高低压开关柜接地保护装置

温州华电实业有限公司 张松挺

1 基本概念

1.1 高低压开关柜

是一种接高压或低压缆线的专业配电设备，涵盖了整套用电系统中的关键器件，能实现高压、低压的转换，保证用电安全。其需先在开关柜内主控开关上接入外线，然后按照不同的需要合理配置电动机磁力开关、各种交流接触器、自动仪表开关等线路分控开关。高压柜广泛地应用于各级供电系统、变电所中，变压器降压处理后经低压柜接入配电箱，最终实现根据不同用电需求合理分配电能的效果[1]。

1.2 接地装置

绝缘材料经一段时间使用后会发生老化等不良现象，导致电能传输危险系数大大增加，甚至引发触电事故。通常情况下需用绝缘材料包裹带电的电器金属部分，可有效避免发生漏电导电等事故。不同供电系统中接地保护原理和使用范围也存在一定差异，要保证设备能稳定运行就要加强考虑环境、保护控制方法等因素。在高低压配电柜中合理地安装接地保护装置可保证配电柜稳定地、安全地运行。要创建良好的设备运行环境，在设计高低压配电柜接地保护装置中，确保其能够充分发挥保护作用，合理连接开关柜的金属外壳，避免发生触电、短路等危险问题。

外部环境是影响配电柜稳定运行的主要因素之一，一旦配电柜出现故障会从很大程度上影响电路，导致发生短路、触电等问题。接地保护装置在避免发生电力危险事故以及降低事故损伤程度、保护人员生命安全方面都有十分明显的效果。防漏电防护装置是高低压配电柜接地保护装置中的主要内容，可同时发挥共用零线保护装置和接零保护线装置的价值，减轻漏电问题引发的不良后果。两个保护装置存在一定差别，其中公用零线保护装置主要是通过保护接地连接工作两线的方式共同达到接地保护的作用，而接零保护线装置主要是在原有接线系统中增加一根保护零线与户外重复接地连接，无需在保护零线中加入保险丝。

配电柜的接地装置连接室外接地位置后，一般可无需采取其他保护方案。通过对高低压配电柜环境和雷击作用进行分析，能够采取必要的保护措施避免发生雷击伤害。在设置配电柜独立防雷接地保护装置时需要和建筑主体防雷接线系统相结合，确保能和规定要求相符合。要明确高低压配电柜接地保护装置的具体设置标准，确保配电柜在发生漏电问题时可充分发挥出接地保护装置的价值，确保供电系统的正常运行，同时有效保护工作人员的人身安全。

1.3 接地保护装置的特性

机电设备外壳会在使用电力时出现带电情况，电容耦合、绝缘不良等都是导致外壳带电的因素，同时设备绝缘出现损伤也会导致设备外壳出现相电压，对设备正常使用产生不良影响。人体接触带电状态的机电设备外壳很可能会发生触电事故，甚至威胁到生命安全。为此需采取接地处理措施保护人体安全。当前自然接地和人工接地都是常见接地方式。在合理安装接地装置后，即使机电设备发生漏电也只会增大接地电流、导致开关跳闸，不会威胁到人员的生命安全。

共用零线系统。当前我国采用的是单相两线制的零线接地方式，单相是指接地连接采用相同的导线，两线制是指接地线和工作零线。在设置接地保护装置中可在一端直接连接接地线和工作零线，另一端直接连接相关接地线。但不能按照接地线使用工作零线，且不得在零线中间设置保险丝，应直接将保护零线从干线引入，从而充分发挥其接地保护作用。

专用接地零线。该系统需专门重新布置接地零线，称为单相三线制。专用接地线无需连接工作零线，所以省略了接地线上设置保险丝步骤，直接将接地线和外面的接地装置相连接。接地线没有保险丝、所以正常情况下不会发生断裂，为接地线正常工作提供了保障。在专用接地零线模式下，如用电设备发生漏电问题、保护装置可快速切断电源，有效消除了触电事故。

2 接地保护装置

2.1 高压开关柜接地保护装置工作原理

高压开关柜主要是通断、控制或保护电力系统发电、配电、电能转换等工作，可通过一组试验清晰地演示高压开关柜接地保护装置的结构和工作原理：首先固定人推的小车（手车），其在抽出式高压开关柜中发挥着十分关键的作用，这个抽出部分安装着高压开关柜柜体内的主要电气元件。在手车固定后，需利用阻挡物阻止小车轨道上的挡块和车轮，使用两个定位块将其固定保证其安全，再利用两个定位块组织移动挡块和车轮后将手柄取下，同时用螺丝栓将接地线固定。

检修试验结束后首先要将螺丝栓拆除，按照顺时针状态放置手把，此时可带动轨道挡块朝着顺时针方向移动，从而让其和小车轨道脱离。此时由于手车和接地线连接无法通电、所以开关柜无法合闸，可避免检修人员触电。在高压开关柜的接地保护装置中，主要采用联动连接方式确保接地线路的启用，有效保障了高压柜运行的安全性，降低了人工操作的安全事故率。

2.2 低压开关柜接地保护装置工作原理

低压开关柜接地保护装置系统经常设置于两个部位：一是在盘体下方角铁框架上安装低压盘接地保护装置，二是在盘门合页大约120mm位置焊接固定钢板，在供电正常时盘门处于闭合状态，此时内部蝶形螺栓和规定具体位置相一致。如果线路出现异常现象需要断电检修，此时低压盘会将盘门打开，蝶形螺栓通过螺纹拧紧接地线的固定线圈。在安装固定好盘外接地线后需要将其他位置的接地线拆除，这样即使操作人员存在失误也不会产生严重的触电事故。

2.3 消弧柜

弧光接地转换为金属接地装置、电抗器并联装置、将弧光接地转化为氧化锌的装置是当前我国市场上比较常见消弧产品。弧光接地技术在电网改造运行后有着更加突出的问题，固体绝缘设备类型增加大大降低了设备、系统的承受过电压能力，导致绝缘性能无法达到实际需求，影响电网的安全运行。当前消弧线圈智能控制故障点无功电流，无法减少电缆线路单相弧光接地时故障点的破坏程度，当电压达到最大值时可能会击穿零点，导致弧光接地幅值增加。电压消弧技术的主要目标是将电弧控制故障程度快速熄灭，以免发生被迫停电的现象，将供电可靠性提高，同时保持系统一段时间内能够继续运行。

在出现单相接地故障后，可通过电压消弧技术保证电压处于相对稳定状态，可保证绝缘介质在这个时间段内比故障相电压有更快的回复速度。故障电流越小介质产生损伤的损伤越低，此时消弧柜可有效避免电弧重燃，从而达到保护电压的效果。在电网运维过程中应用中性点不接地处理方式可将发生各类风险事故的概率大大降低。智能控制器会在线路发生故障导致零序电压上升到某个阈值后判定系统产生了相应的故障，然后通过计算分析各项电压来进一步判断故障类型，从而下达合闸指令，实现故障相到金属性接地的转化。

总之，消弧柜能达到故障类型到金属性接地故障的转换，此时故障相对地电压是零，可自行熄灭电弧，其他相的对地电压也处于在线电压水平，可将消弧和选相影响因素进行综合处理，有助于保证工作人员的人身安全，但这种方式会受到开关动作时间限制、影响到设备整体运行效果。

在电力系统运行中，需实时监测不同线路和设备的运行状况，利用传感器实时监控设备电流、电压等参数，并根据监测结果采取针对性的控制办法。如在低压配电柜中初选了温升超标的问题，可构建如Δ·(σΔE)=0，J=-σΔE所示的三维有限元电磁模型，利用电磁耦合法分析配电柜的运行状态，其中E为电势，J为电流密度。

在判断故障类型过程中可能会受到一些不稳定因素的影响，进而导致处理事故方法产生一定偏差。在控制消弧柜过程中，可先合闸、对故障类型进行合理判断，然后通过仿真验证、理论分析等方式对当前状态下消弧柜动作前故障进行判断，并可加强现代信息通信技术的应用，合理调试设备，将设备运行稳定性提高。

2.4 电容耦合式传感器设置

在安装开关柜过程中会受现场电磁复杂环境的影响，周边干扰信号较多，此时局部放电过程会受到开关柜内信号检测正确与否的影响，进而对接地保护装置有效性产生影响。为将测量精确度提高，可设置灵敏度较高的电容耦合式传感器，通过合理地调试保证脉冲响应稳定性。国标GB/T23642-2009中关于测试电力设备局部放电试验中，电压脉冲测定可选择高压电容器或电磁耦合器。开关柜局部放电产生的电流脉冲会导致外壳表面感应产生电压脉冲信号，利用传感器可检测到信号，为采取正确的处理方式提供支持。通常开关柜的局部放电电量小且持续时间短，电容耦合式传感器能高效准确地检测到信号。在传感器等效电路设计优化和仿真分析后可将杂散电感产生的影响消除，进而标定传感器。可使用高压臂电容、脉冲响应特性等标定传感器一些参数。

2.5 中性点小电阻改造

传统消弧线圈使用选线装置通过收集不同线路零序电流完成选线工作，经过改造后的消弧线圈省略了人为设置的中性点，只将消弧线圈改成小电阻设备，从而合理地判断跳闸情况，实现单相接地故障零序电流的增加。整体看，保护装置经改造后的零序保护功能有所增加，可实现母联开关和出线开关有序配合，达到过流保护、速断保护的效果。在设定零序过流定值范围时，要充分考虑不同线路的特点、设备要求以及单相接地短路电流等因素，尽量提高供电系统运行的可靠性。

3 高低压配电柜上接地保护装置的应用

3.1 高低压配电柜中低压箱接电保护连接技术

传统配电柜低压保护装置中不合理因素较多，需先布设接地线然后将低压电箱打开，在完成检修工作后如忘记拆除接线、可能发生漏电安全事故。为此需加强改进接地保护装置，在特定位置统一设置接地保护装置和低压箱开关，保护作业人员的安全，将整体设备安全性提高；高低压配电柜中高压箱接电保护连接技术。

高压箱接地保护的关键在于开箱器前的接地保护装置。在具体实践操作中经常采用联动方式完成接地保护系统的安装，通过联动连接高压箱开关门车前轮和临时路线，保证作业的安全性和稳定性，并在完成高压箱作业后拆除临时连接线，然后将高压箱关闭，从而达到高低压配电柜中高压箱安全防护的目的。

3.2 高低压开关柜技术

高低压开关柜中的电流量较大，可能会对人身安全产生威胁，因此要严格按照标准设置接地保护装置。如，在角铁架上安装低压盘接地保护装置，同时精确地分析接地保护装置，明确高低压开关柜工作原理，在原基础上简化操作过程，同时提高开关柜的安全性能，避免工作人员发生触电事故。此外在试验中利用两个定位块可对挡块位移进行控制，避免手车轮发生移动，去除手柄，达到固定接地线的效果。

作为配电箱的一种形式，高低压开关柜会从很大程度上影响电力的输送、高低压的转换效果，有必要设置接地保护装置，合理设计和选择接地系统。在改造高低压配电柜过程中，需兼顾经济性和安全性的原则，在具体实践中加强新型连接技术模式、柜体设计方式、开关柜接地联动保护等技术的应用，将电力系统运行的安全性提高。在改造高低压开关柜技术过程中要积极引入接地保护装置，通过联动连接将发生漏电事故的概率降低。

开关柜最大的特点在于电流较高，一旦出现问题就会危及维修人员的生命安全，因此接地保护装置的安装是十分必要的。开关柜的结构较为简单，因此整个安装过程十分方便，且无需投入过高的成本，同时也不会改变设备原本的结构，最终的安装效果也较为理想，提升了设备的安全系数，且在人员操作出现偏差的状况下也不会引发触电事故，而是能够在发现之后及时进行处理并继续开展检修工作。因此，可将该处理方式加以推广，确保开关柜的使用足够安全。