基于高低压开关柜接地保护装置的探讨

呼伦贝尔东明矿业有限责任公司 尉洪山

在整个电力传输的系统中，高低压开关柜主要起到了对整个系统控制和监督的功能。不仅关系到最开始的发电源头，在电力传输过程中及终端电网的连接中都起到了非常关键的作用。由于开关柜的特殊作用，它内部需安装继电保护装置、负荷开关和二次设备等，并以多条母线的连接形式对电网中不同路线中进行分配和控制，其安全可靠运行直接关系到整个电网的运行稳定性。

从使用功能上来说，高低压开关柜属于一种特殊的专业设备，它将用电系统连接成一个完整的电器设备，从而达到高压和低压间的可靠转换。其大致工作原理如下：电力运输线连接高压开关柜并进入柜子内部的主控开关，然后进入线路的分控开关，根据使用需要进行配置。如仪表、交流接触器、自控和各种电动机的磁力开关等。在各级变电站和供电系统中，为保证电力的稳定性都会用到高压开关柜。传输出来的电力经变压器降压后再流入低压柜，从低压柜再到各个用电箱，从而实现不同的配置需求[1-3]。

接地装置。是将设备和埋设在地下的接地电极相连接，主要分为四部分：接入装置的接地极、接地装置的构架、接地装置的接地母线和接地专职的接地引下线。这四个部分构成了整个接地装置，将设备的电气系统和大地相连接，实现接地保护的作用。

1 接地保护装置的主要特性及工作原理

1.1 接地保护装置的主要特性

日常用电时，由于意外情况或电器设备本身存在故障或一定的缺陷，使设备产生漏电，当人触碰到这些设备时就会造成触电事故。设备漏电发生的原因一般为绝缘不良或部分绝缘破损所致。当设备有这些隐患时，就需采用接地保护装置来保护使用者的人身安全。在接地部分有一个金属物体称之为接地极，有人工接地极和自然接地极两种。使用接地保护装置后，设备有绝缘故障发生电气设备的接地电流就会变大，超过警戒值后就会将空气开关或保险丝烧断，从而实现保护作用。主要有两种方式：

共用零线系统。我国绝大多数接地保护装置采用的都是这种系统。它将保护接地所用线和工作零线共用一根导线进行连接。不过这种保护方式需注意保护零线不能通过保险丝来起保护作用，而是要通过干线上直接接线。如果这种连接方式中接入保险丝后不仅无法起到保护作用，还会使电路的危险增加；专用接零保护线的供电系统。即在原有零线布线基础上再增加一条保护线。这种保护方式最大的特点是不需安装保险丝，而是直接将电气系统与大地相连接。当出现绝缘问题时保护装置自动开启将电源切断，从而起到保护的作用。

1.2 配网不同接地保护方式

目前主要有三种接地方式：配网中性点接地。该种方式出现接地故障时，较大的短路电流通常需断路控制器来控制。如产生接地故障就会产生故障电流并小于负荷电流，接地电弧自行熄灭后构成一个小电流接地系统；中性点不接地。特点是结构简单，主要应用在小电流接地系统中。当单相接地出现故障后，所对应电压等级的对地接地电容电流为流经故障点电流，此时故障相电压会下降到零，不过在电网中出现故障系统的电感和电容元器件会容易产生谐振现象，带来的问题就是电流显著增大，最终造成保险丝容易被熔断；经消弧线圈接地。优点是通过补偿运行方式大大提升了配电网安全性，即使在永久性单相接地故障时，消弧线圈通过补偿左右也会让系统运行一段时间，再通过绝缘装置发出接地信号，从而达到安全性的提升。

1.3 高压开关柜接地保护装置工作原理

高压开关柜接地装置用于电力系统的发电、运输全过程、配电系统及电能转换中起到通断、控制或是保护的装置。以东明矿2#变电所为例，其进、出线高压开关柜采用手车式高压真空断路器，作为分、合负荷电流及在过载电流和短路电流中使用。环境为三相电流50Hz，柜体由手车和柜体两部分构成，其正面和左右侧面都安装了钢板进行保护，确保柜内的元器件能够安全运行。在高压开关柜的正下方有一扇对门，打开后即可看到手车室。手车室的下端就是手车轨道，并通过定位板来固定轨道，作用是确保手车的推进和推出能按照预定轨道运行。将接地触头焊接在轨道外部上，手车和其接触后就实现了接地的目的。定位机构主要由定位销、手柄、接地刀闸等组成。维护人员用操作工具将接地刀合上才能实现接地目的。

1.4 低压开关柜接地保护装置的工作原理

我国低压开关柜主要用于各级发电厂、房产建筑、冶金、矿上、化工等行业，起着电力的安全运输、电能转换和配电等作用。目前我公司使用的低压开关柜操动机构如图1，该设计主要目的是减少了安装过程中的调试量，在正常使用中即使操动机构频繁动作也不需进行调整，大大降低了运行费用。主导电回路使用了复合绝缘材料，因此不仅绝缘性能良好、占空间小，且能有效保护真空灭弧室受到冲击和碰撞的影响。

图1 低压开关柜操动机构

为确保低压开关柜接地保护装置能起到保护作用，首先低压盘接地保护装置的安装位置要在盘体下方的铁质框架上，其次要在合适地位置将钢板进行固定。一般固定位置要距离盘门合页的位置大约在1.2m的地方，当故障发生时，需将电路的电源进行断开并进行检修。低压盘会将盘门打开，接地线的固定线圈会由于螺栓的作用而将其拧紧。当接地线安装在盘外时，则将其他无关的接地线进行拆除并进行固定，在这样的情况下即使操作失误也不会造成触电等意外伤害。这是因为当盘门进行关闭时再送电、门合页处的门栓就会对盘门的动作进行阻拦。如操作人员没有将地线进行拆除而是将门栓的阻碍物进行拆除，就会将系统中供电行为进行切断，这样就能有效避免触电事故的发生，从而保证操作人员人身安全。

2 高低压开关柜接地保护装置工作模式及应用分析

本文介绍东明矿2#变电所出线柜VS1真空断路器的接地保护装置工作模式。该种断路器是真空绝缘，主体部分导电回路设置在绝缘材料制成的圆柱状绝缘筒上，安装位置处于托架的操作机构外壳后面。断路器极柱的导电部分封闭在环氧树脂套筒上，根据断路器的切换位置来带动辅助开发。断路器一般可分为固定式和抽出式两种。总体结构采用的是操作机构和灭弧室前后布置的形式。主导电回路部分可分为三相落地式结构，真空灭弧室纵向安装在一个管状的绝缘筒永磁操动机构上。当断路器处于合闸或分闸时线圈中没有电流通过，此时永久磁铁利用动静铁芯提供的地磁阻抗通道将铁芯保持在上下极限位置，而不需要任何的机械锁扣来固定。当电流自然过零时，表面残留的离子、电子和金属蒸汽在微妙数量级的时间内就可以复合或聚在触头表面和屏蔽罩上，灭弧室断口的介质绝缘强度在很短时间内恢复，达到电弧熄灭分断目的。由于该类型真空断路器采用的是磁场控制真空电弧，因而具有强而稳的开断电流能力。

电力系统不同于其它物品，因其直接关系到人员的生命财产安全，有着及具特殊的一面，因此电力系统中通过使用安全可靠的保护装置来保护系统检修和维护人员的生命财产安全是非常重要的，也是必须要做的。根据电力系统中电压大小，开关柜的种类也比较多。比如低电压开关柜中不仅型号较多，且装置结构间也不尽相同，不过它们的作用都是一样。当设备使用低压开关柜时，为提高安全性，首先要操作的是将设备进行接地。在以往的接线布置中大多是将地线和低压盘的外面进行连接，其弊端是检修维护人员在操作完后由于疏忽可能忘记将地线进行拆除，当系统重新通电后就容易造成触电。随着电力系统的不断完善，目前大多数的做法是将接地线布置在内部并对其进行有效固定。这样即使在对电力系统进行检查完成后没有及时将地线进行拆除，那么合闸就会收到干扰，有阻挡物出现在门合页的转角处使得盘门无法关闭，这样就起到了提醒作用。

开关柜一般都是手车式的较多，这种结构相对简单、设计原理也不复杂，能有效将接地保护装置的阻碍物防止在手车部分的轨道上，通过接地线的手柄来固定设备，以免发生意外。检修人员在顺利实施检修后，只有先将固定在接地线上的手柄进行拆除才能使挡块进行顺时针的移动，确保闸门闭合。

综上，随着社会经济的不断发生，各行各业对电力的需求都在不断加大。如何安全可靠地用电成为了当下电力部门需要考虑的一个重要课题。通过接地保护装置可以极大地提高电力系统的安全性，而且这种方法不仅操作简单成本也低，电力部门容易操作，只需在原有线路基础上稍作调整即可。不过使用过程中值得注意，由于高低压开关柜的型号较多、结构上差异较大，需根据实际的线路情况来选用合适的高低压开关柜，这就要求电力系统维护人员具备专业的知识水平。通过接地保护装置不仅提高设备本身运行的安全性，而且给使用者提供安全保障。