高低壓成套開關櫃接地保護裝置（zhì）研究

高低壓成套開關櫃主要（yào）承擔了電力係統中（zhōng）的運行控製功能（néng）,涉及到（dào）發電、輸電等多項工作,對於開關（guān）櫃的研究也具有現實意義（yì）。高低壓成套開（kāi）關（guān）櫃內部包含繼電保護裝置、負荷開關、二次設備等（děng）,通過連接（jiē）多條母線和出現的形式（shì）實（shí）現電能的分（fèn）配和控製。從（cóng）這一角度（dù）來看（kàn）,高低壓成套開（kāi）關櫃的運行過程直接關係到（dào）電網的（de）安全（quán）運行、供電可靠性。對（duì）於一些潛在的故障（zhàng）或隱患,也需要（yào）及時地采取處理措施。

一、配網不同接地保護方式對比

以配網中性（xìng）點接地方式（shì）為例,一旦出現單相接地故障時,較大的短（duǎn）路電流通常需要斷路器控製,如果和大地之間不能形成短路回路,一旦產生單相接地故障,那麽故障電流小於負荷電流,接地電弧自行熄滅後構成（chéng）一個小電流接地係統。

中性點不接（jiē）地方式。這（zhè）種方式的結構（gòu）比較簡單,運行過程也並不複雜（zá）,是小（xiǎo）電流接地係統的一種主要（yào）表現（xiàn）形式（shì）。單相接地（dì）故障出現後,對應電壓等級的對地電容電流（liú）為（wéi）流經故障點電（diàn）流,此時故（gù）障相電（diàn）壓降為（wéi）零（líng）。但電（diàn）網出現故障時係統的電感與電容元件容易產生諧（xié）振現象,電（diàn）壓互感器呈現出較小的阻抗值,通過的電流明顯增加（jiā）,導致（zhì）保險熔斷或是電壓互感器的損害現象,也是當前常見的問題。

經消弧線圈接地。這一模式顯著地保障了配網的（de）運行安全。我國對於大短路電流有著明確限製,故障（zhàng）電流超過閾值後接地點弧光無（wú）法自（zì）行熄滅,產生間歇性電弧的同時引起弧光過（guò）電壓,對開關櫃等設備的絕緣會產生嚴（yán）重損害,同時擴大了故障範圍。通常采取過（guò）補償（cháng）運行方式,即單相接地故障產（chǎn）生時,感性電流限（xiàn）製故障相而恢複電壓的幅值,能夠在短時間內恢複係統的正常工作模式。但如果性單相接地故障產生,消弧線圈的補償作用也會讓（ràng）係統繼續運行一段時間,然（rán）後通過絕（jué）緣裝置發出接地信號,保障整個運行過程的安全性。

經小電阻接地。通（tōng）常情況下（xià）,為了實現對故障線路的保護跳閘,從而減少單相接地電弧過電壓產生的不利影響並增加故障線路接地電流,在係統中性點可介入一個阻值並不大的電阻,在單相接地時將所有故障電流控製在600A左右,然後以線路零序（xù）電流保護（hù）來快速地切除故障,減少（shǎo）問題進一步擴（kuò）大的可能性。

二、接地保護裝置的特（tè）性

生活、生產過程中所使用的交流電可通過（guò）電氣元件（jiàn）的內阻或電容（róng）耦合等方式運行,但（dàn）設備外露的金屬（shǔ）部分或是金屬（shǔ）外殼本身會呈（chéng）現帶電狀態。當（dāng）電氣設備的絕緣損壞時,設備金屬外殼會存在一定相電壓。在這種情況（kuàng）下,如果人體接觸了這些設備,電流很容易導致觸（chù）電事故的產生。因此,利用接地裝（zhuāng）置可以將電器設備與地麵（miàn）相連接,既可以是（shì）人工接電極,也可以是自然接地極。設備安裝接地保護（hù）裝置之後,即便電氣設備的一相絕緣出現損害或是設備產生漏電,接（jiē）地（dì）電流增加,空氣開關也會自動斷開（kāi）,以（yǐ）此（cǐ）為基礎保障人（rén）員的安全,將對設備的（de）損害程度控製到低。

共同的零線係統。當前對（duì）於零線的接（jiē）線係（xì）統所使用的是單相兩（liǎng）線（xiàn）模式,保（bǎo）護接地所用線和工（gōng）作零線共（gòng）同地由一根導線所連接。接線過程中可將保護接地線從電度表前方的（de）零線接出,另一端則（zé）連接在插座接地（dì）零線的區域。但不可直接將工作零線當做保（bǎo）護接地線且不可通過保險（xiǎn）絲,需要從幹線上直接進行引入,否則不（bú）僅無法起（qǐ）到保護作用,反而會增（zēng）加觸電的風險程度。

專用接零（líng）保護線係（xì）統（tǒng）。該係統（tǒng）在原（yuán）有的工作零線布線（xiàn）基礎上進行了接零線保護線的設計,可直接（jiē）連接到戶外接地區域,且不需要保險絲。此時係統會保持相對（duì）穩（wěn）定的性能,即便設備出現漏電現象,接（jiē）零保護線也不會出現嚴重斷裂,從而讓（ràng）保護裝置可正常地將電源切斷,從根源上減少了觸電（diàn）安全事故產生的可能性。

三、高低壓成套開關櫃（guì）接地（dì）保護裝（zhuāng）置的工（gōng）作模式

高壓開關櫃接地保護裝置的工作模式。可通過小車（chē）實驗的（de）方式來進行,擋塊在小（xiǎo）車的運（yùn）行軌道當（dāng）中,兩個定位塊控製擋塊的軸向移動,阻止（zhǐ）了手車前輪（lún）的進一步運動（dòng）。試驗結束後,可（kě）以拆除用於（yú）接地線的固定（dìng）螺（luó）栓,不會因為軸向移動的誤操作而產生意外。此時如果不拆除固定螺栓,就無法帶動擋塊的順時針轉動,離開手車軌（guǐ）道（dào）,說明操作的安全性和穩定（dìng）性可以得到穩定,安全隱患進一步降（jiàng）低。

低壓開關櫃接地保護裝（zhuāng）置的工作模式。在非特殊情況（kuàng）下,低壓櫃在正常供電運行狀態下（xià）接地保護裝置盤門（mén）保持閉合,檢修（xiū）時接地,低壓盤在斷電後盤門開啟,利用蝶形（xíng）螺栓來將接地線控製（zhì）在盤外安裝,之後將其它區域的接地線固定處（chù）全部拆（chāi）除,形成一個正常的工作流程。檢修過（guò）程（chéng）結束後,假設工（gōng）作人員（yuán）由於操作失誤沒有將接地線全部拆除,那麽關閉盤門並正常送電後,蝶形螺栓在轉角處位（wèi）置產（chǎn）生阻擋,盤門無法關閉,在不拆（chāi）除接地線的（de）情況下就無法進行下一步操作,在本（běn）質上（shàng）保障了操作人員的安全性。

四、局部放電問題與開關櫃接地裝置

高低壓成套開關櫃局部放（fàng）電過程以暫態形式表示,如果導體間的絕緣（yuán）產生放電現象,說明放電區域可能和導（dǎo）體的位置比較接近。在產生此類（lèi）現（xiàn）象時通常可（kě）將原因歸納為（wéi）絕緣體內部或是絕緣體表（biǎo）麵出現的（de）場強畸變現象。如電暈放電就是在導體區域附近介（jiè）質中出現,也是局部（bù）放電的一種表現形式。但局部放電除電暈放電之外還會有多種其（qí）它的表現（xiàn）形式。色多多AV网站所檢測的真實“局（jú）部放電”與（yǔ）現階段（duàn）的檢測結果存在差異。目前的局部放電隻是（shì）在靠近導體時所進行的電荷檢測,從（cóng）更加複雜的角度（dù）來看,波從誘導（dǎo）電荷（hé）傳播到放電（diàn）檢測器的過程當中會產生破壞情（qíng）況,且這種破壞（huài）具有累（lèi）計效應,這也是進行接地裝置設置的主要原因。當這種“絕緣老化”發展迅速時,也（yě）相應地需要引起高度重（chóng）視。

放電過程是多樣性的,在高（gāo）壓設備的電氣絕緣過程當中,通常在氣體介（jiè）質中產生,但（dàn）同時也能在液體介質的氣泡中產生。通常所認知的放電現象是因為絕緣（yuán）中場強（qiáng）超過（guò）確定值,且自由電子存在時就會產生（shēng）放電現象。

開關（guān）櫃（guì）仿真分析。高低壓成套開關櫃將一（yī）次設備和二次設備按照一定的順序安裝到封閉式的金屬殼體之內,一方麵將其作為電能分配和接受的主要設備,另一方（fāng）麵將其作為電氣主接線設備。開關櫃可被劃分為低壓、高（gāo）壓（yā）,部分（fèn）為中壓,按（àn）照電流特征區分可劃分為直流和交流（liú）。從組成結構上看主要包含櫃體、斷（duàn）路器兩個部分,櫃體則包括了電器元件、絕緣（yuán）件在內的眾多組件。以（yǐ）10kV開關櫃（guì）為例,可設（shè）置相應仿真模型,模擬有縫隙或無（wú）縫（féng）隙狀（zhuàng）態下（xià）信號的傳播（bō）過程。在發生局部放電時絕緣介質（zhì）內部、表麵出現的震蕩衰減（jiǎn）電流和電壓,其具備的頻率和放電（diàn）回路頻率保持相同,充電頻率中出現的震蕩電流具有固定頻率,等同於充放電回路（lù）的固定頻率。按照電磁屏蔽的原理,高（gāo）低壓成套開關櫃本身在絕緣墊（diàn）圈、櫃門等區域存在縫隙,櫃體並不完全連續,可以在高低壓成套開關櫃表麵上檢測出有x的電壓信號,以此為（wéi）基礎（chǔ）預防絕緣（yuán）故障等問題的產生,在大規模巡檢中進行（háng）使用（yòng）。

五、接地保護（hù）裝置的技術研究

為減少檢修過程中可能出現的觸電或是其（qí）它事故（gù）,保障人身財產安全,對於設備進行的技術改造是到關重要（yào）的。如傳統接地線的布線（xiàn）設置（zhì）在檢修結束（shù）後有觸電風（fēng）險,原因咋子與地（dì）線會被銜接到低壓盤外部區域。現階段對低壓開關櫃的接地保護裝置設計進行了新的要求,也（yě）可通過一些其它層（céng）麵的技術（shù）改造措施來進行相應的探（tàn）討分析。

5.1 消弧櫃

電壓消弧將成（chéng）為未來研究的主要發展趨勢。國內現階段（duàn）的消弧產品主要集中於三（sān）種類型:弧光接地轉換為（wéi）金屬接地裝置、電抗器並聯裝置、將弧光接地轉化為氧（yǎng）化鋅的裝置（zhì）。隨著電網改造的運行,讓弧光接地的技術問題更加突出,固體絕緣設備類型的增加使得設備、係統承受過電壓能力下降（jiàng）,當前的絕緣性能也無法滿足要求,電網的安全（quán）運行可（kě）能會受到影響。如果電纜線路出（chū）現單相弧光（guāng）接地,消弧（hú）線圈目前隻能對故障點無功電流進（jìn）行控製,無法有x地減少對於故障點的破壞情況。電壓在（zài）大值時很（hěn）可能出（chū）現零點擊穿,增加弧（hú）光接地的幅值。在技術方麵的主要目標是快速熄滅電弧控製故障程度,然後避免被迫停電情況,在滿足（zú）供（gòng）電可靠性的同時讓係統可繼續保持一（yī）段（duàn）時間的工作。

單相接地故障出（chū）現（xiàn）後,通過控製措（cuò）施將電壓維持（chí）在一個（gè）較為穩定的（de）水（shuǐ）平,能夠讓絕緣介質恢複速度比故障相電壓（yā）恢複（fù）速度更快。換言之,當故障電流越小介質出現的（de）損傷程（chéng）度（dù）也越小,消弧櫃此時主要（yào）通過（guò）阻止電弧（hú）重燃的方式來進行消（xiāo）弧（hú）並起到（dào）過電壓保護功能。中性點不接地方式的（de）應（yīng）用,也能在進行電網運維工作（zuò）時保持安全性,減少各（gè）類風險事故的產生。

當零序電壓因（yīn）故障上升到某（mǒu）個（gè）閾值時,智能控製器就會判定係統產生了相應的故障,通過各相電壓的計算和（hé）分析（xī）來判斷是（shì）哪一相出現（xiàn）了故障問題,從而發（fā）出合閘命令,讓故障相轉化為金屬（shǔ）性接地。總體來（lái）看,消弧櫃可直接將故（gù）障類型轉化為（wéi）金屬性接地故障,故（gù）障相對地電壓變為零,電弧可以自行（háng）熄滅,運行人員在（zài）進行處理的過（guò）程中,其它相的對地電壓也被限製在線（xiàn）電（diàn）壓水平,兼顧了消弧與選相兩個方麵（miàn）的影響因素,不（bú）過整體上其效果受到開關動作時間的限製。

按照未來對於狀態監測（cè）的要求,需對不同線路與設備的運行（háng）情況展開（kāi）實時監測,按照傳感器測量係統中的不同電流、電壓參數來綜合分析運行控製策略。如低壓配電櫃的發熱與溫升（shēng）超標方麵,可以用電磁耦合（hé）法（fǎ）建立三維有限（xiàn）元電磁模型,即Δ·(σΔE)=0,J=-σΔE,其中E為（wéi）電勢,J為電流密度。

但考（kǎo）慮到一些不穩（wěn）定的影響因素,對於故障類型的判斷（duàn）直接影響到事故的處理事件。在消弧櫃（guì）控（kòng）製策（cè）略上可以提出（chū）先合（hé）閘的控製策略,合理地判斷故障類型。在這一方麵可進行有關的理論（lùn）分析和仿真驗（yàn）證,其中消弧櫃動作前的故障辨識方法在（zài）目前的信息通訊速度水平下,要應用於（yú）實際過程還有一定的難度,需要綜合現場調試和穩定性的分析來得（dé）到推廣應用。

5.2 電容耦合式（shì）傳感器設置

由（yóu）於高低壓成套開關櫃的安（ān）裝現場電磁環境一（yī）般比較複雜,周邊有（yǒu）著（zhe）較多的幹擾信號,此時能否正確有x地對高低壓成套開關櫃內部的信號（hào）進行檢（jiǎn）測也直接影響到局部放電過程,進而影響到接地保護裝置的有x性。為了能確定不同（tóng）條件下的測量需求,可設置與高低壓成套開關（guān）櫃相對應的電容耦合（hé）式傳（chuán）感器,讓其一方麵具有良好的靈敏度（dù）,另一方（fāng）麵具有穩定的脈衝（chōng）響應。

按照國（guó）標GB/T23642-2009的相關要求,電力設備（bèi）在局部放電測（cè）試中可選擇高壓電容器（qì）或電磁耦合器來測定（dìng）電壓脈衝。按（àn）照高低壓成套開關櫃局部放電特點,放電產生的電流脈（mò）衝會在外殼表麵感應產生電壓脈衝（chōng）信號,以傳感器檢測的方式為判斷提供依據（jù）。一般情況下高低壓成套開關櫃的局（jú）部放電量較小,持續時間也不長,所以（yǐ）選擇（zé）電容耦合式傳感器就能有（yǒu）x探測短時信號,設計（jì）傳感器等效（xiào）電路。根據合理的設計方案與仿真分析後,為避免雜散電感產（chǎn）生的不利影響,可進行傳感器標（biāo）定工作。按照相（xiàng）關（guān）技術要求,電容耦合式傳感器要確定一些參數標定,如高壓臂電（diàn）容、脈衝響應特性等。實驗平（píng）台（tái）確定後將信號發（fā）生器（qì）與（yǔ）示（shì）波器接入電路,然後逐漸調（diào）整信號頻率。

5.3 中性點小電阻改造

傳統消弧線圈接地會設（shè）置選線裝置,通過對不同線路零序電流的收集來完成整個選（xuǎn）線（xiàn）過程。在（zài）技術改（gǎi）造的過程中不需（xū）要（yào）人為設置中性點,隻需要將消弧線圈設備（bèi）改造成為小電阻設備即（jí）可。進行小電阻改造的作用也在於對跳閘進行合理判斷,並增加單相接地故障時的零序電流（liú）。整體來看,在改造後的保護配置（zhì）上（shàng）增加了更多的零序保（bǎo）護（hù）功能,實（shí）現了母聯開關（guān）和出線開（kāi）關之間的有序配合,如過流、速斷保護等。綜合不同的線（xiàn）路特點與設備要求,考慮（lǜ）到（dào）單相接地短路電流較大,要結合運行經驗將零序過流定值設定在某個範圍,以保障供電可靠性（xìng）。

如在一（yī）些變電站的開關櫃運行環節當中,為控製（zhì）電流互感器飽和所產生的誤差,會通過增加一次變比的設置來防止低壓側區外故障問題的產生。此時受總電流互感器變比幅度較大,精度無法滿足要求。所以,通過選擇性跳閘的規劃,實現對不同受總開關中流過零序電流的分析,對故（gù）障母線（xiàn）進（jìn）行了區分,在今後的工作中（zhōng）可以投（tóu）入使用。另外,零序保護和相間保護選擇同一整定模式,減少不同影（yǐng）響因素（sù）的幹擾。如果相間故障時（shí）的故障電流超（chāo）過零序（xù）保護的閾值,也可以減少誤動、拒動（dòng）行為的出現,裝置運行（háng）更加穩定。

六、結語

高低壓成套開關櫃作為（wéi）接高壓或低壓電纜的主要設備,可以滿足電力係統的穩定、環保等多個方麵的要求,在配電係統中（zhōng）的設備選擇工作也到關重要。但是設備（bèi）在長期（qī）的運行過程中,故障難以避免,此時我（wǒ）們（men）要綜合分析（xī）高低壓成套開關櫃的接地配置,同時以不同方麵（miàn）的技（jì）術措施來避免危險情況的出現,減少風險事件的產生,實現更加（jiā）穩定的電（diàn）力供應和（hé）環保效率高的電力輸（shū）送（sòng）目的。