关于高低压开关柜接地保护装置探析

吴江市力良送变电工程有限公司 缪皓亮

1 引言

电能在带来便利的同时也带有安全方面的问题。高低压开关柜是将高压的电力能源转化为符合我国电能使用标准的低压电力能源，该设备作为电力工程中的重要装置，具备着极为关键的“使命职责”，必须对该设备加以保护，并适时地进行检查维修，保证电力工程的正常运转。接地保护装置是对高低压开关柜进行保护的装置，对该装置的研究是十分必要的，只有充分了解接地保护装置的特性、了解对高压开关柜和低压开关柜的不同工作原理、了解接地保护装置的具体应用技术，才能真正发挥接地保护装置的实际作用，进而更好的对高低压开关柜进行保护，使得电力工程更加安全可靠，减少电力方面安全事故的发生，保证人们生活和工作的正常运转以及社会稳定。

2 高低压开关柜及接地保护装置概述

高低压开关柜和接地保护装置的整体构造较为简单，安装和调试也比较便捷，通常产品价格也较低。对高低压开关柜和接地保护装置有效安装和合理的运用，能够起到较好的保护效果，可以显著的提升用电的安全性和可靠性。设备安装之后，若工作人员在进行日常维护和检查维修时，因人为原因造成了触电安全事故的发生，能够及时地发现并采取有效的措施予以解决，同时可避免类似事故的发生，能够更好地完成之后的工作。事实表明，采取合理的接地保护能够在一定程度上避免触电事故的发生，可以进一步保障企业财产和人身安全。

2.1 高低压开关柜

开关柜的外线按照先主开关后分开关的顺序进入柜内，并根据各分路的实际需求来设置，如变压器、电动机和电容器的保护和控制等[1]，可以按照不同的电压等级对开关柜进行划分，通常来说是分为高压开关柜和低压开关柜。高压开关柜一般存在于各级发电站、变电所以及供电局之中，各部门单位根据一定的接线方案，通过对多种大中型电气设备的成套组网，而形成的高压配电装配类型；低压开关柜一般存在于用电需求在一定范围内的企业、工厂之中，来保证用电的便捷与安全，电力部门及用电方根据符合规定的相应接线方案，通过对一些低压电器设备的成套组装，而形成的低压配电装配类型。在高低压开关柜的选择上应注重实用性和可靠性，选择符合自身实际发展的高低压开关柜，来保障用电需求，避免造成电力能源的浪费。

图1 高低压开关柜

2.2 接地保护装置

接地保护是指将正常不带电的，且绝缘保护损坏后或其他状况下可能带电的电气设备金属部分，用导线与接地体有效连接起来的一种保护方式。采取这种保护方式的装置即为接地保护装置，具体是指在地下设置的接地电极与连接接地电极和电气设备的导线的总称。通常由四部分构成，包括接地保护装置的接地板（极）、接地跨接线（接地引下线）、接地母线（室外、室内）以及构架接地，主要目的是实现电气设备与大地的连接，进而保护电气设备以及电力工程运行相关方面的安全。在选择接地保护装置时，首先考虑采用自然接地体，节约投资，若实际情况满足接地保护设备的建设要求，则不再设人工接地装置，否则应装设人工接地装置进行补充。人工接地装置的装设应使接地保护装置附近的电位分布尽可能均匀，以降低安全事故的发生概率，保证电力设备及相关人员的安全。

3 接地保护装置特性

电力能源作为一种清洁可再生能源，在为社会发展和人们生活工作带来便利的同时，也会产生一些潜在的安全问题。电气设备在正常运转时外露部分是不带电状态，以保证用电安全，但电气设备会因外部原因或本身某些原因，存在设备外露部分带电的情况，如电气设备绝缘不良、电气设备元件内阻等情况导致电气设备带电，就极易出现触电事故，损害人们的生命财产安全。因此，应利用接地保护装置将电气设备与大地相连，可以采用人工接地极或自然接地极的方法进行连接。电气设备安装接地保护装置后，若再发生电气设备绝缘不良或外露部分带电等情况，就会导致接地电流偏大，发生保险丝熔断或空气开关自动断开，有效保障人身安全[2]。

现阶段，通常采用单相两线制和单相三线制进行接地保护。采用零线进行接地的方法被称为单相两线制，单相是指采用相同的导线来实现接地连接，两线制是指工作零线和接地线。在进行接地保护时，可将接地线直接连接工作零线，另外一端直接将相关接地线连接。需要着重注意的是，不可把工作零线作为接地线来使用，并且零线中不需要配备保险丝，应直接将保护零线从干线带入，以此来达到保护的目的。

接地零线需要单独专门布置的零线系统被称为单相三线制，因专用接地线与工作零线之间不需要连接，故接地线上也不必设置保险丝，但接地线的接地处理需要连接到外面进行。由于没有设置保险丝，在正常情况下接地线也就不会出现断裂的现象，进一步保障了接地线的正常运行。若电气设备出现漏电的情况，单相三线制能够及时启动相应的保护装置，同时将电源断开，有效避免触电事故的发生。

结合高低压开关柜不同的特性，选择合适的接地保护装置，可保障维护检修工作人员的人身安全。低压开关柜检修时，首先需要铺设接地线提高安全性，以往是将地线连接在低压盘之外，易忘记拆除地线，现阶段要求将地线布置固定在内部，可有效地避免触电事故的发生；高压开关柜大多为手车式，一般将接地保护装置的挡块放置在手车的轨道之上，并把接地线所用的手柄安装在设备固定板上，为防止意外事故的发生，需要先将安装在设备固定板上的手柄首先拆掉，才能使挡块进行顺时针的位移，完成合闸的工作，能够避免手柄以及挡块发生逆时针位移，导致触电事故的发生。

4 接地保护装置工作原理

因高低压开关柜的工作环境、硬件条件和具体工作原理的不同，使与其配套的接地保护装置的工作原理也不相同。在实际工作运用之中，还需要针对具体问题具体分析，对于型号不同、使用环境不同的高低压开关柜所产生的问题，以及相应的解决措施办法，可以互相借鉴、互相交流，以促进电力设备更好的完善与发展，使高低压开关柜能够发挥出最好的作用和价值。

4.1 低压开关柜接地保护装置工作原理

低压开关柜主要用于输电、配电以及电能的转换方面。低压的开关柜接地保护装置，需要将两个关键方面的管理和控制落实到位[3]。首先是低压盘接地保护装置要正确的安装在盘体下方的角铁框架之上，其次是固定钢板的具体位置也极为严苛，务必焊接在盘门合页大致120mm 的位置处。进行正常供电时，盘门会合闭，此时的开关柜柜内的蝶形螺栓会放置在规定要求的具体位置上，如果发生线路方面的故障，则需要进行检修，在对电力设备断电之后，低压盘就会随之打开盘门，蝶形螺栓把接地线的固定线圈利用螺栓上的螺纹进行拧紧。

接地线安装在盘外的地方，应拆除其他位置的接地线并且要将盘外的接地线固定牢靠，即使发生操作失误的情况，也不会造成用电危险或是触电事故。因为，只有在关闭盘门进行输电时，所安装在门合页转角位置的蝶形螺栓就会阻挡住盘门，此时如果维护检修的工作人员不将接地线拆除掉，不将蝶形螺栓的阻挡障碍有效去除，所进行的操作会被迫停下，进而有效的保障维护检修工作人员的人身安全，避免触电事故的发生。

4.2 高压开关柜接地保护装置工作原理

高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起到通断、控制或保护等作用。高压开关柜接地保护装置的工作原理，可以采取一项试验来进行理解。首先设置试验器材，手车指的是实际工作中工作人员所使用的小车，是高压开关柜中置式当中可以抽出的部分，因高压开关柜柜内的多数主要电气元件都是固定在这个可以抽出的部分上，所以这一部分在高压开关柜中承担着非常重要的功能，这也就是一般所说的手车。

手车固定后，需要设置阻挡物来阻止小车轨道上的挡块以及车轮的移动，为进一步确保试验的安全性，可以安排两个定位块来阻止小车轨道上的挡块以及车轮的移动。通过利用两个定位块来对挡块和车轮实行阻止移动之后，取下操作手柄，同时固定住接地线，可以利用固定螺丝栓来将接地线完成固定。维护检修试验结束后，要先拆掉螺丝栓，保证手把处于顺时针的状态，与此同时可以带动轨道上的挡块进行顺时针的移动，从而脱离这个小车轨道。此时，高压开关柜是无法进行合闸的，因为手车与接地线是互相连接的，不能够进行通电工作，这样就能保障维护检修工作人员的人身安全了。利用该项试验的操作，更好地理解高压开关柜接地保护装置工作原理，有助于接地保护装置在实际工作中更好的运用。

5 接地保护装置的技术

为降低在电力工程建设、电气设备运行以及检修过程中，可能出现的触电或其他事故发生的概率，进一步提升设备运行效率，有效保障相关人员的人身财产安全，针对技术方面的研究升级是十分重要的。如以往的接地线布线设置不够严谨周密，会给检修结束留下触电隐患。目前，对于低压开关柜接地保护装置的设置提出了新要求，为符合新要求要进行技术方面的改造革新，可以吸取其他相似的技术改造手段，来对接地保护装置技术方面进行提升。

5.1 消弧柜

电压消弧将会是未来主要的研究方向。现阶段，国内的消弧产品类型主要有弧光接地转换为金属接地装置，以及将弧光接地转化为氧化锌的装置以及电抗器并联装置三种。伴随着电网的改造与运行，使得弧光接地技术存在的问题更加凸显，固体材料绝缘设备的增加使设备和系统的过电压承受能力下降，绝缘方面的性能也满足不了需求。对电网的安全运行产生影响[4]。若电缆线路呈现单相弧光接地，消弧线圈无法减少对于问题点的损坏情况，也只能对问题点的无功电流进行管控。技术层面的主要目标是快速熄灭电弧控制故障程度，避免发生被迫停电，供电可靠性被满足的同时使系统可以维持一段时间的工作状态。

当故障出现时，电流介质越小产生的破坏程度也就越小，消弧柜主要采取组织电弧二次燃烧的方式来进行消弧并发挥过电压保护的作用。中性点不接地方法的运用，使电网在进行运行维护的同时保障安全性，从而减少各项事故发生的概率。参照未来监测的有关要求，需要对不同的线路和设备的运行状态做到同时的监测，按照传感器测量系统中的不同参数信息，进行综合分析管控方法举措。

如低压配电柜的升温超标与发热情况方面，可采取电磁耦合法建立三维有限元电磁模型。但考虑到其他的不稳定因素，对于故障类型的判断选择会直接影响事故的处理情况。在消弧柜管理控制方法的运用上，可以先提出合闸的办法措施，进一步科学合理的判断选择事故类型。在这方面可以进行相关的理论探究分析和实践论证，其中消弧柜动作前的故障辨析方法在当下的数据信息速度之下，要运用到实际操作中还有不小的难度，需要综合现场情况和稳定性方面的信息分析，进而推广应用。

5.2 电容耦合式传感器设置

由于高低压开关柜的安装现场电磁状况较一般环境更为复杂，通常周围会存在着较多的干扰信号，此时是否能够正确、有效的对开关柜柜内的信号进行检查测试，也将直接影响到后续的局部放电过程，进而可能影响到接地保护装置的实用性有效性。为了能够确定不同条件下的检查测试需求，可以设置与开关柜相对应的电容耦合式传感器，使其既具有较好的灵敏度，又具有稳定的脉冲响应。参照国家有关标准要求，电力设备在进行局部放电测试的过程中，可以选择高压电容器或者是电磁耦合器来测试确定电压脉冲。

运用开关柜会进行局部放电的特点，放电所出现的电流脉冲在感应外壳表面之后出现相应的电压脉冲信号，通过传感器的测绘方法为判断分析提供支撑。通常来说开关柜所产生的局部电量会较小，且持续的时常比较短，因此选择电容耦合式传感器能够达成有效检测短时信号的目的，来设计传感器等有效电路。依据事前的设计预案与仿真分析后，减少因杂散电感而产生的不利影响，可以进行传感器标准定量工作。按照有关技术要求，电容耦合式传感器要对一些参数予以明确，如脉冲响应特性等。在实施试验时将信号发射器与示波器接入电路，并逐步对信号频率进行调整。

5.3 中性点小电阻改造

传统的消弧线圈接地通常会设置选线装置，利用对非同一条线路的零序电流归集，将整体的选线过程完成。在技术改造过程中不再加入人为设定的中性点，仅需要将消弧线圈设备改造成小电阻设备。对小电阻改造的效用也体现在对跳闸合理性的判断上面，并增加了单相接地发生故障时的零序电流。从整体看，在进行改造后的保护装置配置上增加了对于零序保护的功能，实现了母联开关和出线开关间的有效配合。综合不同的线路实际特点与相关设备要求，考虑到单相接地短路的电流较大，要结合实际的电网运行经验，将零序过流定值预设在某一范围，进而保障供电运行的可靠性。

例如，在一部分变电管理站的开关柜运转过程之中，为完成控制电流互感器达到饱和所需要的误差数值，一般会利用添加一次变比的设定来避免低压一侧区间之外故障问题的出现。这时受总电流互感器的变比频率偏大，精准度无法达到实际需求。因此，利用对选择性的跳闸设计，实现了对不同受总开关中通过零序电流的判断，并对发生故障的母线进一步的区分开，以便在之后的工作中能够再次进行使用。另外，零序保护与相见保护选择同样的整定模式，减少对于不同影响要素的干扰。若相见故障时的电流量超过零序保护的阈值，也可减少拒动行为的发生，装置的运行将更加具有稳定性和可靠性。

6 结论

电力能源在促进社会发展和人类进步的同时，也具有较大的危险性，无论是在电力工程的建设维护方面，还是在电能的日常使用当中，都需要严加注意，做好相应的保护措施。高低压开关柜是一种较好的电力设备，为保障电力设备以及工作人员的安全，对于接地保护装置安装、运用和维护，尤为重要。科学合理的利用接地保护装置，加强对接地保护装置技术的研究革新，逐步解决高低压开关柜和接地保护装置存在的问题，严格按照要求的规范流程操作实施，避免触电事故的发生，实现更加稳定的安全的电力供应保障，为电力能源事业的发展和社会各项事业的保障，发挥真正的价值和作用。