柴油发电机零线不接地的后果

摘要：通过康明斯发电机服务站的一个应急自备柴发机组整改的工程案例，分析讨论了单相间歇性电弧接地及由其产生的装置内部过电压问题。对于给重要负载供电所设的应急自备柴发机组接地型式的购买，设计、装配往往有所忽略而未给予足够重视。康明斯公司发电机工程师亲历并消除了一个应急自备柴油发电机组因疏漏而未接地的工程案例，对应急电源未接地的操作状况及所存在问题作一些分析与探求柴油发电机按键图。

大家知道，工业生产用电是三相380V的，其中有一条中性线是从发电机的中性点引出来，此中性点接到地上，称为“零线”。常用的电力系统分为两种，一种是中性点接地，一种是中性点不接地。至于中性点要不要接地，这取决于技术上和安全上的要求，它们各有不一样的特性。

某金融大楼投入操作多年，原设计配有一台500kW应急柴油发电机组，接地型式采用TN-S系统，电源中性点就地直接接地，与机壳等其它接地采用联合接地，机组配套自带4极ATSE双电源自动转换开关，采用五芯电缆引至低压配电装置应急母线段。正常运行多年后，因所带负载增加，原装置需进行更新。装备更替时，因原柴油油机房设于地下层，装备搬运不便等起因，业主自行购入一台500kW车载式柴发机组，设于建筑物外附近地面，并自行进行了相应的供配电改造。改造中，原应急母线段不变，只是将引入线截面、引入路径作相应调节，另将原发电机组配套自带的ATSE双电源自动切换开关自行更换为4极手动单刀双掷开关，设置于应急母线段输入端。由于新购置的是车载式柴发机组，业主方不知该怎么样做电源接地，故对柴发机组接地未作任何排查。改造完成后，在电网电源失电转由自备发电机组对应急母线段供电的试运行中，发生如下问题：

（1）在机组手动启动后不久，机组自带的多作用操作界面（具有负荷分配控制、调速控制、EFC燃料控制等综合控制功能）面板控制电源线与机组电源接头处连续电弧放电，发出耀眼火光，但控制系统及机组仍维持正常运行。此电弧放电状况在开机后很快发生至停机一直持续存在（较多时整夜试车运行此现状均存在）。停机后验查电弧发生处康明斯柴油发电机厂家，部分导线接头处绝缘有轻微破坏烧损情形，但导线基础未受损。

（2）数据中心机房备用电源输入端输入电压不正常，监控设备长时间发输入相电压超高报警信号，但输出并未受影响，仍一直保持正常作业输出。

（3）在机组投入运行约半小时以至更长时间后，电梯机房电梯控制线路板有时会产生绝缘击穿或保护熔断器熔断情形，但此现象并非每次开机均会产生。业主方就此向康明斯公司发电机工程师咨询并要求供应解除办法。康明斯公司发电机工程师现场验看后认为以上发生的问题均与柴油发电机组电源中性点未接地有关。故提出如下整改方案：增加中线点接地电阻柜（如外观和电路图1、图2所示），将发电机组的电源中性点接地、保护接地、控制面板电子设备接地等采用联合接地，并与大楼内各类接地共用同一接地装置，利用大楼建筑基础钢筋作接地体。发电机组电源中性点接地由发电机组电源端子箱内N端子采用BV-500V导线穿硬塑管保护引至附近大楼预留接地点直接引下。

完成以上整改后康明斯柴油发电机，发电机组在试运转及以后的运行中均一切正常，装置再未发生上述问题。因操作界面接头处导线绝缘部分受损，为保证运转可靠，试运转完成后又重新进行了接线解决。康明斯公司发电机工程师之故而选择将柴发机组电源中性点接地，当时主要认为：因为系统中性点不接地，在三相负载不平衡时，电源中性点电位飘移，进而造成负荷端相电压偏移。

通过查阅有关资料，康明斯公司发电机工程师认为，本实例中因发电机组电源中性点未接地所发生的电弧放电现象，类似于电网中性点不接地装置的“间歇电弧过电压”，应属不接地系统特有的单相接地间歇性电弧过电压状况。中性点不接地系统产生单相接地事故时，通过损坏点的单相接地事故电流Ja为另两非故障相对地电容电流的向量和，当Iu超过一定数值时，接地电弧不易自行熄灭，常形成熄灭和重燃交替的间歇性电弧。因而引起电磁能的强烈振荡，使事故相、非损坏相和中性点都产生过电压。

（2）长久单相短路，周而复始地击穿绝缘，可使损坏扩大，由事故相波及健全相，进而使危害不大的单相短路扩展成影响较大的相间短路，引发装置停电损坏。

（3）从前述可知，间歇性电弧接地过电压幅值并不高，对于通常用电装备，导线大都能够承受此类过电压，如本案例中UFS虽发输入相电压超高报警信号，仍能保持正常工作；但此类过电压长久连续，对装置内装设的绝缘较弱的装备的绝缘薄弱处会造成危害，影响系统中装备的安全运转。

康明斯公司发电机工程师验查了发电机多功用操作界面电路图，其电路结构较为复杂，详细功能组成包括负荷分配控制、自动同步控制、调速控制及EFC燃料控制等。各控制屏取样接线大都取自各相间电压互感器（共2只）及各相电流互感器（共3只），均属二次线路，即使上述各操作界面中某功能操作系统发生接地事故，对一次装置的危害也不大。直接与一次系统有接线关系的只有负荷分配控制屏及含电压互感器的控制界面。故产生单相间歇性电弧接地的位置应当在负荷分配控制模块一次侧或含电压互感器的控制屏一次侧接入端，且产生在负载分配控制屏的可能远较电压互感器为大。

上述直接与一次装置有接线关系的各操作界面，一次侧接线端可能存在接线松动、接触不佳，形成长时间电弧性接地导致过电压；上述控制系统电路中均含有大量LC元器件，在发电机组起动时，由这些元器件构成电路的系统电压发生瞬态较大变动时，易产生较为激烈的过渡程序，或直接在一次电路中形成，或由二次侧通过电压互感器向一次侧传递，造成一次侧接线薄弱处瞬时接地；并随工频电压周期变化，电路过渡流程亦随工频周期性变化，形成单相间歇性电弧接地，造成肉眼可见的长时间耀眼火光的电弧放电状况。某控制屏一次侧长时间间歇性电弧接地，造成装置健全相发生约3倍于正常相电压的过电压，使中心机房备用电源发超高压报警信号，并使电梯控制界面线路板长时间承受超过其耐压值的过电压而击穿烧毁。

需要说明的是，如果初始过渡过程足够强烈或长久电弧放电造成接线端导线绝缘水久性破坏，电弧性接地则可能发展成永久性接地。此时，故障相不再出现明显电弧放电，而非故障相过电压则长久存在于系统中。

因为对装置接地的重视不够，如在施工图设计说明中交代采用TN-S装置，相关施工图却未交代电源中性点接地的详细做法、中性点接地线的购买及施工方法等，实际施工时因图中未有详细标示而未作电源中性点接地；由于应急电源装置真正投入操作的时间很少，装置中即使存在问题通常也不易察觉而作为隐患存在，而应急电源供电的用电装备，均为所在建筑的重要负荷，潜伏在装置中的隐患一旦发作将会发生严重后果。总之，规划人员在进行电气布置时对应急电源接地型式选定及做法应予以足够重视。