间环节指令信号，实施动作，给断路器发出跳闸信号，切断实验电源。

2.3 设置“短路保护”

针对局部放电、设备损坏问题，设置“短路保护”:当试验中局部放电或设备损坏造成短路时，短路保护单元电路动作，断路器跳闸，实验电源关闭，使实验停止。

2.4 设置“应急保护”

当试验过程中有不可预料的紧急情况发生时，碰按“急停按钮”，给断路器发出跳闸信号，使断路器立即跳闸，关闭实验电源。

3 结束语

高压技术实验保护装置的研制是针对实际的高压技术实验教学中存在的不安全因素提出的，有较强的针对性和一定的实用价值。该设备可用于院校高压技术实验室，将其接于电力电源，其输出作为高压技术实验电源，使它作为高压技术实验的专用保护，可以对实验中误入高压栅栏、试验设备接地线未接或不慎脱开、外壳漏电、局部放电、设备损坏以及不可预料的紧急情况等诸多危及人身安全和设备安全的问题进行有效的防止。

［1］周武仲.保护与自动装置应用200例［M］.北京:中国电力出版社，2009，(7).

［2］刘帼巾，陆俭国.漏电保护器的可靠性检测方法［J］.电气开关，2001，(5).

［3］张仁豫.高电压试验技术［M］.北京:清华大学出版社，2008，(3).