水利工程泵站电气设计中漏电保护器运用分析

袁 辉

（山东省调水工程运行维护中心寿光管理站）

0 引言

漏电保护器又称剩余电流保护器（RCD），多用于低压供电系统安全防护设计中，能够有效规避设备、线路漏电造成的人员伤亡事故，为设备操作人员提供安全保障。近年来我国经济增速放缓，产业格局升级迭代趋势明朗，各种先进的技术工艺不断涌现出来，为各行业领域的发展注入了活力，水利工程受到滋养和驱动，同样步入了高质量发展新阶段。如何提高泵站运行安全性和稳定性，如何加强漏电保护器安装应用，成为了诸多建设者、管理者关注的焦点，有必要深入探究。

1 案例工程概况

为直观说明泵站电气设计中漏电保护器的运用方法，本文引入某水利工程实例辅助阐述。案例工程为排涝泵站，规划设计流量20.0m3/s，站内配置有5台套1200QZ-100潜水轴流泵，2台套900QZ-100G潜水轴流泵以及装机容量为335kW的电机，电压等级为380V。电气设计环节，拟在泵站安装两台主变和两台站变，一用一备保证安全性和稳定性，10kV侧单母线接线，进线两回分别供主变和站变用电，整个系统采用TN-C三相四线制保护接零，中线N与保护线PE合一。由于泵站本身的运行环境较为特殊，运行时安全性、稳定性要求较高，因此需要装配漏电保护器进行防护，以减少设备漏电带来的人员伤亡风险和事故风险。下面对漏电保护器的具体应用方法进行展开梳理。

2 水利工程泵站电气设计中漏电保护器的运用

2.1 漏电保护器选型

2.1.1 结构选型

接地故障是引发泵站触电事故的重要成因之一，通常包含金属性、点弧性两种故障形式，故障发生后该点的电流增大，阻抗可以忽略不计，此时设备外壳对地故障电压Uf计算方式为［1］：

式中，Id为接地故障电流；U0为相电压；Zs为接地故障回路总阻抗；ZL、ZPEN以及ZPE分别为相线、PEN线以及PE线的阻抗。若相线、PEN线横截面积相同，那么两线阻抗叠加后即为相线阻抗，设备外壳对地故障电压Uf可以达到110V。虽然水利工程泵站内部电气设计方案经过审慎评估，大多存在电位联结以减少接触电压，但减少的幅度一般只有20%，计算后接触电压仍旧可以达到50V以上，容易造成人员伤亡等严重事故。基于此，在泵站电气设计过程中，必须科学选择和安装漏电保护器，以确保电气系统的安全高效运行。当前较为常见的漏电保护器共有两种，其中电压动作型漏电保护器多见于变压器中性点不接地系统中，发生触电情况后，保护器会感应到零线较高电压进而执行开关跳闸动作。电流动作型漏电保护器则主要用于检测故障电流，能够在零序电流互感器的帮助下，准确识别漏电问题，进而完成保护动作。本次工程中，泵站主要使用变压器中性点保护接地方式，因此更推荐使用电流型漏电保护器，装置结构可见图1。

图1 电流型漏电保护器结构

电流型漏电保护器接入泵站低压配电系统中后，常规状态下相线、零线电流相量均为零，触电事故发生，或者电气设备漏电时，产生的电流会通过导电介质传到大地中，零序电流互感器相线、零线感应到电流信号完成检测。一旦检测值超过漏电保护器设定动作上限，则漏电脱扣器动作，开关切断电源，确保触电人员或者漏电设备脱离负荷。

2.1.2 参数选型

通常情况下，泵站电气系统对地是存在漏电电流的，三相对地阻抗往往处于不平衡状态，所以漏电保护器运行过程中，可检测的信号电流应当是一个叠加值，加数分别为电网不平衡电流和人体触电电流，若配电系统不平衡电流过高，可能会过早达到漏电保护器起动电流，增加装置误动风险，当人体触电电流与不平衡电流反相时，还有可能干扰零序电流互感器检测精确性，削弱保护器动作灵敏度。基于此，实际应用过程中还需要特别关注漏电保护器的参数选型和安装问题，通过合理的方案设计减少外界不良影响，确保漏电保护器动作精度的提升。根据规范要求，单相220V电源供电设备、三相三线式380V电源供电设备，以及三相四线制380V电源供电设备适用的漏电保护器是存在一定差异的，线路正常泄漏电流不同，适用的漏电保护器同样存在区别，需要进行针对化分析。本次泵站采用的中性点接地三相四线制，因此选用三级四线式漏电保护器，保护器工作环境较为潮湿，因此额定漏电动作电流设定为15～30mA，能够快速动作完成保护。此外，为了防止漏电保护器频繁误动带来的设备损坏风险和泵站运行效率下降风险，实际操作过程中还应当着重把控漏电保护器的额定漏电不动作电流设计标准，通常以电气线路、电气设备实测正常泄漏电流数据为基准，统计分析并找出最大值，取最大值的2倍作为额定漏电不动作电流较为适宜［2］。对于额定漏电不动作电流小于等于30mA的漏电保护器来说，线路中通过不同幅度电流时，漏电保护器的最大分断时间可见表1。

表1 间接接触用漏电保护器最大分断时间

表中，IΔn为额定漏电不动作电流；In为额定电流。

2.2 漏电保护器安装

在选定漏电保护器型号规格的基础上，还需要严格把控漏电保护器的安装质量，本次泵站采用的中性点接地三相四线制，即TN-C供电方式，安装注意事项如下：（1）漏电保护器用于支线保护时。要注意相邻支路不可共用零线，且零线之间不能相连，一旦相连将会增加电流互流风险，使得电流互感器进入失衡状态，增加漏电保护器的误动风险，降低设备运行效率，所以要严格保持两支线零线的独立性。（2）漏电保护器用于设备保护时。单个电气设备只能接在一条保护支路内，禁止跨接行为，且设备、零序互感器应当按照设计图纸安装，通常设备应安装在零序互感器之间，以降低漏电保护器误动概率。此外，水利工程泵站电气设备类型多样，部分情况下会出现装漏电保护器、未装漏电保护器设备共用接地装置的情况［3］，这种做法是十分错误的。以M1、M2设备为例，当M1设备绝缘老化、劣化，出现外壳带电问题时，电流会通过接地装置传导至M2设备外壳，此时漏电保护器无法执行保护动作，难以保障工作人员安全。因此要严格禁止装漏电保护器、未装漏电保护器设备共用接地装置的行为，切实提高电气系统运行安全性（见图2）。使用漏电保护器的设备、电机等，正常运行过程中，绝缘电阻值也应当维持在0.5MΩ以上，避免出现保护器频繁动作的情况。（3）漏电保护器用于线路保护时（包含工作零线）。要重点分析线路负荷情况，尽量保持单相负荷的均匀性，如果出现某一相线路偏长，或者接入的泵站设施过多，则要适当调整和优化，避免干线出现三相不平衡问题，减少后期负荷较重路线漏电电流增大、干线漏电保护器误动的风险。同时，要结合线路类型选择适宜的漏电保护器，安装时禁止随意更换，线路要全部穿过漏电保护器贯穿孔。

图2 TN-C三相四线制系统漏电保护器接线方式

2.3 漏电保护器试验

漏电保护器在水利工程泵站电气设计中占据着举足轻重的位置，安装配置不当很容易削弱其保护性能，给触电、漏电事故的发生埋下隐患，因此装置安装完毕之后，还应当进行系统的检验验收和调试试验，确保其能够稳定正常运行。要着重检查漏电保护器接线情况，看负载侧、电源侧接线是否正常，是否存在松动、接触不良等情况。对于具备短路保护的漏电保护器装置，还应当检查电弧喷出方向上是否有足够的飞弧距离，是否符合厂家规定要求等。若采用组合式漏电器，安装时还应当检查其控制回路敷设情况，核对其是否按要求使用了铜导线，使用的铜导线截面积是否在1.5mm2以上［4］。如果泵站采用的是三相五线制电气设计方式，还要特别关注保护地线接线问题，要检查安装人员是否按照设计说明跨接到第一极漏电保护器前端，禁止将保护地线穿过漏电保护器，发现异常要及时记录和调整。安装完毕后要按照要求进行试验调试，将漏电保护器接入试验回路，启动按钮试验三次，看漏电保护器是否正常动作，若出现动作延迟、误动作问题，要及时查找并排除原因。再将漏电保护器置于真实线路环境中，带负荷分合开关三次，同样观察是否存在误动作或动作延迟状况。注意漏电保护器的安装调试不应干扰原有接地系统，协调好线路接地保护措施与漏电保护措施，严格区分中性线、保护线，若泵站使用的是三级四线式漏电保护器，或者是四极式漏电保护器，则其中性线应当接入漏电保护器。此外，经过漏电保护器的中性线不可作为保护线使用，否则可能会引起保护失效问题，此类中性线也不能出现重复接地问题，降低接地保护不当带来的设备故障风险。

2.4 漏电保护器运行

为保证泵站运行安全性，漏电保护器安装调试结束后，还应当加强后续的运维管理，要建立专门的运维台账，对特定时间段内泵站内漏电保护器动作次数、动作原因、误动作情况等进行统计，方便运维人员及时发现异常，做好维修和更换处理。要特别规范按钮试验操作，每日使用电气系统前，常规启动漏电试验按钮试跳一次，若漏电保护器试跳不正常，要及时记录并严禁继续使用。每月在通电状态下进行一次试跳检查，主要观察漏电保护器动作是否灵敏、可靠，是否出现了延迟或误动问题，若遇到雷雨等恶劣天气多发季节，还要适当缩短漏电保护器检查间隔周期。注意要在合理范围内使用试验按钮，避免按下时间过长、按下次数过多造成的机械损伤问题，确保漏电保护器使用寿命的延长。漏电保护器如果已经发生动作，要结合实际情况进行分析和处理，若排查后发现是由于人体触电造成的正常动作，则要记录动作时间、原因等，允许继续使用漏电保护器。若未能查明具体原因，则可以试送电一次观察是否再次出现动作情况，若再次发现动作，则要深入排查问题，严禁在不明原因的情况下连续、强行送电。对于存在故障或已经达到报废年限的漏电保护器，要及时登记和更换，更换后调试送电，严禁随意拆除漏电保护器强行送电。对于发生触电事件，但漏电保护器拒动的情况，要及时封锁现场并进行调查，禁止随意拆动保护器装置。此外还应加强漏电保护器的动作特性检验力度，检验内容覆盖动作电流值、漏电不动作电流值、动作延迟时间等，确保所有检验参数符合使用要求，为水利工程泵站的稳定、安全运行奠定坚实基础。

3 结束语

综上所述，漏电保护器是水利工程泵站电气设计中不容或缺的重要装置之一，能够有效降低设备、线路漏电危害，维护工作人员生命安全，实践中务必要给予充分重视。要结合泵站电气系统类型选择适宜的漏电保护器种类，严格把控漏电保护器参数选择问题，同时做好后续的安装、试验、运行工作，应用两级漏电保护器安装方案，按照规定要求调试试验，定期检查、检修保证漏电保护器良好状态，为水利工程泵站的高效、安全运行提供助力。