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柴油發(fā)電機(jī)零線不接地的后果
發(fā)布時間:2023-06-28 16:36:23  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油發(fā)電機(jī)零線不接地的后果

 

摘要:通過康明斯發(fā)電機(jī)廠家的一個應(yīng)急自備柴油發(fā)電機(jī)組改造的工程案例,分析探討了單相間歇性電弧接地及由其產(chǎn)生的系統(tǒng)內(nèi)部過電壓問題。對于給重要負(fù)荷供電所設(shè)的應(yīng)急自備柴油發(fā)電機(jī)組接地型式的選擇,設(shè)計(jì)、安裝往往有所忽略而未給予足夠重視??得魉构景l(fā)電機(jī)工程師親歷并處理了一個應(yīng)急自備柴油發(fā)電機(jī)組因疏漏而未接地的工程案例,對應(yīng)急電源未接地的使用情況及所存在問題作一些分析與探討。


      大家知道,工業(yè)生產(chǎn)用電是三相380V的,其中有一條中性線是從發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)引出來,此中性點(diǎn)接到地上,稱為“零線”。常用的電力系統(tǒng)分為兩種,一種是中性點(diǎn)接地,一種是中性點(diǎn)不接地。至于中性點(diǎn)要不要接地,這取決于技術(shù)上和安全上的要求,它們各有不同的特點(diǎn)。


一、工程案例


      某金融大樓投入使用多年,原設(shè)計(jì)配有一臺500kW應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組,接地型式采用TN-S系統(tǒng),電源中性點(diǎn)就地直接接地,與機(jī)殼等其它接地采用聯(lián)合接地,機(jī)組配套自帶4極ATSE雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān),采用五芯電纜引至低壓配電系統(tǒng)應(yīng)急母線段。正常運(yùn)行多年后,因所帶負(fù)荷增加,原設(shè)備需進(jìn)行更新。設(shè)備更換時,因原柴油發(fā)電機(jī)房設(shè)于地下層,設(shè)備搬運(yùn)不便等原因,業(yè)主自行購入一臺500kW車載式柴油發(fā)電機(jī)組,設(shè)于建筑物外附近地面,并自行進(jìn)行了相應(yīng)的供配電改造。改造中,原應(yīng)急母線段不變,只是將引入線截面、引入路徑作相應(yīng)調(diào)整,另將原發(fā)電機(jī)組配套自帶的ATSE雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)自行更換為4極手動單刀雙擲開關(guān),設(shè)置于應(yīng)急母線段輸入端。由于新購置的是車載式柴油發(fā)電機(jī)組,業(yè)主方不知該如何做電源接地,故對柴油發(fā)電機(jī)組接地未作任何處理。改造完成后,在市電電源失電轉(zhuǎn)由自備發(fā)電機(jī)組對應(yīng)急母線段供電的試運(yùn)行中,出現(xiàn)如下問題:

(1)在機(jī)組手動啟動后不久,機(jī)組自帶的多功能控制器(具有負(fù)載分配控制、調(diào)速控制、EFC燃料控制等綜合控制功能)面板控制電源線與機(jī)組電源接頭處持續(xù)電弧放電,發(fā)出耀眼火光,但控制器及機(jī)組仍維持正常運(yùn)行。此電弧放電現(xiàn)象在開機(jī)后很快出現(xiàn)至停機(jī)一直持續(xù)存在(最多時整夜試車運(yùn)行此現(xiàn)象均存在)。停機(jī)后查看電弧出現(xiàn)處,部分導(dǎo)線接頭處絕緣有輕微破壞燒損現(xiàn)象,但導(dǎo)線基本未受損。

(2)數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS輸入端輸入電壓不正常,監(jiān)控裝置長時間發(fā)輸入相電壓超高報(bào)警信號,但輸出并未受影響,仍一直保持正常工作輸出。

(3)在機(jī)組投入運(yùn)行約半小時以至更長時間后,電梯機(jī)房電梯控制線路板有時會出現(xiàn)絕緣擊穿或保護(hù)熔斷器熔斷現(xiàn)象,但此現(xiàn)象并非每次開機(jī)均會出現(xiàn)。業(yè)主方就此向康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師咨詢并要求提供解決方案??得魉构景l(fā)電機(jī)工程師現(xiàn)場察看后認(rèn)為以上出現(xiàn)的問題均與柴油發(fā)電機(jī)組電源中性點(diǎn)未接地有關(guān)。故提出如下改造方案:增加中線點(diǎn)接地電阻柜(如外觀和電路圖1、圖2所示),將發(fā)電機(jī)組的電源中性點(diǎn)接地、保護(hù)接地、控制器電子設(shè)備接地等采用聯(lián)合接地,并與大樓內(nèi)各類接地共用同一接地裝置,利用大樓建筑基礎(chǔ)鋼筋作接地體。發(fā)電機(jī)組電源中性點(diǎn)接地由發(fā)電機(jī)組電源端子箱內(nèi)N端子采用BV-500V導(dǎo)線穿硬塑管保護(hù)引至附近大樓預(yù)留接地點(diǎn)直接引下。

 

發(fā)電機(jī)用中性點(diǎn)接地電阻柜外觀圖.png

圖1 發(fā)電機(jī)用中性點(diǎn)接地電阻柜外觀圖

發(fā)電機(jī)用中性點(diǎn)接地電阻柜電路圖.png

圖2 發(fā)電機(jī)用中性點(diǎn)接地電阻柜電路圖

 

 

      完成以上改造后,發(fā)電機(jī)組在試運(yùn)行及以后的運(yùn)行中均一切正常,系統(tǒng)再未出現(xiàn)上述問題。因控制器接頭處導(dǎo)線絕緣部分受損,為保證運(yùn)行可靠,試運(yùn)行完成后又重新進(jìn)行了接線處理。康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師之所以選擇將柴油發(fā)電機(jī)組電源中性點(diǎn)接地,當(dāng)時主要認(rèn)為:由于系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地,在三相負(fù)荷不平衡時,電源中性點(diǎn)電位飄移,進(jìn)而造成負(fù)載端相電壓偏移。

 

柴油發(fā)電機(jī)組中線點(diǎn)接地示意圖.png

圖3 柴油發(fā)電機(jī)組中線點(diǎn)接地示意圖

 

 

二、間歇性電弧電壓的產(chǎn)生及危害

 

1、單相間歇性電弧接地過電壓的產(chǎn)生(如圖4所示)

      通過查閱有關(guān)資料,康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師認(rèn)為,本案例中因發(fā)電機(jī)組電源中性點(diǎn)未接地所出現(xiàn)的電弧放電現(xiàn)象,類似于電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的“間歇電弧過電壓”,應(yīng)屬不接地系統(tǒng)特有的單相接地間歇性電弧過電壓現(xiàn)象。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,通過故障點(diǎn)的單相接地故障電流Ja為另兩非故障相對地電容電流的向量和,當(dāng)Iu超過一定數(shù)值時,接地電弧不易自行熄滅,常形成熄滅和重燃交替的間歇性電弧。因而導(dǎo)致電磁能的強(qiáng)烈振蕩,使故障相、非故障相和中性點(diǎn)都產(chǎn)生過電壓。

2、 單相間歇性電弧接地過電壓的危害(如圖5所示)

(1)間歇性電弧接地故障,不斷地產(chǎn)生放弧、熄弧和重燃,持續(xù)存在易引發(fā)火災(zāi)。

(2)長期單相短路,周而復(fù)始地?fù)舸┙^緣,可使事故擴(kuò)大,由故障相波及健全相,進(jìn)而使危害不大的單相短路擴(kuò)展成危害較大的相間短路,引發(fā)系統(tǒng)停電事故。

(3)從前述可知,間歇性電弧接地過電壓幅值并不高,對于一般用電設(shè)備,導(dǎo)線大都能夠承受此類過電壓,如本案例中UFS雖發(fā)輸入相電壓超高報(bào)警信號,仍能保持正常工作;但此類過電壓長期持續(xù),對系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)的絕緣較弱的設(shè)備的絕緣薄弱處會造成損害,影響系統(tǒng)中設(shè)備的安全運(yùn)行。

 

電弧接地過電壓現(xiàn)象.png

圖4 電弧接地過電壓現(xiàn)象

電弧電壓的危害.png

圖5 電弧電壓的危害

 

 

三、間歇性電弧過電壓成因分析

 

1、 故障發(fā)生位置

      康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師查看了發(fā)電機(jī)多功能控制器電路圖,其電路構(gòu)成較為復(fù)雜,主要功能構(gòu)成包括負(fù)荷分配控制、自動同步控制、調(diào)速控制及EFC燃料控制等。各控制器取樣接線大都取自各相間電壓互感器(共2只)及各相電流互感器(共3只),均屬二次線路,即使上述各控制器中某功能控制器發(fā)生接地故障,對一次系統(tǒng)的影響也不大。直接與一次系統(tǒng)有接線關(guān)系的只有負(fù)荷分配控制器及含電壓互感器的控制器。故發(fā)生單相間歇性電弧接地的位置應(yīng)該在負(fù)荷分配控制器一次側(cè)或含電壓互感器的控制器一次側(cè)接入端,且發(fā)生在負(fù)荷分配控制器的可能遠(yuǎn)較電壓互感器為大。

2、故障的成因

      上述直接與一次系統(tǒng)有接線關(guān)系的各控制器,一次側(cè)接線端可能存在接線松動、接觸不良,形成長時間電弧性接地導(dǎo)致過電壓;上述控制器電路中均含有大量LC元器件,在發(fā)電機(jī)組啟動時,由這些元器件組成電路的系統(tǒng)電壓發(fā)生瞬態(tài)較大變動時,易產(chǎn)生較為激烈的過渡過程,或直接在一次電路中形成,或由二次側(cè)通過電壓互感器向一次側(cè)傳遞,造成一次側(cè)接線薄弱處瞬時接地;并隨工頻電壓周期變化,電路過渡過程亦隨工頻周期性變化,形成單相間歇性電弧接地,造成肉眼可見的長時間耀眼火光的電弧放電現(xiàn)象。某控制器一次側(cè)長時間間歇性電弧接地,造成系統(tǒng)健全相產(chǎn)生約3倍于正常相電壓的過電壓,使中心機(jī)房UPS發(fā)超高壓報(bào)警信號,并使電梯控制器線路板長時間承受超過其耐壓值的過電壓而擊穿燒毀。

      需要說明的是,如果初始過渡過程足夠強(qiáng)烈或長期電弧放電造成接線端導(dǎo)線絕緣水久性破壞,電弧性接地則可能發(fā)展成永久性接地。此時,故障相不再出現(xiàn)明顯電弧放電,而非故障相過電壓則長期存在于系統(tǒng)中。

 

總結(jié)

      由于對系統(tǒng)接地的重視不夠,如在施工圖設(shè)計(jì)說明中交代采用TN-S系統(tǒng),相關(guān)施工圖卻未交代電源中性點(diǎn)接地的具體做法、中性點(diǎn)接地線的選擇及施工方式等,實(shí)際施工時因圖中未有具體標(biāo)示而未作電源中性點(diǎn)接地;由于應(yīng)急電源系統(tǒng)真正投入使用的時間很少,系統(tǒng)中即使存在問題一般也不易察覺而作為隱患存在,而應(yīng)急電源供電的用電設(shè)備,均為所在建筑的重要負(fù)荷,潛伏在系統(tǒng)中的隱患一旦發(fā)作將會產(chǎn)生嚴(yán)重后果??傊?,設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時對應(yīng)急電源接地型式選擇及做法應(yīng)予以足夠重視。

 


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