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(gè)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?jiǎn)栴}。對(duì)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。康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師親歷并處理了一個(gè)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(duì)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(tái)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(dòng)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(shí)，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(gòu)入一臺(tái)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(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)自行更換為4極手動(dòng)單刀雙擲開關(guān)，設(shè)置于應(yīng)急母線段輸入端。由于新購(gòu)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(duì)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(duì)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(dòng)啟動(dòng)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間發(fā)輸入相電壓超高報(bào)警信號(hào)，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(shí)以至更長(zhǎng)時(shí)間后，電梯機(jī)房電梯控制線路板有時(shí)會(huì)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(huì)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。康明斯公司發(fā)電機(jī)工程師現(xiàn)場(chǎng)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。

 

圖1 發(fā)電機(jī)用中性點(diǎn)接地電阻柜外觀圖

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(shí)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(shí)，電源中性點(diǎn)電位飄移，進(jìn)而造成負(fù)載端相電壓偏移。

 

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(shí)，通過故障點(diǎn)的單相接地故障電流Ja為另兩非故障相對(duì)地電容電流的向量和，當(dāng)Iu超過一定數(shù)值時(shí)，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(zhǎng)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(duì)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(hào)，仍能保持正常工作；但此類過電壓長(zhǎng)期持續(xù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)的絕緣較弱的設(shè)備的絕緣薄弱處會(huì)造成損害，影響系統(tǒng)中設(shè)備的安全運(yùn)行。

 

圖4 電弧接地過電壓現(xiàn)象

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(dòng)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(duì)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(dòng)、接觸不良，形成長(zhǎng)時(shí)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(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(shí)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(zhǎng)時(shí)間耀眼火光的電弧放電現(xiàn)象。某控制器一次側(cè)長(zhǎng)時(shí)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(hào)，并使電梯控制器線路板長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)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(shí)，故障相不再出現(xiàn)明顯電弧放電，而非故障相過電壓則長(zhǎng)期存在于系統(tǒng)中。

 

總結(jié)

      由于對(duì)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(shí)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(shí)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(huì)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(shí)對(duì)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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