电气自动化中电气接地及电气保护技术分析

摘要：电力系统是组织电能生产、输配的核心载体，为保证其工作稳定性、安全性，需要加强电气自动化技术应用，包括电气接地技术、电气保护技术等。以电气自动化中常见电气接地、电气保护技术为切入点，在此基础上，以避雷接地和过电流保护为例，具体对相关技术的应用方式进行分析，最后简单展望相关技术的发展趋势，以服务未来电力系统建设和技术应用。

关键词：电气自动化"电力系统"电气接地"电气保护

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

电气自动化是多项技术的共称，在电力系统以及其他用电终端发挥重要作用，电气接地、电气保护是电气自动化的2个重要分支，前者强调通过接地处理提升电力系统工作安全性、稳定性，后者关注以保护性结构、手段和技术设备，避免电力系统出现设备损坏、人员伤亡[1]。广义上的电气接地也可视作电气保护措施的一种；狭义的电气接地专指接地技术方法及其常见工作模式，本文取其狭义进行研究。考虑到电力系统在社会生产、生活中的作用，分析电气自动化中常见电气接地及电气保护技术以及应用方法，具有一定的积极意义。

1"电气自动化中常见电气接地及电气保护技术

1.1电气接地技术

狭义范围内，电气自动化中的电气接地技术可以分为若干大类，包括避雷接地技术、工作接地技术、设施保护接地技术等。

避雷接地技术主要强调利用工作设施进行电荷处理，使其能够被导入地下，避免其富集于电力系统工作设备、室外工作区域等处，形成破坏。例如：直击雷、绕击雷的电流强度极大，可以瞬间击毁电力设施、烧断线路，通过避雷接地进行控制，有助于消除或显著降低该类问题的发生率[2]。工作接地技术主要强调利用设备将电力系统工作中产生的电荷、电流导入地下，其强度通常不大，在1～10"A之间，该技术的着眼点在于控制电能谐波、避免通信干扰、限制电荷富集，以提升电力系统工作稳定性，也具有一定的安全防护作用。设施保护接地技术主要强调面向一些特殊设备提供保护，即各类带有金属外壳、构件的设施，包括金属杆塔[3]。当此类设施的绝缘部分失效时，可能危及工作设备和附近人员安全，需要用过接地技术提供保护。上述技术可以在电气自动化技术的支持下提升效率和敏感性，也可以改善工作规划质量[4]。

1.2电气保护技术

电气自动化模式下，电气保护技术也可分为若干类别，包括过电压保护、过电流保护、绝缘保护等，在信息技术支持下，短路预判、故障定位也可以作为电气保护技术的组成部分。

过电压保护是指当电力系统内电压过高时，避免电能输配混乱、电流冲击破坏采用的保护技术，如设置变压设施、并网控制等。过电流保护是指当电力系统内电流强度过高时，以继电保护等形式控制其破坏，通过切断电源等方式完成保护动作[5]。绝缘保护以各类工作设备为直接对象，对设备的绝缘情况进行跟踪，在其出现绝缘异常时提供保护。电气自动化技术的持续发展使短路预判、故障定位等技术得到运用，可借助各类传感设施、智能设备，对短路问题进行感知和预处理，如果故障已经出现也可以进行定位辅助，减少电力系统故障发生率和处理难度，常见如远程固定定位、故障鉴别技术等。

2"电气自动化中的电气接地技术

2.1基本原理

从技术原理上看，避雷接地主要强调在电荷富集的区域以人工方式建设导电线路，通过金属设施、地下金属架构，将地表多余电荷传导至地下，以消除安全方面的隐患，也避免电荷富集形成电磁场、干扰通信活动或加速设备老化。通常避雷接地的传导系统为金属材质，其导电能力显著强于其他材质结构，雷雨天气或其他易出现电荷富集的情况下，电荷可首先被避雷结构的接地部分传导，并通过地下金属框架性结构得到处理，从而消除地面部分电能设备、工作人员遭受电击或雷击的可能。值得注意的是，以电气自动化技术为支持，还可以借助信息技术进行避雷系统研究、规划，如模拟不同条件下导电能力、雷击破坏可能，进而优化避雷器的规格、位置，或通过室外电气设备进行风险感知，提前做好接地技术的改造、启动备用服务系统等。

2.2电气自动化技术对避雷接地的辅助

默认以电气自动化技术为支持，组织避雷接地规划。常规采买避雷器、接地结构、金属设施，并拟定工作方案。工作物为地面某变电站，该站设有各类独立的工作结构。组织安装时，初步决定避雷器安装高度分别为1.5"m、2.5"m、3.5"m，最小间距2.0"m，最大间距3.3"m，平均间距2.7"m，接地部分为铜合金金属，深入地下0.7"m，设置3个接地点，地下结构常规延伸扩展。地面裸露部分设置警示牌，并涂刷红漆，另以混凝土结构提供保护，以防人员受击。

将相关参数代入建筑信息模型（Building"Information"Modeling，BIM）软件中进行模拟，晴天、多远天气时，电荷富集率低，无安全隐患；阴雨天气、雷雨天气出现时，电荷可以导入地下，出现雷暴电气、持续阴雨情况时。避雷器工作能力不满足避雷要求，模拟雷击破坏发生率为0.02%。继续借助电气自动化技术进行模拟调整，避雷器高度不变，接地深度调整为1.2"m，设置5个接地点，避雷器间距缩小为平均2.4"m。2次模拟无异常，可满足任何情况下的防雷要求。

2.3运行模式

根据模拟情况进行运行分析。默认本地当前天气条件良好，变电站常规投入工作，其工作设备产生的电荷通过工作接地技术、设施保护接地技术常规导入地下，不存在安全问题和电磁干扰等情况。默认本地出现阴雨情况，空气湿度显著提升，此时电荷开始富集，接地线路可以常规将电荷导入地下，无安全方面的问题。出现雷雨电气、雷暴天气，雷击导致空气中电荷富集情况进一步恶化，所有用电设备、金属设备均有可能遭受电击，包括室外人员。安置在各区域的避雷器妥善覆盖了变电站各空间区域，电荷、强电流通过避雷器得到传导，并借助5个不同的接地地点被导入地下，变电站工作安全、稳定性得到保障。

3"电气自动化中的电气保护技术——以过电流保护为例

3.1基本原理

过电流保护的原理较为简单，一般电力系统的工作电压、电阻均是稳定的，受到工作时间、老化情况影响，出现少许变化但不会严重影响系统内的电流水平。当系统内某些设备出现故障，如变压器浸水、雷击破坏时，其内部电流会快速增加到危险水平，有可能诱发电力火灾、设备损坏。通过继电保护装置对该问题进行感知，并通过切断电源的方式进行应急处理，可以降低过电流破坏问题的发生率。在电气自动化技术的支持下，该工作具有了更高的灵敏性和智能化水平。如智能传感器、智能断路器，在常规组织过电流保护的同时，可以对有关信息进行记录，为后续工作人员组织进一步处理提供依据。

3.2电气自动化技术对过电流保护的辅助

默认某电力系统建成、投入工作的时间较长，设备老化问题比较严重，部分设备进行更新后，此前的工作模式、技术参数出现波动，为避免出现过电流问题和衍生事故，决定通过电气自动化技术组织过电流保护。主要在常规继电保护工作的基础上增加信息积累、记录和实时传输模块，其基本结构如图1所示。

在此模式下，继电保护工作的常规形式无变化，但在组织保护的过程中，可以利用智能化设施实时对电力系统工作设备内的电流信息进行采集，当系统内电流出现变化，即便未达到危险标准，也可以完成记录，提供给远程端工作人员，后者根据相关信息组织工作，积累的信息总量越大、内容越丰富，越有助于工作人员挖掘其规律，组织精准化的继电保护。例如：本站部分设备内的电流水平持续偏高，但未触发安全保护，以致少数设备损坏。工作人员对持续积累的信息进行分析，并将继电保护装置的工作参数下调至当前水平的90%，提升其应对过电流故障的灵敏性，消除了设备损坏有关风险。

3.3运作模式

根据过电流保护的一般需要，结合电气自动化技术以及电气保护技术个性特点，对其运作模式进行分析。默认保护对象为变压器，变压器常规工作状态下的温度为55"℃，其电压、电流和电阻等参数均无异常。但在实际工作中，该站使用的变压器寿命普遍偏短，大部分变压器使用3年后即严重老化需要更换。经分析为过电流因素影响导致设备老化速率加快，以电气自动化技术、电气保护技术组织改造，使用了智能传感设施提供支持，其工作流程如图2所示。

在该流程支持下，技术人员每日记录变压器的工作负荷水平，对照此前工作资料，发现变压器存在长时间超负荷运作的情况。据此进行调整，更换了容量较大的变压器，继续进行信息采集和分析，并做应用模拟，变压器的参数无异常，且模拟寿命为14年，符合一般使用要求。

4结论

综上所述，电气自动化中电气接地及电气保护技术较为多见，主要发挥提升电气系统工作安全性、稳定性的作用，避免设备损坏、人员伤亡和经济损失。实际工作中，需要根据系统需要选取技术、加以应用。避雷接地需要关注系统建设的稳定性，覆盖工作系统全范围，继电保护则要求提升作业准确性，避免不动作、误操作等问题。未来电气自动化中电气接地及电气保护技术发展可呈现出智能化、信息化、精准化等趋势，以进一步提升电电气自动化技术的实用性，为电力系统稳定、安全工作提供保障。

参考文献

[1]陶红杰.FXD3型电力机车电气系统部分环节优化设计[D].大连：大连交通大学，2020.

[2]胡仙清.基于MMC的柔性直流输电线路保护原理研究[D].宜昌：三峡大学，2020.

[3]成瑀，杨子荷.电力系统中的继电保护自动化技术分析[J].集成电路应用，2023，40（10）：246-247.

[4]黄涛.电气供电中接地保护技术的应用研究[J].设备管理与维修，2022（2）：104-105.

[5]万智红.浅谈有关电气自动化在建筑工程中的运用问题分析[J].中国住宅设施，2021（7）：115-116.