电动机接地保护分析

电动机接地保护分析（精选8篇）

电动机接地保护分析 篇1

-------机车公司电机车间

袁峰

摘要： 分析牵引电动机定子接地故障产生的原因,制定了相应的改进措施,提高电机运用的可靠性．

关键词：ZQDR－410电动机；定子故障；分析；改进措施

一、前言

ZQDR－410型牵引电动机(以下简称410电机)是东风4型内燃机车的主要大部件之一..其质量的好坏直接影响整部机车的运用．但由于电机本身存在诸多先天不足，以致使一些惯性故障仍然没有得到有力的控制．需要特别提出的是，铁路几次大提速，DF4机车面临更为严峻的考验．因为东风4车410牵引电动机的先天缺陷多在机械方面，随着机车速度提高，电机的振动较以前更大，尤其是机车提速后，运行速度恰好处于电机的共振范围，整机和各部件振动明显加剧，导致电机的运用条件更为恶劣，发生故障的机率大大增加．

二、质量原状分析

牵引电机定子故障的主要表现两个方面：1磁极接地；

2、联线及引出线烧损，下面做一下具体分析： １、磁极接地

造成磁极接地主要有以下几个原因：

（１）、磁极螺栓松动。磁极螺栓松动从根本上说是主、从动齿轮啮合不良和轮对冲击产生的高频振动引起的。加上电机本身的一些固有缺陷（如主极凸台过高、每只附极只靠两个螺栓紧固）使线圈和铁芯间发生相对位移或线圈与凸台接触，最终线圈对地绝缘被磨破造成接地。

（２）、机座凸台边缘有未清除的毛刺、残渣将主附极线圈（主要是主极线圈）绝缘刺破而接地。

（３）、主极铁芯于线圈之间一体化不良。由于线圈公差尺寸很大，这就使线圈内框与铁芯的间隙大小不一，有的磁极装配靠适形毡不能把线圈撑紧，这就使磁极线圈在运用过程中容易与凸台产生相对位移，最终导致电机定子接地。

（４）、线圈变形。电机运用条件恶劣和拆解手段不够先进是造成线圈变形的主要原因。另外，在线圈检修过程中修理匝间短路以及换线鼻子时也容易使线圈变形。在磁极进行装配时，线圈高度方向的扭曲变形是最有害的质量隐患，这种变形必然导致线圈与铁芯长边方向的间隙不均，铁芯尖角处与线圈内框距离变得更小，在电机运用一段时间后铁芯就会和线圈接触，最后因线圈绝缘被磨破而接 地。

２、联线及引出线烧损

造成联线及引出线烧损主要有以下几个原因：

（１）、联线材质过硬。联线在长期的使用过程中，铜排的硬度逐渐增大，抗振性能不断降低。加上C2、H2引出线在铜排水平方向有硬弯，极容易产生应力集中，在恶劣的外部条件下逐渐出现裂纹，使有裂纹的部位接触电阻增大而烧损。

（２）、旧线规格、质量不一。为降低牵引电机定子接地故障率，许多机务段对联线进行了改造，但由于技术水平不同，加之全路没有一个统一的规范，致使入厂车联线品种多样，良莠不齐。特别是经压制成的铜编织线，在厂修后屡次发生烧损故障。

（３）、紧固件质量不稳定。联线螺栓和接头板的质量对电机定子可靠性也至关重要，车间就曾因为螺栓断和接头板质量不好发生多起主附极与联线街头处烧损的段外故障。因为接线处紧固不良必然造成线圈线鼻子与联线随电机振动而分合，产生的电弧使接头处烧损。（4）、联线绑扎不牢。用蜡线绑扎联线和引出线很难绑紧，浸漆后有蜡线松弛现象，并容易因材质变脆而使机械强度大大降低，对联线起不到应有的固定作用。

（5）、联线与蚂蝗钉之间有绝缘缺陷。这种情况主要发上生在部分内部联线的蚂蝗钉过长的入厂410电机上，由于工字板不能将联线与蚂蝗钉完全隔开，在410电机运用过程中联线与蚂蝗钉逐渐贴紧，磨破绝缘后造成联线烧损、定子接地。

三、技术改进措施：

机车的运用状况更加恶劣是410电机定子故障的源头，410电机的设计缺陷导致这种故障频频发生。因此，要满足用户的要求就必须深入调查，合理分析。大胆地对410原设计进行改进。为降低410定子故障进行质量攻关，并取得了较好的效果。现总结如下： １、磁极接地

（1）、针对磁极螺栓松，车间一方面开始对其实施专检，另外对浸漆班交出的定子进行检查并及时热紧，由于电机在运用中抱轴处所受到的振动力最大，所以在410电机抱轴处的主极螺栓边焊接挡块，阻止螺栓受振而转动。

（2）、改进机座检修工艺，加强对凸台的检修力度，清除凸台边缘的毛刺、残渣，并用手锉将凸台边缘锉修一遍。

（3）、强调线圈套极的一体化效果，对宽度方向尺寸较大的线圈适当增加适形毡的层数，使磁极装配成为一个牢固的整体。另外，要求铁芯两端上紧塞紧块后要用适形毡边角料将线圈与铁芯间的空隙堵死，塞紧。

（4）、对于线圈变形，一方面要求解体班进一步提高拆解完好率，另一方面自制多种检测工具，提高线圈的检修水平，防止不合格品流入下道工序。对于变形较小又无法修复到原形的线圈可用三层黄金薄膜加一层外包的方法增大线圈内框尺寸，使之符合套极的要求。（5）、更换磁极线圈的外包绝缘材料。用热烘收缩带取代原来的无碱玻璃丝带，使线圈的机械性能得到了很大的提高。

（6）、定子由原工艺的普通浸漆改为采用真空压力浸漆。提高定子的绝缘强度和机械强度。

2、联线烧损

（1）、将引出线改为软联线。改变原设计的扁铜线或铜编织线结构，全部使用丁晴橡胶电缆线，两端套铜管压接制成，以吸收振动。（2）、为防止螺栓断造成主附极与联线接头处烧损，M8×25螺栓全部由普通4．８级改为８．８级高强度螺栓，使车间内紧固螺栓断现象得到了杜绝。车间还多次与接头板生产单位结合，使接头板质量也有了很大的提高，并一直比较稳定。（3）、为使联线绑扎牢靠。车间改用了无纬带对联线进行绑渣，机械强度较蜡线有了很大的提高，联线的可振动幅度大大降低。（4）、在联线固定方面，车间除了将原来的长蚂蝗钉进行了必要的改造外，还在C2和H2引出线振动最大处各增加了一个蚂蝗钉，有效地提高了电机运用的可靠性。

（5）、将480电机主极间联线由原设计的两根50平方铜编织线全部更换成3根，提高电机载流量，并执行先浸漆后装联线的工艺，防止联线因吸绝缘漆而变硬。

电动机接地保护分析 篇2

1 接在不同电压系统的电动机发生单相接地时情况分析

1.1 低压电动机接在中性点接地系统

对于380V的低压电动机, 若接在中性点接地系统, 发生单相接地时, 接地相电流显著增大, 电动机振动并发出不正常响声, 还发热。可能一开始就使该相熔断器熔断, 也有可能使绕组过热损坏。为什么会出现这种情况呢?因为电动机外壳都接地, 其接地网一般与供电变压器中性点接地的接地网是同一个, 电动机定子绕组发生单相接地后, 依靠地线可形成电流回路, 如图1所示 (图中k点表示接地点, 变压器还带着其他负载, 没有画出) 。

由于接地相的绕组匝数减少, 该相电流即增加, 于是有两种可能:一种可能是该相熔断器熔断, 如图2所示。

此时, 与正常情况相比, 在两个方面起了变化。其一, 由于c相绕组甩开了一部分, 仅ko部分绕组起作用, 使三相绕组变得不对称了。其二, 加在电动机绕组上的三相电压不对称了。Uab仍为原来的相电压, Ubk和Uka变为电源B相和A相的相电压了。而此时加在a相和b相绕组的电压低于正常的相电压, 加在ko上的电压仅是两个中性点间的电位差。另一种可能是熔断器没有熔断, 如图3所示。

此时, 与正常情况比较, 也在两个方面起变化。一是c相绕组被k点分成两部分, ck部分仍算做c相, ko部分变成a相和b相绕组的公共部分, 这也破坏了三相绕组的对称性。另一方面, 也使加在三相绕组上的电压变得不对称了。在图3中Uab、Ubc、Uca仍是原来的线电压, 而加在a相绕组和b相绕组的电压是各自相电压与ko一段绕组上电压降的向量差, c相ck段绕组上的电压是c相相电压。总的来说, 不论是熔断或不熔断, 都会造成三相绕组不对称和三相电压不对称。由于电压不对称, 会造成电动机电磁力矩降低, 损耗增大, 绕组发热。由于三相绕组不对称, 即其中接地相绕组分成几部分, 或三个相电流方向与正常的不一致, 会使旋转磁场失掉均匀性, 变成一个幅值和速度都可能变化的旋转磁场, 它每转一周, 对转子的拉力时大时小, 因而造成电动机的振动和发出不正常的响声。如果接地点k在某相绕组的端部, 如图4所示。

假设c相端部接地, 大部分情况下, 该相熔断器会熔断, 因为这相当于电源c相短路。这是一个极端情况, 这时若外加负载不变, 三相电功率现在由两相供给, 此时未断熔断器的两相电流都将大增, 接于中性点的地线也将流过电流, 这时电动机声音很响, 振动也很厉害。

1.2 低压电动机接在中性点不接地系统

对于380伏的低压电动机, 若接在中性点不接地系统 (或虽接在中性点接地系统, 但电动机外壳接地不良) 。当发生单相接地后, 均会使电动机外壳带电, 这对人有触电危险。这时用验电笔测试外壳, 会发亮。因为在变种情况下, 机壳电位与地不一样, 带有与其连通的绕组的该点的电位, 人的手若触摸电动机外壳, 就会有接触电压作用于人身, 这时由于线路和地之间存在电容C, 故人手就会有电容电流流过, 但接在这种系统的电动机, 发生单相接地时, 因为形不成短路电流回路, 故仍可继续运行。

1.3 3000V或6000V高压电动机中性点接地

对于3千伏或6千伏的高压电动机, 由于其系统是中性点不接地的, 发生单相接地的现象和后果与上述380伏电动机接在中性点不接地系统的情况差不多, 只是3千伏和6千伏矿用系统母线有绝缘监察装置, 从三个对地电压表的指示中, 可以及时发现该系统有无接地故障。

2 绕组接地的危害及原因

电动机定子绕组一旦接地, 会造成机壳带电, 可能导致人身触电事故;造成电动机的控制线路失控;使绕组发热而短路, 导致电动机无法正常运行。

分析绕组接地的原因很多, 但主要的有以下几种:

(1) 绕组受潮;

(2) 绕组长期过载或局部高温, 使绝缘焦脆、脱落。

(3) 制造或维修时留下隐患, 如下线时擦伤、槽绝缘位移、掉进金属末等;

(4) 铁芯硅钢片松动, 有尖刺, 割伤绝缘;5、绕组引线绝缘损坏或与机壳相碰等。

3 绕组接地的检查方法

检查绕组接地故障的方法很多, 这里谈几种常用的方法:

(1) 直接观察:绕组接地故障通常发生在绕组端部或铁芯槽口附近, 而且绕组发生接地故障后, 绝缘常有破裂或烧焦发黑的痕迹。

(2) 兆欧表检查:先将星形接线或三角形接线的各相绕组的连线拆开, 然后根据电机电压选择兆欧表的容量。测量时, 兆欧表析一支表笔接电机绕组, 另一支表笔接电机机壳, 按120转/分的速度摇动兆欧表的手柄, 若指针指在“0”位, 则表明该相绕组存在接地故障;若指针摇摆不定, 则表明绝缘已被击穿。

(3) 万用表检查:先将三相绕组之间的连接线拆开, 使各相绕组互不相通, 然后将万用表的旋钮转到R×10K档, 将一支表笔与绕组的一端相接, 另一支表笔与机壳相接, 若测得的电阻值很小或为零, 则表明该相绕组存在接地故障。

(4) 冒烟法检查:在铁芯与线圈之间加一低电压, 并用调压器来调解电压, 限制电流在5安以内, 以免烧坏铁芯。当电流通过接地点时, 烧损的绝缘便会冒白烟, 甚至出现火花。

找出故障点后, 无论故障点在槽内、在槽口附近还是在端部, 必须将故障处垫好绝缘, 使之恢复到未接地前的状态, 达到使用要求, 保证人身安全。

摘要：从安全角度阐述了电动机定子绕组单相接地的现象和后果。电动机绕组一旦接地, 会造成机壳带电, 可能导致发生人身触电事故;造成电动机的控制线路失控;使绕组发热而短路, 造成电动机严重烧毁, 导致电动机无法正常运行。绕组接地可通过直接观察;兆欧表 (或万用表) 检查;试灯检查;冒烟法检查、淘汰法检查等方法去检查, 及时排除因绕组接地而造成的各种危害, 迅速排除隐患。绕组单相接地的后果易发展成两相短路, 造成电动机严重烧毁。要做到电动机安全运行, 电气工作人员必须掌握电动机运行基本知识, 以便及时发现和消除事故隐患。

电动机接地保护分析 篇3

提要：针对一起一个半断路器主接线母线失灵保护误动事故，分析了因为直流系统一点接地发生直流负接地现象，造成母线保护装置光耦开入回路导通，使失灵保护动作出口的原因。针对事故提出对策，做出母差保护开入板更换、完善了母差保护的双失灵开入回路及相电流检测的具体措施。

关键词：一个半断路器失灵保护；光耦；直流接地

中图分类号：TM771

引言

电力系统的母线是发电厂和变电所中最重要的电气设备之一，往往是电力系统汇合的枢纽。因此，母线故障率尽管少，却是电气设备中最严重的故障，后果十分严重，特别是500千伏系统将造成电力系统瓦解，使大面积用户遭受停电，人员伤亡并使电气设备遭到破坏，因而对母线保护装置的 动作可靠、灵敏、迅速性、抗干扰性要求更为严格，母线故障时应有足够的灵敏度，区外故障及装置本身故障保证不误动。由于系统的要求，当母线上发生故障时必须快速切除；保护装置必须十分可靠和有足够的灵敏度。

断路器失灵保护是母线保护一个重要组成部分。目前一个半断路器主接线方式下的母线保护，与一个半的断路器失灵保护配合，完成失灵保护的联跳功能。当母线所连接的某个断路器失灵时，该断路器的失灵保护动作接点提供给保护装置。保护检测到此接点动作时，经小延时联跳母线的各个连接元件。只有在检测到电网有扰动时，失灵联跳才有可能动作，但是直流负极一点接地造成继电保护光耦出口动作，特别是早期产品失灵开入没有电流闭锁，而且光耦开入回路是单开入，不符合出口继电器动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）的要求。失灵开入接点发生误碰、或者单端直流接地时往往发生误动作，使母线所在断路器跳闸，造成事故危害很大，必须引起高度重视。

1、事故经过

500千伏XX站220千伏设备采用一个半断路器主接线方式。2015年8月27日，220千伏Ⅱ母线保护屏第I 套RCS-915E母线保护失灵开入频繁动作，在3分钟时间内开入变位共计23次，导致RCS-915E母线保护误保护动作，2223开关、2233开关、2242开关、2253开关、2263开关误跳闸。当时站内无工作，故障发生后，运行人员发现220千伏Ⅱ母线保护RCS-915E母线保护失灵保护信号灯亮，同时失灵保护动作，17：50，检修人员到站检查设备，经过检查确认RCS-915E母线保护装置失灵开入，造成所在Ⅱ母线断路器跳闸。

2、事故原因分析

电网一个半断路器主接线方式下母差、失灵保护的配置原则应符合规程要求。电网XX站是1986年建设的变电站，母线保护投产时间较早，为2004年安装的保护装置，其中220千伏一个半断路器主接线的母线保护的失灵保护仅仅是边断路器保护一路失灵接点输入。虽然母线保护发生故障的几率较低，但是有关失灵回路反措的没有具备，是发生母线保护失灵保护误动作的主要原因。

⑴ 母线失灵保护动作逻辑

每条母线应配置两套母线保护，两套母线保护使用边断路器的失灵启动直跳。为防止开入电缆误碰等接地原因导致保护误动，失灵及母差直跳等跳闸回路在开入设计时，设置双开入。当线路或主变故障、且边开关失灵时，由该边开关的失灵保护输出两路失灵接点，启动母差保护中的失灵直跳功能，母差保护内部失灵接点进行“逻辑与”判别，确认无误后对故障点进行隔离。

当线路或变压器等元件保护对该断路器发过跳闸命令，但该断路器依然有电流，经延时该断路器所在母线，以上失灵的过流元件判别和时间元件判别在断路器保护中完成，断路器输入到母线保护中的失灵直跳功能仅仅是为失灵保护提供跳闸出口。

⑵光耦接地动作分析

保护人员调取母线失灵保护误动作故障录波信息，电流电压未发生异常波动，确认220千伏Ⅱ母线未发生变化，RCS-915E母线保护的失灵直跳功能属于误动作。经现场监控系统反映，确认在误跳闸同时，第二组直流负极接地。发现2231断路器保护失灵到母差保护的电缆接点负电源的电缆芯绝缘为0MΩ。导致了Ⅱ母线保护屏第I套 RCS-915E母线保护的失灵保护用光耦隔离元件瞬时承受电压达到110V（额定电压的50%）。

对2231断路器保护启动RCS-915E母线保护的失灵回路误动作的分析。当3D46电缆芯发生绝缘问题时，光耦两端瞬间形成110V正向电压，此电压达到动作电压及功率，引起光耦二极管正向导通，母线保护失灵开入，母线保护误动，引起跳闸，如图1所示。

⑶模擬事故发生试验过程

为了再现事故过程， 结合本站500千伏Ⅱ母线停电，保护人员将同类型500千伏Ⅱ母线保护的进行光耦动作电压测试，将220千伏Ⅱ母线保护的光耦板装入500千伏Ⅱ母线RCS-915E保护，对RCS-915E母线保护的光耦动作电压进行了测试。测

试电源准备，需准备两路直流电 源：

一路为保护装置提供工作电源，输出为220V DC，加在“装置电压”端；另一路由继电保护试验仪提供，为电路提供可调大小的正负电源加在“光耦电压端”。

为确保电源有相同的参考电位，应将两台试验仪的接地端同时接地，两台试验仪的直流电压“负”端，用导线相连，此时两台试验仪的“负”端与 “地”等电位。

将继电保护试验仪的直流电压“正”端接至ZD15，对应保护中支路失灵开入。采用逐次逼近的方法，将电压从60V递增，步进电压为1V，直到支路失灵开入置1。支路失灵开入置1后，将电压逐次递减，直到支路失灵开入返回。

以上试验结果见表1。

⑷光耦动作的根本原因是动作电压低

由表中看到，2004年的产品显然不符合规程规定动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）的要求。实际测量动作电压为96V（额定电压的43.6%），返回电压为95V（定电压的43.1%）；同样不合格保护装置返厂检测结果是：动作电压开入分别为96.2V（43.7%）、98V（44.5%），返回电压为95V（43.2%）、为97V（44.1%）。测量中的符合规程要求的是近期投产的保护装置，可见厂家已经进行了重要的改进。

220千伏Ⅱ母线保护第I 套装置光耦动作电压不符合反措强电光耦导通动作电压大于60%、小于75%额定直流电源电压要求。因此事故结论：2231断路器保护失灵到母差保护的电缆接点负电源的电缆芯绝缘为0MΩ是事故起因，而保护装置动作电压不符合反措要求是造成此次事故的直接原因。

3、本次事故的经验教训

通过本次事故的分析，提出对策并且实施。

⑴ 母线失灵保护开入应符合出口动作电压要求

严格执行华北调局继（2005）7号《关于继电保护光耦回路研讨论会会议纪要及整改措施》中的规定：强电光耦导通动作电压大于60%、小于75%额定直流电源电压。为防止光耦误导通，所有牵扯到失灵及母差直跳、非电量等跳闸回路的开入一律采用强电中间继电器，以增加可靠性。动作电压大于55%，小于70%直流电源电压的继电器（设计额定功率为5W）对直跳回路开入进行重动。

⑵ 完善母线失灵保护开入使用“逻辑与”原理

为提高保护的安全性，失灵及母差直跳等跳闸回路在开入设计时，设置双开入即“逻辑与”，以防止开入电缆误碰等接地原因导致保护误动。同时在断路器保护装置增加双路重动继电器，分别对母线保护双开入进行重动。在今后的验收、技改工作中严格按照要求执行，完善母差保护的双失灵开入。

严格执行2012年国调中心下发的《国家电网公司十八项电网反事故措施》，事故发生后，山东省检修公司运检部组织排查同一批次的母差保护，共涉及23站60多套不合格保护，安排保护轮停更换光耦插件板。

⑶ 加强对直流系统的绝缘检查

采用施工中拆线包扎绝缘胶布的方法，一旦发现直流系统接地，应立刻处理，对一点母线接地故障特别重视。提醒现场工作人员，改变直流一点接地危害不大，两点接地才跳闸的观念，加强施工工具的绝缘处理等措施。

⑷ 提高验收、技改二次施工工艺管理

重视运行中装置的补充检验，例如对运行中的装置进行较大的更改或增设新的回路后的检验；检修或更换一次设备后的检验；运行中发现异常情况后的检验；事故后检验，加强回路绝缘检查。

⑸ 增加失灵扰动就地判据

为防止误动，在失灵联跳逻辑中加入了失灵扰动就地判据，并带有50ms固定延时，见图2。当接点误碰或直流电源异常时，而失灵就地电流判据又躲不过负荷电流的情况下失灵联跳误动，设计了失灵扰动就地判据：稳态判据： Iφ>1.1In

或 |3I0-3I0p|>0.03In 展宽5s（3I0p为30s前3I0的值）

或 失灵启动前3I0<0.08In 且失灵启动后3I0>0.1In

或 失灵启动前3I2<0.08In 且失灵启动后3I2>0.1In

暂态判据： Σi| >0.2In展宽5s

只有在检测到电网有扰动时，失灵联跳才有可能动作，大大提高了失灵联跳的安全性。

4、结论

一个半断路器的母线保护不像其它的主接线例如双母线带母联带有复合电压闭锁，国网公司规定，一个半断路器的母线保护不经过所在母线二次电压闭锁。随着检修范围增大，母线保护误动作切负荷的危险性加大，安全性更加重要，因此应该提高对防止直流回路一点接地引起母線失灵保护光耦接点闭合，使保护出口误动作的重视，对于光耦接点开入的启动失灵保护必需采用“逻辑与”加上闭锁失灵扰动就地判据手段，特别注意对于早期的不合格产品，必须严禁光耦回路直流系统一点接地，及时通过技术改造，达到母线失灵保护不误动的反事故措施落实。

参考文献：

【1】丁书文.断路器失灵保护若干问题分析.电力系统自动化.2006，30（3）；89-91.

【2】RCS-915GD微机母线保护装置技术及使用说明书 南瑞继保电气有限公司2010.2

作者简介：

第一作者：李阳（1987-）男，山东潍坊人，国家电网山东省检修公司，助理工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

第二作者：陈健（1983-）男，山东济南人，国家电网山东省检修公司，工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

第三作者：李超（1981-）男，山东枣庄人，国家电网山东省检修公司，工程师， 研究方向：电力系统继电保护运行维护

电动机接地保护分析 篇4

关键词接地故障保护 过电流保护 漏电电流保护电器 TN系统 TT系统 IT系统低压配电线路中的单相短路，回路中相线、中性线连接不良，这种情况容易发现，例如灯会不亮或者熄灭。而占短路80％的接地故障，相线与PE线、电气设备的外露导电部分或大地间的短路却难于觉察。例如PE线PEN线连接松动灯照样亮，如PEN线迸发火花，则容易酿成火灾。配电线路应设置接地故障保护，在发生故障时，保护元件必须能及时自动切断电源，防止人身电击伤亡、电气火灾和线路损坏。

TN系统发生接地故障时，用电设备金属外壳接触电位低，故障电流大，一般过电流保护电器可快速切断故障线路，TN系统的低压配电线路采用过电流保护兼作接地故障保护需满足：Za×Ia<220V的动作特性以及切断故障电流的时间上的要求。

式中Za——接地故障回路阻抗（Ω）

Ia——保护电器在规定时间内自动切断故障回路的电流（A）Ia值应取低压断路器相应过电流脱扣器额定电流的1.3倍。

其切断故障电流的时间应符合：（1）配电干线和只供电给固定式用电设备的末级配电线路不应大于5s2 供电给手握式和移动式用电设备的末级配电线路不应大于0.4s。动作时间可从低压断路器的动作特性读取。

当过电流保护电器不能满足上式要求时，可采用带有单相接地保护的断路器或设零序电流保护措施。断路器的单相接地保护功能的实现原理有剩余电流型和零序电流型两种。剩余电流型是利用四个电流互感器分别检测三相电流和中性线（N线）的电流。无论三相电流平衡与否，则此矢量和为零（严格讲为线路与设备的正常泄露电流）；Ia＋Ib＋Ic＋In=0 当发生某一相接地故障时，故障电流会通过保护线PE及与地相关连的金属构件，即；Ia＋Ib＋Ic＋In≠0此时电流为接地故障电流加正常泄露电流。接地电流达到脱扣器整定电流时，即可报警或驱动短路器动作，实现单相接地保护。零序电流型是在三相上各安装一个电流互感器，检测三相的电流矢量和，即零序电流Io Ia＋Ib＋Ic＋In=Io。当发生某一相接地故障时，此时电流为接地故障电流加正常泄露电流，与脱扣器整定值比较，即可区分出接地电流，实现单相接地保护。带有单相接地保护的断路器到底是剩余电流型，还是零序电流型，以产品样本为准。

单相接地保护的断路器主要是针对配电线路的干线、主干线和近变压器端的单相对地短路保护，在线路的末端，通常都装漏电电流保护电器（RCD），其动作时间为0.1s。采用RCD时，因为TN－C接地系统中保护线PE和中性线N合用一根线PEN，PEN在正常工作时流过三相不平衡电流，当单相接地时产生的接地故障电流Id也从PEN线上流过，RCD根本无法检测出是不平衡电流还是接地故障电流。所以TN－C系统应按TN－C－S或局部TT接地处理。

TT系统中性点接地与PE线接地分开，中性线N与PE线无连接，供电线路一般较长，相－地回路阻抗较大。发生接地故障时，故障电路内包含外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻（R＋RA），阻抗大，故障电流小，过流保护元件不易启动。在这种系统中装设RCD作单相接地保护是有效的措施之一。

对于TT系统，装有RCD的支路与不装RCD的支路不应使用公共接地极。必须有独立的接地板与PE线专供有RCD的分支回路用。

IT系统是变压器中性点不接地或经大阻抗接地，用电设备外壳直接接地。发生单相接地故障时，接地电流为电容电流。电流通道为：电源－相线－大地－网络电容－电源。故障

电流为另两相对地电容电流的相量和，故障电流小，不需要中断供电，一般不装设漏电保护。但应由绝缘监察器发出信号，以便及时排除故障。IT系统中的漏电保护器主要用于切除两处异相同时接地故障。应根据具体情况按需要装设。

IT系统两处异相同时接地故障，IT系统内外露导电部分分别装设接地极，这时故障电流流经两个接地极电阻，故障回路的切断应符合TT系统接地故障保护的要求。如图5所示。

IT系统两处异相同时接地故障，IT系统内外露导电部分公用一个接地极，这时故障电流将流经PE线形成的金属短路，故障回路的切断应符合TN系统接地故障保护的要求。如图6所示。

电动机接地保护分析 篇5

摘要：文章论述了配电系统的接地方式及适用范围，并在简述了RCD原理后，指出了正确使用RCD的方法。

关键词：TN系统 TT系统 IT系统 RCD保护 接地 接零

电能是一种即发即用、便于传输、使用的清洁能源。我国电力工业发展速度2000年全国发电量为1368．5TWH发电装蝗萘看锏剑常保梗牵祝居世界第二位。电气化水平也得到了极大提高。电能已经成为我国各方面建设及人们生活中不可缺少的能源。电能的使用已遍及各行各业。如：电能用于金属熔炼、焊接、切割及金属热处理，用于电解、电镀及电化加工，电能还用于运输工业、医疗及农业灌溉等。现在，电能正愈来愈多地用来改善居住环境等。

1 接地方式

长期以来，电力安全运行及正确使用电能一直是人们关心的问题，而配电系统的正确接地及有效保护技术又是安全利用电能的重要方面。

电力系统中，有两种接地方式，即中性点直接接地（亦称大电流接地系统），另一种是中性点不接地（或经消弧线圈接地，亦称小电流接地系统）。在110kV及以上的高压或超高压电力系统中，一般采用中性点直接接地，这是为了降低高压电器设备的绝缘水平，也可以防止在发生接地故障后产生的过电压，可免除单相接地后的不对称性。这种接地方式下，接地故障所产生的零序电流足够使继电保护灵敏动作，所以保护可靠。

中压配电系统一般中性点不接地，所以，一旦发生单相接地故障，系统还能在不对称方式下运行二个小时。但是地下电力电缆大量使用及城市用电负荷急增，不少地方已开始采用中性点接地方式。

对380／220V的低压配电系统，除某些特殊情况外，绝大部分是中性点接地系统，其目的是为了防止绝缘损坏后运行人员遭受触电的危险。

这里举一例说明（见图1），低压三相四线制变压器二次侧中性点经接地，电气设备外壳不接地。当外壳带电时，有人触及外壳，此时流过人体的电流为：

Iren＝

式中：ux――相电压（V）

rren――人体电阻（Ω）

r0――接地装置电阻（Ω）

由于r0》rren≈1500Ω，则Iren≈≌0．147A，结果远大于安全允许值。

2 漏电保护器

国家标准GB16917．1―97《家用或类似用途带过电流保护的剩余电流动作断路器的一般要求》等标准规定，漏电保护器可分：

（1）漏电动作开关（仅有漏电保护的保护器）；

（2）漏电动作断路器（带过载、短路和漏电三种功能保护器）；

（3）漏电继电器（仅有漏电报警功能的保护器）。

2．1 保护器的工作原理

漏电保护是一种电流动作型漏电保护，它适用于电源变压器中性点接地系统（TT和TN系统），也适用于对地电容较大的某些中性点不接地的IT系统（对相－相触电不适用）。

漏电保护器工作原理见图2。三相线A，B，C和中性线N穿过零序电流互感器，零序电流互感器的副边线圈接中间环节及脱扣器。

在正常情况下（无触电或漏电故障发生），由克氏电流定律知道：三相线和中性线的电流向量和等于零，即：

＋＋＋＝O

因此，各相线电流在零序电流互感器铁芯中所产生磁通向量之和也为零，即：

＋＋＋＝0

当有人触电或出现漏电故障时，即出现漏电电流，这时通过零序电流互感器的一次电流向量和不再为零，即：

Δ＋＋＋≠0

零序电流互感器中磁通发生变化，在其副边产生感应电动势，此信号进入中间环节，如果达到整定值，使励磁线圈通电，驱动主开关，立即切断供电电源，达到触电保护。

2．2 漏电保护器性能参数说明

2.2.1 额定漏电动作电流（I△n）

它是指在规定条件下，漏电保护器必须可靠动作的漏电动作电流值。国家标准（GB6829―86）规定为0．006、0．01、0．015、0．03、0．05、0．075、0．1、0．2、0．3、0．5、1、3、5、10、20A计15个等级，在0．03A（30mA）以下为高灵敏度，0．03～1A为中灵敏度，1A以上为低灵敏度。

2.2.2 额定漏电不动作电流（I△n0）

这是为防止漏电保护器误动作的必需技术参数，即在电网正常运行时允许的三相不平衡漏电流。国家标准规定I△n0不得低于I△n的1/2。

2.2.3 漏电动作分断时间

动作时间是从突然施加漏电动作电流开始到被保护主电路完全被切断为止。为达到人身触电时的安全保护作用和适应分级保护的需要，漏电保护器分快速型、延时型及反时限型三种。

2.2.4 灵敏度α

一般漏电信号电流不可能很大，又要保证人身安全，我国规定的30mA信号电流可直接接触保护，国外可小到6mA。

漏电互感器的灵敏度由下式表示：

α＝

式中：

E――副边绕组中感应电动势模；

I――一次漏电流的模。

α反应了漏电互感器对漏电流的反应能力。根据电磁感应原理计算得到：

＝1／

采取加大铁芯截面积，增加匝数N1，可以增加励磁阻抗Zm，及增加负载阻抗ZL，则可以得到高的灵敏度。

3 低压配电系统的接地

3．1 三种接地系统

在我国的《民用电气设计规范》（JGJ／T16―92）标准中将低压配电系统分为三种，即TN、TT、IT三种形式。其中，第一个大写字母T表示电源变压器中性点直接接地；I则表示电源变压器中性点不接地（或通过高阻抗接地。第二个大写字母T表示电气设备的外壳直接接地，但和电网的接地系统没有联系；N表示电气设备的外壳与系统的接地中性线相连。

TN系统：电源变压器中性点接地，设备外露部分与中性线相连。

TT系统：电源变压器中性点接地，电气设备外壳没有专用保护接地线（PE）。

IT系统：电源变压器中性点不接地（或通过高阻抗接地），而电气设备外壳没有专用保护接地线（PE）。

3．2 TN系统

电力系统的电源变压器的.中性点接地，根据电气设备外露导电部分与系统连接的不同方式又可分三类：即TN―C系统、TN―S系统、TN―C―S系统。下面分别进行介绍。

e=宋体>   3.2.1 TN―C系统（见图3）

其特点是：电源变压器中性点接地，保护零线（PE）与工作零线（N）共用。

（1）它是利用中性点接地系统的中性线（零线）作为故障电流的回流导线，当电气设备相线碰壳，故障电流经零线回到中点，由于短路电流大，因此可采用过电流保护器切断电源。TN―C系统一般采用零序电流保护；

（2）TN―C系统适用于三相负荷基本平衡场合，如果三相负荷不平衡，则PEN线中有不平衡电流，再加一些负荷设备引起的谐波电流也会注入PEN，从而中性线N带电，且极有可能高于50V，它不但使设备机壳带电，对人身造成不安全，而且还无法取得稳定的基准电位；

（3）TN―C系统应将PEN线重复接地，其作用是当接零的设备发生相与外壳接触时，可以有效地降低零线对地电压。

3.2.2 TN―S系统（见图4）

整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的。

（1）当电气设备相线碰壳，直接短路，可采用过电流保护器切断电源，如果线路较长，可在线路首端装设RCD，靠它切断故障电流；

（2）当N线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，PE线也无电位；

（3）TN―S系统不必重复接地，因为重复接地后对N线断后保护设备作用不明显；

（4）TN―S系统适用于工业企业、大型民用建筑。

3.2.3 TN―C―S系统（见图5）

它由两个接地系统组成，第一部分是TN―C系统，第二部分是TN―S系统，其分界面在N线与PE线的连接点。

（1）当电气设备发生单相碰壳，同TN―S系统；

（2）当N线断开，故障同TN―S系统；

（3）TN―C―S系统中PEN应重复接地，而N线不宜重复接地。

PE线连接的设备外壳在正常运行时始终不会带电，所以TN―C―S系统提高了操作人员及设备的安全性。

3．3 TT供电系统（见图6）

如图6，电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分用PE线接到接地极（此接地极与中性点接地没有电气联系）。

（1）当电气设备发生相碰壳接地，环路阻抗Z＝ZL＋ZPE＋Zf＋RA＋RB

式中：

ZL――相线阻抗；

ZPE――PE线阻抗；

Zf――相线与外壳间接触电阻；

ZA――用电设备接地电阻；

ZB――电源中性点接地电阻。

由于ZL、ZPE、Zf很小，可忽略，接地电流：

Id＝＝

按JGJ／T16―92标准规定RA・I＇d≤50V，及I＇d＝

U――相电压；

I＇d――为低压断路器瞬时或延时过电流脱扣整定值（A）；

Id――单相短路电流（A）。

∴RA≤（15／29）・RB

如果RB≤4Ω，则：RA≤・RB＝2．07Ω；接地电阻 的要求极其苛刻，较难实现，因此一般要求RA取值范围为4Ω～10Ω。

如果RA≤4Ω，则Ia≈12．5A。

由RL1型熔断器特性曲线与自动开关保护特性曲线得到的保护装置允许最大整定值列于下表。

由表可知RA≤4Ω时，熔断器熔体的额定电流Ie≤4A或Ie≤2A，而低压断路器瞬时动作整定值Ie≤11A才能保证在规定时间内切断故障回路。在工程上，这么小的整定值是没有实际意义的，另外，容量较大的分支负荷或支路负荷也无法采用熔断器或自动开关作这种TT接地系统的保护电器，因此要采用RCD保护电器。

（2）TT系统在国外被广泛应用，在国内仅限于局部对接地要求高的电子设备场合，如果在负荷端和首端装设RCD陡上吣┒俗坝卸狭惚；ぃ则可适用于农村居住区、工业企业及分散的民用建筑等场所。

3．4 IT系统

电力系统的带电部分与大地间无直接连接（或经电阻接地），而受电设备的外露导电部分则通过保护线直接接地（如图7）。

图7（a）配电中性点与地绝缘；图7（b）配电中性点经电阻（阻抗）接地；图7（c）配电中性点经阻抗接地渡璞竿饴兜嫉绮糠纸拥降缭吹慕拥靥迳稀

下面分析发生单相短路故障时的情况这里只论述图7（b！T诜⑸第一次接地故障时。

Id≤U／（Z＋RA＋RB＋ZL＋Zf）

式中：

Z――配电系统中性点的阻抗

RA――用电设备的接地电阻，一般RA≤4Ω

RB――配电设备中性点的接地电阻，一般RB≤4Ω

U――电源相电压，220V

ZL――相线电阻

Zf――相线与外壳之间接触电阻

ZL、Zf数值很小，略去不计。按IEC标准，Z的阻抗推荐5倍于相线电压数值，

Z＝5×220担保埃埃唉

Id≤220／（1000＋4＋4）＝0．218（A）    设备外露部分的电压：Uf≤Id・RA＝0．218×4＝0．872V，这个电压不会造成触电伤害，因此第一次出现这种情况，不用切断电源，而是发一个声光告警。

在发生第二次接地故障时（图8），M1设备的L3相接地，M2设备的L2相接地时，必须满足RA・Ia≤50V及RC・IC≤50V，式中Ia、IC分别为M1，M2保护器的动作电流。

在一般情况下，RA＝RC＝4Ω，则Ia＝Ic≈50V／4Ω＝12．5A；如果采用熔断器或空气断路器作保护时，IT系统只能提供小容量负荷。如果采用RCD，则IT系统可以提供较大负荷量。

4漏电保护器的配置

4．1 漏电保护器的配置技术

一般仅有一级保护，额定动作电流I△n≤Vr／Rs。式中：Vr――安全触电电压，特别潮湿场所为2．5V，潮湿场所取25V，而干燥场所取56V；Rs为设备外露导电部分接地电阻。

如果有二级保护，图9表示了两级保护的动作时间和动作电流的配合关系。其第一级的目的是为了防止人身间接接触触电，被保护电网面积大负载电流大，通常150kVA变压器总出线电流216A，动作电流取100～300mA，而动作时间为0．2s以上；其第二级的目的是防止直接接触触电事故，被保护电网覆盖小，动作电流选30mA，动作时间≥0．04s。

如果多级漏电保护时，多级漏电保护I△n1≥3I△n2 t1≥tfd，式中，I△n1是上一级，I△n2为下一级RCD额定动作电流，tfd为上一级RCD可返回的时间；tfd为下一级RCD分、合断时间。

如果要采取三级保护，则（1）末线路端用电设备I△n＝30mAt≤0＃保螅唬ǎ玻┓种路选择RCD，取I△n＝100mA t≤0．3s；（3）干线选择I△n＝300mA t≤1s。

4．2 安装漏电保护器的注意事项

（1）漏电保护器能否正常工作，它与接地方式及安装方式有很大关系。这里仅举一例说明I△n＝100mAt≤1s

由于两个漏电保护器出线后的线路混用（见图10），而造成两个漏电保护器不能同时供电。

图中，由于临时将照明灯泡跨接在两个漏电保护器出线后的相线与中性线之间，它是跨接在2LDB中的相线与的1LDB中性线之间，当灯泡亮后，其相线电流流经2LDB和1LDB回到中线，很明显2LDB使出现不平衡电流，1LDB中也出现差流，从而2LDB和1LDB一起动作，切断了电源，因此造成两个回路都无法正常工作。

（2）安装漏电保护器时，一定要注意线路中中性线的正确接法，即工作中性线一定要穿过漏电电流互感器，而保护中性线决不能穿过漏电电流互感器，如图4―（a）（即TN－S系统）。  5 结论

（1）不同的接地方式应选用不同的接地保护器。TT系统中，RCD是接地故障的适合保护器；而在TN－C系统，就不宜采用RCD；在TN－S，TN－C－S系统，均可采用RCD作保护器。

（2）为了达到保护人身安全，又不要扩大停电范围，要正确选择RCD的分级保护。

电动机接地保护分析 篇6

关键词：高压变频器；电动机；继电保护

1.高压变频器简介

高压变频器的基本组成如图1所示。高压变频器的种类很多，其主要包括直接变频器（循环变频器）和间接变频器（脉冲调制型、负载换流型、中点钳位型、飞跨电容型、H桥级联型）。

2.传统电动机保护配置与变频器电动机保护配置

2.1传统电动机保护配置

异步电动机的故障有定子绕组相间短路故障、绕组的匝间短路故障和单相接地故障；不正常运行状态主要有过负荷、堵转、起动时间过长、三相供电不平衡或断相运行、电压异常等。因此，对于高压电动机，根据规程以差动保护或电流速断为主保护，以过负荷保护、过流保护、负序保护、零序保护及低电压保护等作为后备保护。

2.2变频器电动机保护配置

为了确保系统的可靠性，工频旁路一般都是用变频器来进行，这样也使电动机能够正常工作。如图3所示，在保证变频器检修时，开关K1、K2与主回路没有接触点，此时闭合开关K，电动机运行主要是通过旁路来进行。当按照此情况运行时，电动机由高压母线工频电压直接驱动，开关出线以及电动机本体就是进线开关QF处保护装置的保护对象。因此，电动机保护配置就需要根据常规电动机保护的要求进行，对于有差动保护要求的，需要增加电动机差动保护装置。当断开开关K3时，由变频器拖动电动机时，开关出线以及变频器就是进线开关QF处保护装置的保护对象。目前，由整流变压器等部分构成的变频器是发电厂比较常用的，也就是说，开关出线以及整流变压器是进线开关QF处保护装置的保护对象。此时电动机的负荷与母线隔离后高压变频器的负荷相同，因此，高压变频系统的控制器能够实现电动机的保护。当然也有些电动机无法实现差动保护，因为开关处电流与电动国际中性侧电流频率不同，此时步伐实现保护，只能选择退出。

目前变频器电动机保护配置方式主要存在两个问题：(1)对于2000kW以上的电动机，需要配置差动保护。因此，在变频器拖动电动机情况下，电动机差动保护退出，保护的可靠性受到影响。(2)任意时刻，变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。

3.高压变频器在电动机继电保护中运用时产生的问题

一般而言，高压异步电动机应装设纵联差动保护。对6.3MVA及以上的变压器应装设本保护，用于保护绕组内及引出线上的相间短路故障；保护装置宜采用三相三继电器式接线，瞬时动作于变压器各侧断路器跳闸，当变压器高压侧无断路器时，则应动作于发电机变压器组总出口继电器，使各侧断路器及灭磁开关跳闸。对2MVA及以上采用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器也应装设本保护。

目前而言，工变频互动方式是现场电动机加装变频器所采用的主要改造方式，其系统架构如图2所示。

变频器可以通过可编程逻辑控制器自动完成或者手动完成变频与工频之间的切换，但是条件是当变频器出现故障或者工况要求进入工频供电；在工频运行时，如果变频运行需要重新投入进行，那么工频与变频状态的切换就可以通过自动或者手动完成。

当电动机处于工频运行工况时，那么对于现场使用要求，常规电动机保护对此要求是能够满足的；当电动机处于变频运行工况时，由于变频器装置的加入，在频率、相位上，变频器的输入和输出电流之间的关系不大，如果其保护配置还是按照原来的方法进行，那么要想实现保护功能就受到了阻碍。因此，在具有高压变频器的电动机中，只需对电动机进行单独保护就行，不应将变频器纳入差动保护的范围。差动保护范围为：始端电流互感器应置于变频器的输出端，而非电源开关侧，末端电流互感器置于电动机的中性点侧。

电动机在变频运行工况时，变频器输出频率范围一般可以达到0.5~120Hz，现场实际调频运行范围一般在15~50Hz。而目前常用的微机保护装置均是根据行业标准设计的，即采用固定频率50Hz进行数字采样计算，如何让微机保护装置能够适用于大范围频率运行是变频电动机保护必须解决的问题。同时，考虑到在变频器电源输出侧不方便装VT，如何实时测量电动机运行频率也是需要解决的难题。

4变频差动保护原理

装置的宽频率运行采用实时频率测量、实时频率跟踪、实时电流互感器补偿的方式来实现引风机变频工况的差动保护。装置采用了电压和电流相结合的测频模式，当电压不能接在装置外回路时，此时采用电流测频。同时软件过零点测频算法和实时频率跟踪相结合是装置的频率测量的采用的主要方法，并且在此基础上，采用了幅值自动补充功能，主要是考虑到了不同频率下幅频特性的不一致，从而在不同范围内使装置具有可靠的采样精度得以保证，装置的正确可靠动作也得到了进一步的实现。

5．变频器电动机差动保护

高压变频器在电动机中的运用，在此情况下，如图3所示，由于电动机机端CT1与CT3两处的电流频率不同，而导致传统的电动机差动保护无法使用。目前磁平衡差动保护的应用主要存在以下问题：（1）目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引出。(2)磁平衡差动的电流是在变频器下方，非工频电流。对于微机保护，按照工频50Hz整定的定值不适用于非工频情况。由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流。可考虑在变频器下方、电动机上方加装一组CT，即CT2，此组CT可安装于变频器柜中，由CT2和CT3两组电流构成差动保护。常规差动保护为相量差动，其原理是用傅里叶算法，根据一个周波的采样点计算出流入和流出电流的实虚部，再计算出差动和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方式构成判据。由于电流非50 Hz工频，因此在进行傅里叶计算时需要通过频率跟踪保证计算结果的正确。由于变频器下方无电压引入，因此通过常规的电压跟踪频率方式无法实现。有厂家提出利用电流跟踪频率，但由于电流跟踪频率存在较大的误差，容易引起保护的误动、拒动，在实际中并不采用。

对于差动保护中采用的采样值差动，微机保护中所有通道采样均为电流在同一时刻的瞬时值:当被保护设备没有横向内部故障时，各采样电流值之和为零；当发生内部故障时，各采样电流值之和不为零。采样值差动保护就是利用采样值电流之和按一定的动作判据构成。

与常规相量差动保护相比，采样值差动具有动作速度快、计算量少等特点，是微机差动保护领域的一个突破，己应用于母差、变压器等保护中。采样值差动不涉及傅氏计算，变频器所带来的谐波也不会影响其计算精度，因此，对工作于25~50Hz的高压变频电动机，其差动保护可以利用该算法实现。

总而言之，就目前高压变频器在电动机继电保护中的运用而言，实现差动保护主要采用值差动保算法来进行，可以最终使用一台装置来实现变压器与电动机保护装置的功能，这样不仅使高压变频器在电动机继电保护中实现了相应的功能，而且也使成本节省了很多。

参考文献：

电动机接地保护分析 篇7

关键词：中性点经电阻接地,单相接地,母线零压保护

上海电网35 kV系统中性点接地主要有不接地、经消弧线圈接地和经小电阻接地3种方式。随着城市化规模不断发展,电缆线路越来越多,绝大多数35 kV系统对地电容电流已经超出了中性点经消弧线圈接地或不接地系统中一次设备的限额,因此目前城市地区35 kV系统逐步转为采用经小电阻接地方式,并要求线路发生单相接地时保护能迅速动作,切除故障。本文通过对35 kV电阻接地系统中一起35 kV线路长时间单相接地引发相间短路故障的事例分析,阐述了35 kV中性点经小电阻接地的变电站装设35 kV母线零压保护的必要性。

1 35 kV系统的基本情况与故障经过

1.1 35 kV系统中性点接地方式与接线

目前35 kV电网中,3种中性点接地方式有着各自的特点:①中性点不接地或经消弧线圈接地系统中发生单相接地故障时,线电压仍然对称不变,单相接地电流与负荷电流相比并不大,对用户供电基本无影响,但需要在较短时间(1～2 h)内切除故障,以免发展成相间故障而对设备造成损坏;②中性点经小电阻接地系统中发生单相接地故障时,接地短路电流很大(上海电网规定接地故障电流为1 000 A),因此要求其接地保护能灵敏、可靠、快速地切除接地短路故障,以免危及电气设备的安全。

本文分析的35 kV系统采用Z型接地变压器直接接于220 kV三绕组主变压器的Δ绕组上。接地电阻经Z形接地变压器中性点接地,接地电阻阻值为20 Ω,接线如图1所示。

1.2 35 kV线路保护的配置和整定值

35 kV线路保护一般配置电流速断保护和电流电压速断保护作为线路发生相间故障时的主保护,过电流保护作为相间故障的后备保护。在中性点不接地系统中,不专门配置线路的零序电流保护,但一般在35 kV母线上装设母线零压保护;在中性点经小电阻接地系统中,35 kV线路还需配置二段式的零序电流保护,作为线路发生单相接地故障的主保护。

本文讨论的35 kV线路,配置了电流速断保护、电流电压速断保护、过电流保护、零序电流一段保护、零序电流二段保护和重合闸。根据《上海电网小电阻接地系统继电保护配置原则和整定运行规定》,零序电流一段保护定值整定要求保证出线上发生单相接地故障时至少有2倍灵敏度;零序电流二段保护定值整定时考虑经过渡电阻接地影响,一般不大于300 A以确保足够灵敏度。

1.3 故障经过

2008年8月13日13时03分,该220 kV变电站的35 kV 853线路电流电压速断保护动作,断路器跳闸。0.7 s后重合闸动作,断路器重合。由于故障仍存在,该线路电流电压速断保护再次动作,断路器再次跳闸。线路运行人员在现场巡线发现,该线路在离变电站600 m处的工作井内电缆终端烧坏。17时26分,变电站另一条35 kV 858线路电流电压速断保护动作,断路器跳闸。由于该线路为纯电缆线路,重合闸停用,因此该线路失电。线路运行人员在现场巡线发现,在与853同一工作井内该线路电缆终端也烧坏。

2 保护整定与故障情况分析

2.1 保护整定的分析

小电阻接地系统电流特性类似于中性点直接接地系统。因此主要根据电流特性来分析判断本次故障原因。根据对称分量法分析,本文讨论的35 kV系统零序电流一段、二段保护整定值分别为432 A、1 s和300 A、2.5 s。853线路电流速断保护跳闸前,故障录波显示35 kV C相母线电压为0, 853线路零序电流为75 A。以电压推断,853线路发生了C相金属性接地故障。但按电流推断,与小电阻接地故障时的电流特性又不相符,因为小电阻接地系统单相金属性接地故障时零序电流不可能这么小。858线路跳闸前,故障录波显示35 kV A相母线电压为0,零序电流为70 A,经计算,此值刚好是35 kV母线非故障线路电容电流之和。这两条线路故障跳闸前电流、电压的特点正好符合35 kV中性点不接地系统单相接地故障时的特征。

中性点经小电阻接地系统发生单相接地故障时接地短路电流很大,因此要求其接地保护能灵敏、可靠、快速地切除接地短路故障,以免危及电气设备的安全。而根据该站故障录波数据,853线路跳闸前,35 kV系统存在单相(C相)金属性接地故障,但因零序电流很小(75 A),未达到保护整定值,二段式零序电流保护未动作。这样,线路C相接地故障继续存在,直至发展为C、A两相接地,两相电压为0,两相故障电流升至9 800 A,达到线路电流电压速断保护定值,使线路电流电压速断保护动作,853线路断路器跳闸。

853线路跳闸后,发现母线电压仍未恢复正常。858线路跳闸前(17时26分前),35 kV A相母线电压为0,可见858线路此时已发生A相接地。通过录波图确认,A相接地故障已经持续超过4 h。由于零序电流只有70 A未达到整定动作值,因此零序电流一、二段保护均未动作。之后,发展成三相相间故障,A、B相故障电流值达到将近10 000 A,C相故障电流接近8 000 A,达到电流电压速断保护定值,保护动作,断路器跳闸。858线路跳闸后,故障录波显示35 kV母线电压、主变压器、断路器三相电流均又恢复正常。

2.2 接地变压器及接地电阻运行情况分析

853、858线路在跳闸前,母线均存在金属性单相接地现象,作为35 kV电阻接地系统,线路零序电流保护理应迅速动作。但是,实际上接地时两条线路的零序电流保护均未动作,这与中性点经小电阻接地系统35kV线路保护动作特性不相符。

通过具体分析853、858线路故障时电流电压变化情况及保护动作情况,发现均不符合小电阻接地系统电流电压变化特性及保护动作特性。因此很有可能在线路故障前35 kV系统实际上接地电阻已与系统断开运行了。

接地电阻与系统断开运行有接地变压器故障或接地电阻断开两种可能。接地变压器若有任何故障,接地变压器的相间保护(速断、过流保护)或零序电流保护会动作,切除故障,运行人员可通过保护动作信号及时发现故障点和故障设备,本例中排除了这种故障的存在。由于接地电阻从外观上无法判断是否存在故障,因此只能通知相关人员将相关的主变压器、接地变压器进行停电检查。经试验发现接地电阻的确已烧坏,造成系统中性点与地断开。正由于此原因,变电站220 kV 1号主变压器35 kV侧系统变成了中性点不接地系统。由此853线路长时间C相接地,最终发展成A、C两相故障。再从现场看,两条线路的故障点位于同一电缆工井内,且电缆均已严重烧毁。853线路故障时,已经引起858的A相导线绝缘烧坏。经过约4 h后,858线路从单相发展成相间接地故障,线路速断保护动作,切除了故障。

事故后,分析了造成该站接地电阻烧坏的原因,通过对该类接地电阻进行多次温升试验,测量这种接地电阻在达到热平衡情况下可承受的电流与持续时间的关系表明,在通过电流不超过100 A时,可持续热平衡状态2 h而无异常;当电流达到300 A时,接地电阻能承受的时间为50 s;当电流达到200 A时接地电阻能承受的时间为126 s。另外,通过故障录波数据发现,该站853线路在此故障之前就发生了故障电流小于300 A的接地故障且持续时间长达4 h,这就致使该系统的中性点接地电阻长时间承受故障电流而烧坏。

3 改进措施

近年来,上海电网曾发生过几起类似的故障。例如,2001年某条35 kV直埋敷设的电缆线路在运行过程中接头保护盒被损坏,电缆绝缘受潮,在长期运行条件下,绝缘能力下降,导致电缆故障,虽故障电流很小但持续时间较长,最终导致了该线路所送系统的中性点接地电阻烧坏。目前,35 kV电阻接地系统的接地电阻一旦因各种原因发生断开,若此时发生系统单相接地故障,无任何保护可以反映接地故障,而且变电站运行人员也无法从站内一次设备的外观寻找出故障,这就致使系统长时间处在中性点不接地运行状态。对此,建议对35 kV电阻接地系统的35 kV母线装设灵敏度更高的零电压保护,定值可取15～25 V。

35 kV母线装设零压保护后,可取得如下好处:①正常运行情况下该系统内的设备如果发生故障电流很小的单相接地故障时,35 kV母线零压保护将及时发出信号,运行人员就可根据此信号及时进行线路接地试拉,及时找出故障线路,防止该系统中性点接地电阻长时间承受故障电流而烧坏;②若35 kV接地电阻烧坏(或某些原因)与系统断开运行期间该回路的设备又发生单相接地时,35 kV母线零压保护将及时发出信号,为变电站运行人员进行事故处理提供判别依据,可防止长时间接地时产生的过电压使设备绝缘击穿,导致故障进一步扩大,保护设备安全运行。

4 结语

随着上海城市电网不断发展,电缆线路越来越多,城市地区35 kV系统均采用中性点经小电阻接地方式,而接地电阻发生故障的概率也在逐步增多。目前,上海10 kV电网中性点经小电阻接地系统的10 kV母线上就装设了母线零压保护,并取得了较好的效果。因此,建议在35 kV中性点经小电阻接地方式的35 kV母线上装设35 kV母线零压保护,一旦接地电阻故障而与系统断开运行,该保护能及时反映系统内发生单相接地故障情况,从而保护了设备的安全。同时,该保护运行维护成本低,具有较高的可实施性。

参考文献

[1]贺家李.电力系统继电保护原理[M].北京:水利电力出版社,1994.

电动机接地保护分析 篇8

关键词：地铁35 kV环网；接地变压器；故障分析；防护设计

中图分类号：TM246 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0088-01

地铁环网接地变压器在整个地铁系统运行中起到至关重要作用，在设计中要科学分析、统筹考虑，结合具体实际进行电器故障分析与处理，提升变压器的稳定性，保障整体线路的正常运行。

1 地铁35 kV环网接地变压器的结构及工作原理

地铁35 kV环网接地变压器是一项人为在连接系统中设计的中性点转接技术，它是在中间点另加设接地电阻接地设备，一旦发生线路单相接地短路故障时，能够重新构成新的通路，产生零序电流，将故障问题控制在标准范围之内，从而对变压器起到保护作用。近时期常用的接地变压器多数为“Z”字型结构模式，有人称这种结构模式为“千鸟接法”的接线方法，这种Z型结构的接地变压器在结构上与普通三相芯式变压器相比，有许多相同的之处，只是在每相铁芯上的绕组方式上有所差异，但这结构所发挥的效能是普通变压器达不到的，它从上、下两面进行相等匝数曲折形连接。在接线的方式采用ZN、YN两种形式， 采用油浸式和干式绝缘两种进行，Z型接地变压器零序阻抗低，而空载阻抗高，安全性能更高、动力效果相對强等优点，由于现在地铁接地变压器多以干式绝缘变压器为主，以下围绕干式绝缘变压器为主题展开论述与分析。

2 地铁35 kV环网接地变压器的常见故障分析

地铁35 kV环网接地变压器在电路整体设计及运行中，出现的故障一般分为内部故障与外部故障两类。外部故障是环网接地变压器中最常出现的故障，多数是指在接地变压器的外部及连接的线路接口及线体等处出现问题，可能会出现单相接地或短时间的短路现象。干式绝缘变压器的内部故障多数是指在变压器的内部铁芯及，以及线圈绕组部位中间出现的线路损坏等发生故障问题，多数分为“初始”故障和电气故障两大类。

2.1 “初始”故障分析

接地变压器“初始”故障是变压器的内部常见问题，是在电路运行初期发生的问题，最初可能不会产生一些大的电器损伤，也可能在短时间内不会有明显的外在表现，但长时间会造成大的故障问题发生，这种初始的小故障也要引起我们高度重视。

首先要弄清造成初始化故障的原因，通过实践表明，以下几种因素是造成初始化故障的主要因素：

①内部分接开关产生问题，并联的变压器或内部中的并联元件在运行时，出现负荷分配不合理，往往会产生环流，造成变压器线组产生热过多损伤元件，从而造成故障。

②变压器内部的导体中的铁芯或线圈及连接不良等问题，从而造成在变压器内部产生间歇性电弧，对变压器内容的部分元件造成损伤，出现初始化故障。

③变压器内部的冷却介质不足或降温效果不良，造成内部热量越积越多，使内部的温度升高，时间久了容易造成部分线体或元件损坏，从而出现故障。

实际表明，初始化故障可以从最初一些现象呈现，并及时得到有效处理，由于短路而引发中性点过电流及过电压，冷却故障出现变压器温度升高等。

2.2 电气故障分析

接地变压器在内部出现故障，造成线路不能正常供电，主要有以下几种原因造成的：首先是由于中性点位置直接接地、侧单相线路接地造成短路引起内部电路故障；其次是高压线组或低压绕组相互间影响造成的短路现象；再次是由于高压绕组或低压绕组匝间引发的短路现象。如果是由于以上三种原因造成的电气故障，可以利用专业仪器对变压器的不平衡电流和电压进行检测，通过相关数据分析、与相关技术标准进行比对，从而找到故障的真正问题所在，有针对性进行解决处理。

2.3 仿真平台模型构建分析

在环网接地变压器出现问题后，可以通过进行仿真平台模型构建来有效分析、处理，从而更好发现故障，及时采取有效措施进行解决。

通过利用现代高科技仿真软件MATLAB等的图像处理优势，结合具体实际，在平台中建立一个由几个单相多绕组的故障模型变压器，同时建立一个10 kV的不接地谐振系统，围绕故障常出现问题进行仿真分析验证，通过相关数据的分析、处理及比对，更准确的找到故障所在，从而有针对性进行制订解决方案，确保电路高效得到解决。

3 地铁35 kV环网接地变压器的保护设计

造成地铁35 kV环网接地变压器的故障因素有许多，有配件质量、技术难题等客观因素，也有许多人为方面的因素，在对变压器防护设计及运营中要加强保护设计，也能降低故障发生率，保证系统的正常运行。

3.1 增强变压器保护配置

在变压器的配置方面加强保护措施，可以有效加强对变压器的保护，将损失度降低到最低化。同时国家在质量安全生产相关规定中也明确指出，当变电装置的总容量超过有着规定的标准时，要配置相关的继电器等系列的保护措施，确保变压器的正常运行。

首先采用自断式防护措施。一般有熔断式及切断式，这种措施相对便宜、操作方法简单、防护效果好，在配电变压器容量不超过规定标准的电量时，采用自断式熔断设备作为防护措施，可以很好的进行高压侧短路的保护以及低压侧过负荷保护，实践证明效果比较理想。其次负荷开关与自断式保护器组合。这种二者结合防护可以在短时间内断开瞬间产生的高压电流，优点是可以对单相、两相、三相短路进行维护，当短路故障中任意一处都能起到保护作用，从而能在最短时间内触发负荷开关，及时将故障问题隔断。再次采用断路器与继电器组合，它具有开断容量大、分断次数多且功效明显，组合使用可以加强对电变压器短路保护能力。

3.2 优化零序保护方案

在对变压器的防护设计中，优化零序保护不失是一种比较理想的措施，主要从以下几个方面展开：

①外部故障的异步划分。当发生外部的接地故障时变压器的中性点电流会发生增加，随着发展会出现比较大的差电流，可以根据中性点电流与差电流的变化进行判定，如果中性点电流增加同时差电流变就，可以判定出现了外部接地故障，如果二者同时出现，可以判定不是外部外故障。

②分布判定。电流变压器发生外部及内部故障时，电流的呈现不同的分布状态，通过专业仪器检测出数据分析计算比对可以判定区外与区内的故障。还可以进行二次谐波闭锁判定。通过对变压器中的中性点电流的二次谐波的含量不同，进行对中性点侧的饱和程度，采用零序防护措施在特定的时间段内使用闭锁判定，可以有效的防止中性点饱和程度造成的误动现象，可以有效进行故障的分析与处理。

3.3 规范操作技术流程

环网接地变压器的防护一方面要靠硬件方面质量的保障，还要加强技术方面人为因素，在变压器的各配件的技术标准、安装参数以及在外部具体安装过程等方面要严格遵循操作流程，确保各项安全指标参数均符合国家的相关质量安全标准，以保证电力整体系统的安全稳定运行。

4 结 语

地铁35 kV环网接地变压器的稳定性，关系到整个地铁系统的安全运行，也事关人们生活、生产的和谐有序。我们要在具体实践加大研究力度，不断总结出故障分析与防护的更成熟的经验与做法，不断推动地铁电力系统的更好发展。

参考文献：

[1] 黄建莹.配电系统用接地变压器的论证[J].广东输电与变电技术，2008，=（1）.