1 低壓發電機組接地
低壓柴油發電機組常見的接地方式有工作接地和保護接地。
工作接地是低壓柴油發電機組的中性點接地,目的是當輸出的一相對地發生短路時,觸電電壓可降到接近或等千相電壓,故可降低電氣設備和輸電線路的絕緣水平,且當一相接地后接地電流較大,保護裝置會迅速動作,斷開故障點。
保護接地是柴油發電機組的外殼采用直接接地方式,當發電機組的外殼帶電,而人體觸及其外殼時,由于人體電阻遠大于接地電阻,通過人體的電流就很小,可避免發生人員觸電的危險。
數據中心用配電變壓器低壓側的中性線是直接接地的。如果市電/發電機組轉換開關采用3極開關時,發電機組輸出中性線應為不接地方式,其輸出的相線與中性線均需接至(帶有ATS) 低壓配電系統中,低壓發電機組的中性線與配電變壓器低壓側的中性線直接相連,即低壓發電機組的中性線通過變配電系統的下作接地與地相連,保證發電機組的正常運行;如果市電/發電機組轉換開關采用4極開關時,發電機組輸出中性線應直接可靠接地。
如果發電機房與變配電機房共處一個建筑,或發電機房與變配電機房相鄰時,發電機房與變配電機房應該共用一個接地系統。如果低壓發電機房遠離數據中心用低壓自動轉換開關時,低壓發電機房應單獨設置接地系統。
2 高壓發電機組接地
高壓發電機組的接地系統包括發電機組中性線接地線、高壓接地電阻柜、高壓接地開關柜,接地方式也有多種。
高壓發電機組在運行時,發生接地短路時,系統對人身和設備會產生巨大的安全隱患。發電機組中性點通過電阻接地檢測流過中線點的故障電流,可驅動繼保動作。
中性點的接地方式主要有:不接地方式(小電流接地)、消弧線圈接地方式(大電流接地)和電阻接地方式。當接地故障電容電流小于10A時,采用不接地方式;當接地故障電容電流大于10A時,采用消弧線圈接地或電阻接地方式。它們在一定的適用條件下,具有相應的優點。
(1) 不接地方式
即高壓配電系統中性點不接地,但該方式存在較高的工頻過電壓和操作過電壓,不利于系統中弱絕緣設備的可靠運行。原因如下:該方式雖然允許系統在單相接地故障下運行,但是一旦發生不可恢復性的故障,故障電流會長時間地流過故障設備。即使故障電流的幅值較小,對耐熱性能較差的設備也是不利的。
(2) 消弧線圈接地方式
供電系統電容電流較大時,可采用消弧線圈接地方式,即利用消弧線圈的電感電流來補償電容電流,使單相接地時的故障電流減小為很小的殘流,因消弧線圈的投入使一些可恢復性故障得以自動消除,也降低了過電壓倍數,可提高系統的可靠性。
(3) 電阻接地方式
為了減少故障電流,往往在電容電流較大的系統采用了電阻接地方式,即用電阻將短路電流限制在一定值內。
中性點接地電阻柜對降低電網過電壓、提高電網的安全性和可靠性,具有良好的效果。當接地電流大于規定值時,有可能產生弧光接地過電壓。中性點采用電阻接地方式的目的就是給故障點注入阻性電流,使接地故障電流呈阻容性質,減小與電壓相位差角,其電阻分量電流可以把故障電流限制得適度,提高繼電保護靈敏度,把暫態過電壓限制到正常相對中性點電壓的2.6倍,降低故障點電流過零熄弧后的重燃率,防止弧光過電壓損壞主設備,同時對鐵磁諧振過電壓有顯著的作用。
系統設置中性點接地電阻柜后,當發生非金屬性接地時,流過接地點和中性點的電流比金屬性接地時顯著降低,非故障相電壓上升也顯著降低,有限流降壓的作用。由于中性點電阻能吸附大量的諧振能量,在有電阻器的接地方式中,從根本上抑制了系統諧振過電壓。
電阻接地的阻性電流大于容性電流還可提高零序保護靈敏度,可作用于相關斷路器跳閘保護。
以上三種接地方式有其各自的特點,當發生單相間歇性電弧接地故障時,系統最大過電壓一般不超過下列數值:
1) 不接地方式:3.5P.U (P.U 為實際值/基準值)。
兼顧在較大的正常負荷電流下不誤動而在單相接地時又不拒動的問題更為突出。雖然繼電保護裝置拒動時零序電流幅值已比低阻接地方式減少很多,但長時間的故障電流仍對設備和人身安全不利。
目前,國家對數據中心用高壓發電機組的接地方式并沒有一個統一規定,不同用戶以及發電機組生產廠商對高壓發電機組的接地電阻選擇也有所不同,但在數據中心高壓發電機組的接地方式上還是有基本共識,即采用合適阻值的中阻接地方式。
中阻接地的接地電流應在發電機允許的范圍內,越大越有利于下級的分級保護和使用的可靠性。如果電流過小,那么發生接地故障時容易產生過高的過電壓,對用電設備不利。按照各廠家提供的發電機接地電流限值為100~400A, 發電機系統的接地電流設定為100A, 即單相接地時的最大故障電流。10kV是線電壓,單相接地故障時為相線接觸大地中性線,相線和中性線對應的相電壓約為
U相= 10000V/?3=5774V≈5.8kV
R=5800V/100A=58Ω
接地電阻的溫升,只有發生接地故障時,接地電阻中才會產生接地電流。正常時接地電阻中無電流通過,且接地故障是在一定的時間內會切除,所以接地電阻選擇短時間工作型,能夠承受連續10s/100A即可。當發生故障時,接地電阻電壓約為5.8kV, 電流為100A, 短時間的功率為580kW, 電阻此時會發熱,產生溫度上升,所以接地電阻必須要求在此溫升下能夠正常使用。接地系統圖如圖1所示。
圖1 接地系統圖
高壓發電機組的中性點接地要求:
高壓發電機組供電系統中每臺機組要安裝一個10kV 高壓單相接觸器,并與58Ω接地電阻相連。
當系統接收到起動信號后,并機系統中的發電機組同時起動,按達到穩定狀態的順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,此時應自動同時合上該發電機組對應的接地接觸器,當所有接地接觸器中的其中一個閉合時,其余接地接觸器應保持斷開狀態。
當接地接觸器故障無法合閘或已合閘的接地接觸器故障時,此接觸器應斷開,同時閉合系統中任一臺在線發電機組對應的接地接觸器,保證系統中有一臺(并只有一臺)發電機組的中性線接地。當一臺發電機組發生故障而需從并機母排上解列時,發電機組需發出斷開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。本文節選自《數據中心供配電技術與設計》