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如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中的接地故障?

發(fā)布時間:2021-07-13 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】接地故障可能會非常危險。在直接接地系統(tǒng)中的短路接地會產(chǎn)生大電流,損壞設(shè)備并導(dǎo)致停止運行。接地故障還可能產(chǎn)生電弧閃光,可能會對附近的人員造成嚴重傷害以及設(shè)備損壞。
  
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中難以發(fā)現(xiàn)的接地故障?
 
接地故障可能會非常危險。在直接接地系統(tǒng)中的短路接地會產(chǎn)生大電流,損壞設(shè)備并導(dǎo)致停止運行。接地故障還可能產(chǎn)生電弧閃光,可能會對附近的人員造成嚴重傷害以及設(shè)備損壞。電弧閃光的危險是電氣柜上必須貼有警告標(biāo)簽以及在通電面板上作業(yè)的任何人員都必須穿戴適當(dāng)?shù)膫€人防護裝備(PPE)的原因。此外,電弧閃光可能沒有足夠的電流使過電流保護器件快速跳閘。
 
減少或消除許多接地故障問題(包括大多數(shù)電弧閃光事件)的一種方法是使用高電阻接地(HRG)系統(tǒng),其中變壓器的中性點(星形接線變壓器或發(fā)電機的 X0 點或者之字形變壓器的人工中性線)通過中性點接地電阻(NGR)與大地連接,如圖 1 所示。NGR 將接地故障電流限制在一個較低的值,在許多情況下,將允許系統(tǒng)繼續(xù)運行。通過消除相對地故障,HRG 系統(tǒng)消除了 95% 的電弧閃光危險。礦產(chǎn)業(yè)長期以來一直要求使用 HRG 系統(tǒng)。
 
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中的接地故障?
“圖 1:在高電阻接地系統(tǒng)中,變壓器的中性點(或之字形變壓器的人工中性線)通過中性點接地電阻接地。
 
即使高電阻接地在提高安全性方面帶來了很大的好處,但還有一些重要的事情需要考慮,其中包括許多可能會使檢測低級接地故障變得困難的因素。其中一些因素會因變頻器的使用(VFD)而加劇。
 
本文將介紹 HRG 系統(tǒng)如何運作的一些方面內(nèi)容,探討 HRG 系統(tǒng)中接地故障監(jiān)測所面臨的各種挑戰(zhàn),并展示如何解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)的。
 
檢測接地故障
 
由于 HRG 系統(tǒng)可防止接地故障引起過電流跳閘,因此必須有一種方法來檢測接地故障何時發(fā)生。在接地系統(tǒng)中檢測接地故障的  佳方法是使用電流感應(yīng)接地故障繼電器(GFR),它使用的是磁勢平衡零序電流互感器(CT 或 ZSCT)來檢測不應(yīng)該存在的電流。如此能夠進行選擇性協(xié)調(diào),并且使找出接地故障。
 
任何貫通式電流互感器在所有載流導(dǎo)體都通過 CT 窗口時都將成為磁勢平衡零序 CT。如果沒有接地故障,則 CT 的輸出為零。如果有接地故障,電流不會增加到零,可以檢測到差值并用于發(fā)出報警信號,或?qū)⒐收喜糠痔l。
 
限制因素
 
許多因素可能會限制測量低電平接地故障電流的能力。這些因素包括系統(tǒng)電容、不平衡單相負載、電流傳感器限制、低頻運行、諧波分量和 VFD 載波頻率。
 
系統(tǒng)電容
 
所有電氣系統(tǒng)都具有對地電容。雖然實際上電容是系統(tǒng)上分布的,但它通常被建模為“集總”值,如圖 2 所示。在接地系統(tǒng)上,如果所有三相電容相等,則在一起的磁勢平衡 CT 讀數(shù)將為零,但是如果電容或相對地電壓不相等,則 CT 將具有非零值的輸出。除非跳閘閾值增加,否則會導(dǎo)致故障跳閘,并降低檢測低電平接地故障的能力。這在很大程度上解釋了工業(yè)系統(tǒng)中不可能實現(xiàn)人員保護電平的原因。
 
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中的接地故障?
“圖 2:如果所有三相的分布電容相等,則三相在一起的磁勢平衡 CT 讀數(shù)為零,但如果電容或相對地電壓不相等,則 CT 將具有非零的輸出值。
 
充電電流
 
當(dāng)未接地系統(tǒng)的那相短路接地時,電流將會流經(jīng)電容至其他兩相接地,如圖 3 所示。注意,“1”點上磁勢平衡 CT 將測量充電電流,而“2”點上的磁勢平衡 CT 測得值為零。該充電電流可能足夠大到使接地故障繼電器在未故障饋線上作用。為避免這種所謂的交感跳閘,對這些饋線的保護必須設(shè)定在高于充電電流的電平之上;如果交感運行是可以接受的,保護等級可以設(shè)定得較低。
 
電壓不平衡
 
如果三相的線間電壓是不等的,則通過相電容的電流亦將不等,導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)零序電流。這種電壓不平衡可能是不平衡單相效用負載的結(jié)果。其影響通常較小,但可能會影響低電平接地故障電流的檢測。值得注意的是,在沒有電流泄漏至接地的情況下,不平衡負載電流將不會導(dǎo)致接地故障跳閘,因為在磁勢平衡 CT 中的相電流將增加到零。
 
電流互感限制
 
電流互感器對于低電流和高電流都有其自身的限制。在低電流端,有一個  小的初級電流將產(chǎn)生一個輸出,而且在某些條件下,這使得有必要使用專門的 ZSCT。在高電流端,可能存在磁芯飽和的問題,輸出不再與初級電流成比例。即使初級電流沒有過量,如果主導(dǎo)體放置不良或者存在大浪涌電流,變壓器磁芯部分可能會進入飽和狀態(tài),從而防止平衡電流正確相加,并且在沒有零序電流時產(chǎn)生輸出。降低這種影響的方法之一是使用通量調(diào)節(jié)器,這是一種適合 CT 窗口的導(dǎo)磁套筒,可減少局部飽和。將相導(dǎo)體居中放置在 CT 窗口中,并將它們以 ABC、ABC等(而不是 AA、BB、CC等)綁在一起也是有幫助的。
 
如何使用敏感繼電器找到在VFD電阻接地系統(tǒng)中的接地故障?
“圖 3:當(dāng)未接地系統(tǒng)的一相短路接地時,電流將會流經(jīng)電容至其他兩相的接地。該充電電流可能足夠大到導(dǎo)致未故障饋線上互感跳閘。
 
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