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高低壓開關櫃接地保護裝置研究

18 2017-09
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開關櫃主要承擔了電力系統中的執行控制功能,涉及到發電₪☁·₪✘、輸電等多項工作,對於開關櫃的研究也具有現實意義│◕↟。開關櫃內部包含繼電保護裝置₪☁·₪✘、負荷開關₪☁·₪✘、二次裝置等,透過連線多條母線和出現的形式實現電能的分配和控制│◕↟。從這一角度來看,高低壓開關櫃的執行過程直接關係到電網的安全執行₪☁·₪✘、供電可靠性│◕↟。對於一些潛在的故障或隱患,也需要及時地採取處理措施│◕↟。


1 配網不同接地保護方式對比

以配網中性點接地方式為例,一旦出現單相接地故障時,較大的短路電流通常需要斷路器控制,如果和大地之間不能形成短路迴路,一旦產生單相接地故障,那麼故障電流小於負荷電流,接地電弧自行熄滅後構成一個小電流接地系統│◕↟。

中性點不接地方式│◕↟。這種方式的結構比較簡單,執行過程也並不複雜,是小電流接地系統的一種主要表現形式│◕↟。單相接地故障出現後,對應電壓等級的對地電容電流為流經故障點電流,此時故障相電壓降為零│◕↟。但電網出現故障時系統的電感與電容元件容易產生諧振現象,電壓互感器呈現出較小的阻抗值,透過的電流明顯增加,導致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執行安全│◕↟。我國對於最大短路電流有著明確限制,故障電流超過閾值後接地點弧光無法自行熄滅,產生間歇性電弧的同時引起弧光過電壓,對開關櫃等裝置的絕緣會產生嚴重損害,同時擴大了故障範圍│◕↟。通常採取過補償執行方式,即單相接地故障產生時,感性電流限制故障相而恢復電壓的幅值,能夠在短時間內恢復系統的正常工作模式│◕↟。但如果永久性單相接地故障產生,消弧線圈的補償作用也會讓系統繼續執行一段時間,然後透過絕緣裝置發出接地訊號,保障整個執行過程的安全性│◕↟。

經小電阻接地│◕↟。通常情況下,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,在系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制在600A左右,然後以線路零序電流保護來快速地切除故障,減少問題進一步擴大的可能性│◕↟。


2 接地保護裝置的特性

生活₪☁·₪✘、生產過程中所使用的交流電可透過電氣元件的內阻或電容耦合等方式執行,但裝置外露的金屬部分或是金屬外殼本身會呈現帶電狀態│◕↟。當電氣裝置的絕緣損壞時,裝置金屬外殼會存在一定相電壓│◕↟。在這種情況下,如果人體接觸了這些裝置,電流很容易導致觸電事故的產生│◕↟。因此,利用接地裝置可以將電器裝置與地面相連線,既可以是人工接電極,也可以是自然接地極│◕↟。裝置安裝接地保護裝置之後,即便電氣裝置的一相絕緣出現損害或是裝置產生漏電,接地電流增加,空氣開關也會自動斷開,以此為基礎保障人員的安全,將對裝置的損害程度控制到最低[1]│◕↟。

共同的零線系統│◕↟。當前對於零線的接線系統所使用的是單相兩線模式,保護接地所用線和工作零線共同地由一根導線所連線│◕↟。接線過程中可將保護接地線從電度表前方的零線接出,另一端則連線在插座接地零線的區域│◕↟。但不可直接將工作零線當做保護接地線且不可透過保險絲,需要從幹線上直接進行引入,否則不僅無法起到保護作用,反而會增加觸電的風險程度│◕↟。

專用接零保護線系統│◕↟。該系統在原有的工作零線佈線基礎上進行了接零線保護線的設計,可直接連線到戶外接地區域,且不需要保險絲│◕↟。此時系統會保持相對穩定的效能,即便裝置出現漏電現象,接零保護線也不會出現嚴重斷裂,從而讓保護裝置可正常地將電源切斷,從根源上減少了觸電安全事故產生的可能性│◕↟。


3 高低壓開關櫃接地保護裝置的工作模式

高壓開關櫃接地保護裝置的工作模式│◕↟。可透過小車實驗的方式來進行,擋塊在小車的執行軌道當中,兩個定位塊控制擋塊的軸向移動,阻止了手車前輪的進一步運動│◕↟。試驗結束後,可以拆除用於接地線的固定螺栓,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,離開手車軌道,說明操作的安全性和穩定性可以得到穩定,安全隱患進一步降低│◕↟。

低壓開關櫃接地保護裝置的工作模式│◕↟。在非特殊情況下,低壓櫃在正常供電執行狀態下接地保護裝置盤門保持閉合,檢修時接地,低壓盤在斷電後盤門開啟,利用蝶形螺栓來將接地線控制在盤外安裝,之後將其它區域的接地線固定處全部拆除,形成一個正常的工作流程│◕↟。檢修過程結束後,假設工作人員由於操作失誤沒有將接地線全部拆除,那麼關閉盤門並正常送電後,蝶形螺栓在轉角處位置產生阻擋,盤門無法關閉,在不拆除接地線的情況下就無法進行下一步操作,在本質上保障了操作人員的安全性│◕↟。


4 區域性放電問題與開關櫃接地裝置

開關櫃區域性放電過程以暫態形式表示,如果導體間的絕緣產生放電現象,說明放電區域可能和導體的位置比較接近│◕↟。在產生此類現象時通常可將原因歸納為絕緣體內部或是絕緣體表面出現的場強畸變現象│◕↟。如電暈放電就是在導體區域附近介質中出現,也是區域性放電的一種表現形式│◕↟。但區域性放電除電暈放電之外還會有多種其它的表現形式│◕↟。我們所檢測的真實“區域性放電”與現階段的檢測結果存在差異│◕↟。目前的區域性放電只是在靠近導體時所進行的電荷檢測,從更加複雜的角度來看,波從誘導電荷傳播至放電檢測器的過程當中會產生破壞情況,且這種破壞具有累計效應,這也是進行接地裝置設定的主要原因[2]│◕↟。當這種“絕緣老化”發展迅速時,也相應地需要引起高度重視│◕↟。

放電過程是多樣性的,在高壓裝置的電氣絕緣過程當中,通常在氣體介質中產生,但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中場強超過確定值,且自由電子存在時就會產生放電現象│◕↟。

開關櫃模擬分析│◕↟。開關櫃將一次裝置和二次裝置按照一定的順序安裝至封閉式的金屬殼體之內,一方面將其作為電能分配和接受的主要裝置,另一方面將其作為電氣主接線裝置│◕↟。開關櫃可被劃分為低壓₪☁·₪✘、高壓,部分為中壓,按照電流特徵區分可劃分為直流和交流│◕↟。從組成結構上看主要包含櫃體₪☁·₪✘、斷路器兩個部分,櫃體則包括了電器元件₪☁·₪✘、絕緣件在內的眾多元件│◕↟。以10kV開關櫃為例,可設定相應模擬模型,模擬有縫隙或無縫隙狀態下訊號的傳播過程│◕↟。在發生區域性放電時絕緣介質內部₪☁·₪✘、表面出現的震盪衰減電流和電壓,其具備的頻率和放電迴路頻率保持相同,充電頻率中出現的震盪電流具有固定頻率,等同於充放電迴路的固定頻率│◕↟。按照電磁遮蔽的原理,開關櫃本身在絕緣墊圈₪☁·₪✘、櫃門等區域存在縫隙,櫃體並不完全連續,可以在開關櫃表面上檢測出有效的電壓訊號,以此為基礎預防絕緣故障等問題的產生,在大規模巡檢中進行使用[3]│◕↟。


5 接地保護裝置的技術研究

為減少檢修過程中可能出現的觸電或是其它事故,保障人身財產安全,對於裝置進行的技術改造是至關重要的│◕↟。如傳統接地線的佈線設定在檢修結束後有觸電風險,原因咋子與地線會被銜接至低壓盤外部區域│◕↟。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,也可透過一些其它層面的技術改造措施來進行相應的探討分析│◕↟。


6 結語

高低壓開關櫃作為接高壓或低壓電纜的主要裝置,可以滿足電力系統的穩定₪☁·₪✘、環保等多個方面的要求,在配電系統中的裝置選擇工作也至關重要│◕↟。但是裝置在長期的執行過程中,故障難以避免,此時我們要綜合分析高低壓開關櫃的接地配置,同時以不同方面的技術措施來避免危險情況的出現,減少風險事件的產生,實現更加穩定的電力供應和環保高效的電力輸送目的│◕↟。


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