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[!--downpath--]數據中心普遍采用10kV高壓油機并機系統,如圖1,發電機組工作過程中,常見故障之一是接地故障,由于發電機的機殼及鐵心均是接地的,只要轉子定子與鐵芯之間絕緣毀壞都會導致三相接地故障;發生接地故障后,控制系統須要及時發覺并告警,必要情況下停機。
圖1高壓油機并機系統
一、10kV柴發并機系統的常見接地方法如下:
1中性線內阻接地(中壓油機接地形式)
因為中性線內阻接地具有安全、可靠、結構相對簡單、非故障相電流限制和抑制諧振等特征,數據中心中壓汽油發電機系統通常都采用中性線內阻接地形式,常見方法如下:
1.1每臺機組使用獨立內阻柜:
對于并聯的中壓發電機系統,每臺發電機組各帶一個中性線接地內阻,圖2。優點:機組之間沒有環流,運行、檢修便捷,每臺機組偵測到的故障電壓不變;缺點:負荷側檢查到的漏電電壓隨機組多少在變化,負載側的繼電保護較復雜;
圖2獨立內阻接地
1.2共用內阻接地(運行中多臺機組同時接地)
并機運行中的多臺發電機組共用一個中性線接地內阻,圖3,所有機組共用一個內阻柜,所有運行機組的中性點都可以同時接地,機組停機時,對應的接地開關斷掉。優點:負載側檢查到的漏電電壓隨機組多少在變,運行和操作邏輯簡單;缺點:每臺機組偵測到的故障電壓不會變化,機組之間特點不一致可能形成環流,差動保護遭到影響。
圖3共用內阻接地
1.3共用內阻接地(運行時只容許一臺機組中性點接地)
運行時,并機系統只容許一臺發電機接地運行,圖4接地電流過大的原因,假如該發電機解列時,其對應的中性線接觸器斷掉,這時系統中的另外一臺發電機的中性線接觸器將上,以保證整個系統有且只有一臺發電機組中性線通過。優點:限制紋波和零序環流,限制了最大的接地電壓,簡化接地保護;缺點:運行邏輯復雜,須要有嚴格的操作規程,操作不當,會導致系統不接地運行。
圖4共用小阻值接地(1臺接地)
2中性點直接接地(低壓油機接地形式)
中性點直接接地也叫大接地,低壓發電機組的中性線一般采用這些方法,也就是直接接地,這些情況下,接地系統與發電機、電氣設備和雙電源轉換開關構成TN-S接地系統,當發生三相接地故障時,因為對地電壓特別大,電閘或則斷路器可以直接合閘,起到保護作用。要注意的是,直接接地情況下,雙電源轉換開關應采用4極結構,以保證電源系統的接地在市電正常時和發電機工作時互相獨立。優點:可通過線路的選擇性保護摘除故障線路;缺點:當漏電電壓較大時容易擴大事故。接地通常有兩種形式:
2.1一種每位發電機獨立接地,直接接地,圖5;
圖5單獨直接接地
2.2另一種是所有的發電機通過公共接地母排,統一接地,圖6
圖6統一直接接地
3中性點不接地(小容量油機形式)
油機不接地,當發生三相接地故障時,其故障電壓就是發電機三相對地電容電壓,此電壓較小,通常大于5A,故沒有毀壞鐵芯的危險。優點:三相接地故障時,機組能連續工作;缺點:系統容易出現過電流;查找故障線路比較困難;差動保護未能實現對三相接地的保護。為避免系統過電流,中性點可以改裝避雷器用于保護過電流,如圖7,發電機中性點不接地形式,通常適用于小容量的發電機。
圖7不接地系統
四、數據中心高壓油機接地方法選擇
高壓發電機組在運行過程發生接地漏電時,會對人身和設備引起巨大安全隱患。
1)假如選用不接地形式,這么系統發生接地故障時容易形成較高的過電流,會造成用電設備異?;騽t對用電設備不利。
2)假如選用中性點N直接接地,高壓發電機因電流為10KV,電流高,而發電機的電阻較小,當發生三相接地故障時,會形成很大的接地電壓。超過發電機極限而造成毀壞。
3)所以數據中心最為常見的接地方法是采用低阻接地,每臺油機可以單獨接地,如圖8,也可以共用一個接地阻值,如圖9,上述方法,既可以防止接地故障造成的過電流,也可以通過接地內阻限制接地電壓,當系統測量流過中線點的故障電壓時,可驅動繼保動作。
圖8數據中心高壓油機接地方法一
五、接地內阻的選擇
1)高壓油機接地內阻的接地電壓應當限制在發電機容許的范圍內。電壓假如過小,這么發生接地故障時容易形成偏高的過電流,對用電設備不利,假如電壓過大,會毀壞發電機。根據目前廠家提供的發電機接地電壓限值為100~400A,數據中心發電機系統一般使用100A接地電壓,這是三相接地時的最大故障電壓。
2)10kV是線電流,三相接地故障時為火線接觸大地零線,火和零線對應的相電流約為:
U相=10000/1.732=5774V≈5.8kV
接地內阻R=5800/100=58Ω
3)接地內阻的溫升,只有發生接地故障時接地內阻中才能形成接地電壓。正常時接地內阻中無電壓通過,且接地故障是在一定的時間內會切掉,所以接地內阻選擇短時間工作型,才能承受連續10s/100A即可。當發生故障時接地電流過大的原因,接地內阻電流約為5.8kV,電壓是100A,短時間的功率是580kW,接地內阻必須要求在此功率和溫升下才能正常使用。
六、高壓發電機組的中性點接地要求:
1)高壓發電機組供電系統中每臺機組要安裝1個10kV高壓三相接觸器,并與58Ω接地內阻相連。
2)當系統接收到啟動訊號后,并機系統中的發電機組同時啟動,按達到穩定狀態的次序依次閉合相應的進線開關接至并聯母排,最先穩定的發電機組會首先投入并聯母排,手動同時合上該發電機組對應的接地接觸器,當其中一個閉合時,其余接地接觸器應保持斷掉狀態。如圖9
圖9數據中心高壓油機接地方法二
3)圖9中,當接地接觸器故障未能跳閘或已跳閘的接地接觸器故障時,此接觸器應斷掉,同時閉合系統中任一臺在線發電機組對應的接地接觸器,保證系統中有1臺發電機組的中性線接地。
4)當一臺發電機組故障而需從并機母排上解列時,發電機組需發出斷掉對應接地接觸器的指令,同時閉合系統中任一臺在線發電機組對應的接地接觸器,保證系統的接地是通過在線發電機組的接地來實現。