新聞主題	柴油發電機零線不接地的后果

 

摘要：通過康明斯發電機廠家的一個應急自備柴油發電機組改造的工程案例，分析探討了單相間歇性電弧接地及由其產生的系統內部過電壓問題。對于給重要負荷供電所設的應急自備柴油發電機組接地型式的選擇，設計、安裝往往有所忽略而未給予足夠重視。康明斯公司發電機工程師親歷并處理了一個應急自備柴油發電機組因疏漏而未接地的工程案例，對應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，工業生產用電是三相380V的，其中有一條中性線是從發電機的中性點引出來，此中性點接到地上，稱為“零線”。常用的電力系統分為兩種，一種是中性點接地，一種是中性點不接地。至于中性點要不要接地，這取決于技術上和安全上的要求，它們各有不同的特點。

一、工程案例

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

（1）在機組手動啟動后不久，機組自帶的多功能控制器（具有負載分配控制、調速控制、EFC燃料控制等綜合控制功能）面板控制電源線與機組電源接頭處持續電弧放電，發出耀眼火光，但控制器及機組仍維持正常運行。此電弧放電現象在開機后很快出現至停機一直持續存在（最多時整夜試車運行此現象均存在）。停機后查看電弧出現處，部分導線接頭處絕緣有輕微破壞燒損現象，但導線基本未受損。

（2）數據中心機房UPS輸入端輸入電壓不正常，監控裝置長時間發輸入相電壓超高報警信號，但輸出并未受影響，仍一直保持正常工作輸出。

（3）在機組投入運行約半小時以至更長時間后，電梯機房電梯控制線路板有時會出現絕緣擊穿或保護熔斷器熔斷現象，但此現象并非每次開機均會出現。業主方就此向康明斯公司發電機工程師咨詢并要求提供解決方案。康明斯公司發電機工程師現場察看后認為以上出現的問題均與柴油發電機組電源中性點未接地有關。故提出如下改造方案：增加中線點接地電阻柜（如外觀和電路圖1、圖2所示），將發電機組的電源中性點接地、保護接地、控制器電子設備接地等采用聯合接地，并與大樓內各類接地共用同一接地裝置，利用大樓建筑基礎鋼筋作接地體。發電機組電源中性點接地由發電機組電源端子箱內N端子采用BV-500V導線穿硬塑管保護引至附近大樓預留接地點直接引下。

 

圖1 發電機用中性點接地電阻柜外觀圖

圖2 發電機用中性點接地電阻柜電路圖

 

 

      完成以上改造后，發電機組在試運行及以后的運行中均一切正常，系統再未出現上述問題。因控制器接頭處導線絕緣部分受損，為保證運行可靠，試運行完成后又重新進行了接線處理。康明斯公司發電機工程師之所以選擇將柴油發電機組電源中性點接地，當時主要認為：由于系統中性點不接地，在三相負荷不平衡時，電源中性點電位飄移，進而造成負載端相電壓偏移。

 

圖3 柴油發電機組中線點接地示意圖

 

 

二、間歇性電弧電壓的產生及危害

 

1、單相間歇性電弧接地過電壓的產生（如圖4所示）

      通過查閱有關資料，康明斯公司發電機工程師認為，本案例中因發電機組電源中性點未接地所出現的電弧放電現象，類似于電網中性點不接地系統的“間歇電弧過電壓”,應屬不接地系統特有的單相接地間歇性電弧過電壓現象。中性點不接地系統發生單相接地故障時，通過故障點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Iu超過一定數值時，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。因而導致電磁能的強烈振蕩，使故障相、非故障相和中性點都產生過電壓。

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，不斷地產生放弧、熄弧和重燃，持續存在易引發火災。

（2）長期單相短路，周而復始地擊穿絕緣，可使事故擴大，由故障相波及健全相，進而使危害不大的單相短路擴展成危害較大的相間短路，引發系統停電事故。

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

 

圖4 電弧接地過電壓現象

圖5 電弧電壓的危害

 

 

三、間歇性電弧過電壓成因分析

 

1、 故障發生位置

      康明斯公司發電機工程師查看了發電機多功能控制器電路圖，其電路構成較為復雜，主要功能構成包括負荷分配控制、自動同步控制、調速控制及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生接地故障，對一次系統的影響也不大。直接與一次系統有接線關系的只有負荷分配控制器及含電壓互感器的控制器。故發生單相間歇性電弧接地的位置應該在負荷分配控制器一次側或含電壓互感器的控制器一次側接入端，且發生在負荷分配控制器的可能遠較電壓互感器為大。

2、故障的成因

      上述直接與一次系統有接線關系的各控制器，一次側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致過電壓；上述控制器電路中均含有大量LC元器件，在發電機組啟動時，由這些元器件組成電路的系統電壓發生瞬態較大變動時，易產生較為激烈的過渡過程，或直接在一次電路中形成，或由二次側通過電壓互感器向一次側傳遞，造成一次側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象。某控制器一次側長時間間歇性電弧接地，造成系統健全相產生約3倍于正常相電壓的過電壓，使中心機房UPS發超高壓報警信號，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烈或長期電弧放電造成接線端導線絕緣水久性破壞，電弧性接地則可能發展成永久性接地。此時，故障相不再出現明顯電弧放電，而非故障相過電壓則長期存在于系統中。

 

總結

      由于對系統接地的重視不夠，如在施工圖設計說明中交代采用TN-S系統，相關施工圖卻未交代電源中性點接地的具體做法、中性點接地線的選擇及施工方式等，實際施工時因圖中未有具體標示而未作電源中性點接地；由于應急電源系統真正投入使用的時間很少，系統中即使存在問題一般也不易察覺而作為隱患存在，而應急電源供電的用電設備，均為所在建筑的重要負荷，潛伏在系統中的隱患一旦發作將會產生嚴重后果。總之，設計人員在進行電氣設計時對應急電源接地型式選擇及做法應予以足夠重視。

 

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