【原】圖解數(shù)據(jù)中心高壓油機(jī)接地方式和選擇

       數(shù)據(jù)中心普遍采用10KV高壓油機(jī)并機(jī)系統(tǒng)，如圖1，發(fā)電機(jī)組工作過程中，常見故障之一是接地故障，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的外殼及鐵心均是接地的，只要定子繞組與鐵芯之間絕緣損壞就會(huì)引起單相接地故障；發(fā)生接地故障后，控制系統(tǒng)需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并告警，必要情況下停機(jī)。

圖1 高壓油機(jī)并機(jī)系統(tǒng)

一、10KV柴發(fā)并機(jī)系統(tǒng)的常見接地方式如下：

1  中性線電阻接地（中壓油機(jī)接地方式）

        由于中性線電阻接地具有安全、可靠、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、非故障相電壓限制和抑制諧振等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心中壓柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一般都采用中性線電阻接地方式，常見方式如下：

1.1 每臺(tái)機(jī)組使用獨(dú)立電阻柜：

        對(duì)于并聯(lián)的中壓發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組各帶一個(gè)中性線接地電阻，圖2。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)組之間沒有環(huán)流，運(yùn)行、檢修方便，每臺(tái)機(jī)組探測(cè)到的故障電流不變；缺點(diǎn)：負(fù)荷側(cè)檢測(cè)到的短路電流隨機(jī)組多少在變化，負(fù)載側(cè)的繼電保護(hù)較復(fù)雜；

圖2 獨(dú)立電阻接地

1.2  共用電阻接地（運(yùn)行中多臺(tái)機(jī)組同時(shí)接地）

        并機(jī)運(yùn)行中的多臺(tái)發(fā)電機(jī)組公用一個(gè)中性線接地電阻，圖3，所有機(jī)組共用一個(gè)電阻柜，所有運(yùn)行機(jī)組的中性點(diǎn)都可以同時(shí)接地，機(jī)組停機(jī)時(shí)，對(duì)應(yīng)的接地開關(guān)斷開。優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載側(cè)檢測(cè)到的短路電流隨機(jī)組多少在變，運(yùn)行和操作邏輯簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：每臺(tái)機(jī)組探測(cè)到的故障電流不會(huì)變化，機(jī)組之間特性不一致可能產(chǎn)生環(huán)流，差動(dòng)保護(hù)受到影響。

圖3 共用電阻接地

1.3  共用電阻接地（運(yùn)行時(shí)只允許一臺(tái)機(jī)組中性點(diǎn)接地）

        運(yùn)行時(shí)，并機(jī)系統(tǒng)只允許一臺(tái)發(fā)電機(jī)接地運(yùn)行，圖4，如果該發(fā)電機(jī)解列時(shí)，其對(duì)應(yīng)的中性線接觸器斷開，這時(shí)系統(tǒng)中的另外一臺(tái)發(fā)電機(jī)的中性線接觸器將上，以保證整個(gè)系統(tǒng)有且只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組中性線通過。優(yōu)點(diǎn)：限制諧波和零序環(huán)流，限制了最大的接地電流，簡(jiǎn)化接地保護(hù)；缺點(diǎn)：運(yùn)行邏輯復(fù)雜，需要有嚴(yán)格的操作規(guī)程，操作不當(dāng)，會(huì)造成系統(tǒng)不接地運(yùn)行。

圖4 共用小電阻接地（1臺(tái)接地）

2 中性點(diǎn)直接接地（低壓油機(jī)接地方式）

       中性點(diǎn)直接接地也叫大接地，低壓發(fā)電機(jī)組的中性線通常采用這種方式，也就是直接接地，這種情況下，接地系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)、電氣設(shè)備和雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成TN-S接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于對(duì)地電流非常大，空開或者斷路器可以直接跳閘，起到保護(hù)作用，。要注意的是，直接接地情況下，雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用4極結(jié)構(gòu)，以保證電源系統(tǒng)的接地在市電正常時(shí)和發(fā)電機(jī)工作時(shí)相互獨(dú)立。優(yōu)點(diǎn)：可通過線路的選擇性保護(hù)切除故障線路；缺點(diǎn)：當(dāng)短路電流較大時(shí)容易擴(kuò)大事故。接地一般有兩種方式：

2.1  一種每個(gè)發(fā)電機(jī)獨(dú)立接地，直接接地，圖5；

圖5 單獨(dú)直接接地

2.2  另一種是所有的發(fā)電機(jī)通過公共接地母排，統(tǒng)一接地，圖6

圖6 統(tǒng)一直接接地

3 中性點(diǎn)不接地（小容量油機(jī)方式）

        油機(jī)不接地，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其故障電流就是發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流，此電流較小，一般小于5A，故沒有燒毀鐵芯的危險(xiǎn)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗嘟拥毓收蠒r(shí)，機(jī)組能連續(xù)工作；缺點(diǎn)：系統(tǒng)容易出現(xiàn)過電壓；查找故障線路比較困難；差動(dòng)保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)單相接地的保護(hù)。為防止系統(tǒng)過電壓，中性點(diǎn)可以加裝避雷器用于保護(hù)過電壓，如圖7，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地方式，一般適用于小容量的發(fā)電機(jī)。

圖7 不接地系統(tǒng)

四、數(shù)據(jù)中心高壓油機(jī)接地方式選擇

        高壓發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程發(fā)生接地短路時(shí)，會(huì)對(duì)人身和設(shè)備造成巨大安全隱患。

1）如果選用不接地方式，那么系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)容易產(chǎn)生較高的過電壓，會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備異常或者對(duì)用電設(shè)備不利。

2）如果選用中性點(diǎn)N直接接地，高壓發(fā)電機(jī)因電壓為10KV，電壓高，而發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻較小，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的接地電流。超過發(fā)電機(jī)極限而導(dǎo)致?lián)p壞。

3）所以數(shù)據(jù)中心最為常見的接地方式是采用低阻接地，每臺(tái)油機(jī)可以單獨(dú)接地，如圖8，也可以共用一個(gè)接地電阻，如圖9，上述方式，既可以避免接地故障導(dǎo)致的過電壓，也可以通過接地電阻限制接地電流，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)流過中線點(diǎn)的故障電流時(shí)，可驅(qū)動(dòng)繼保動(dòng)作。

圖8 數(shù)據(jù)中心高壓油機(jī)接地方式一

五、接地電阻的選擇

1）高壓油機(jī)接地電阻的接地電流應(yīng)該限制在發(fā)電機(jī)允許的范圍內(nèi)。電流如果過小，那么發(fā)生接地故障時(shí)容易產(chǎn)生過高的過電壓，對(duì)用電設(shè)備不利，如果電流過大，會(huì)損壞發(fā)電機(jī)。按照目前廠家提供的發(fā)電機(jī)接地電流限值為100~400A，數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)系統(tǒng)通常使用100A接地電流，這是單相接地時(shí)的最大故障電流。

2）10kV是線電壓，單相接地故障時(shí)為火線接觸大地零線，火和零線對(duì)應(yīng)的相電壓約為：

U相=10000/1.732=5774V≈5.8kV

接地電阻R=5800/100=58Ω

3） 接地電阻的溫升，只有發(fā)生接地故障時(shí)接地電阻中才會(huì)產(chǎn)生接地電流。正常時(shí)接地電阻中無電流通過，且接地故障是在一定的時(shí)間內(nèi)會(huì)切除，所以接地電阻選擇短時(shí)間工作型，能夠承受連續(xù)10s/100A即可。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，接地電阻電壓約為5.8kV，電流是100A，短時(shí)間的功率是580kW，接地電阻必須要求在此功率和溫升下能夠正常使用。

六、高壓發(fā)電機(jī)組的中性點(diǎn)接地要求：

1）高壓發(fā)電機(jī)組供電系統(tǒng)中每臺(tái)機(jī)組要安裝1個(gè)10kV 高壓?jiǎn)蜗嘟佑|器，并與58Ω接地電阻相連。

2）當(dāng)系統(tǒng)接收到啟動(dòng)信號(hào)后，并機(jī)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組同時(shí)啟動(dòng)，按達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的順序依次閉合相應(yīng)的進(jìn)線開關(guān)接至并聯(lián)母排，最先穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)組會(huì)首先投入并聯(lián)母排，自動(dòng)同時(shí)合上該發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)的接地接觸器，當(dāng)其中一個(gè)閉合時(shí)，其余接地接觸器應(yīng)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。如圖9

圖9 數(shù)據(jù)中心高壓油機(jī)接地方式二

3）圖9中，當(dāng)接地接觸器故障無法合閘或已合閘的接地接觸器故障時(shí)，此接觸器應(yīng)斷開，同時(shí)閉合系統(tǒng)中任一臺(tái)在線發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)的接地接觸器，保證系統(tǒng)中有1臺(tái)發(fā)電機(jī)組的中性線接地。

4）當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)組故障而需從并機(jī)母排上解列時(shí)，發(fā)電機(jī)組需發(fā)出斷開對(duì)應(yīng)接地接觸器的指令，同時(shí)閉合系統(tǒng)中任一臺(tái)在線發(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)的接地接觸器，保證系統(tǒng)的接地是通過在線發(fā)電機(jī)組的接地來實(shí)現(xiàn)。