如何使用敏感继电器找到在VFD电阻接地系统中的接地故障？

品慧电子讯接地故障可能会非常危险。在直接接地系统中的短路接地会产生大电流，损坏设备并导致停止运行。接地故障还可能产生电弧闪光，可能会对附近的人员造成严重伤害以及设备损坏。

如何使用敏感继电器找到在VFD电阻接地系统中难以发现的接地故障？

接地故障可能会非常危险。在直接接地系统中的短路接地会产生大电流，损坏设备并导致停止运行。接地故障还可能产生电弧闪光，可能会对附近的人员造成严重伤害以及设备损坏。电弧闪光的危险是电气柜上必须贴有警告标签以及在通电面板上作业的任何人员都必须穿戴适当的个人防护装备（PPE）的原因。此外，电弧闪光可能没有足够的电流使过电流保护器件快速跳闸。

减少或消除许多接地故障问题（包括大多数电弧闪光事件）的一种方法是使用高电阻接地（HRG）系统，其中变压器的中性点（星形接线变压器或发电机的 X0 点或者之字形变压器的人工中性线）通过中性点接地电阻（NGR）与大地连接，如图 1 所示。NGR 将接地故障电流限制在一个较低的值，在许多情况下，将允许系统继续运行。通过消除相对地故障，HRG 系统消除了 95% 的电弧闪光危险。矿产业长期以来一直要求使用 HRG 系统。

“图 1：在高电阻接地系统中，变压器的中性点（或之字形变压器的人工中性线）通过中性点接地电阻接地。

即使高电阻接地在提高安全性方面带来了很大的好处，但还有一些重要的事情需要考虑，其中包括许多可能会使检测低级接地故障变得困难的因素。其中一些因素会因变频器的使用（VFD）而加剧。

本文将介绍 HRG 系统如何运作的一些方面内容，探讨 HRG 系统中接地故障监测所面临的各种挑战，并展示如何解决这些技术挑战的。

检测接地故障

由于 HRG 系统可防止接地故障引起过电流跳闸，因此必须有一种方法来检测接地故障何时发生。在接地系统中检测接地故障的 佳方法是使用电流感应接地故障继电器（GFR），它使用的是磁势平衡零序电流互感器（CT 或 ZSCT）来检测不应该存在的电流。如此能够进行选择性协调，并且使找出接地故障。

任何贯通式电流互感器在所有载流导体都通过 CT 窗口时都将成为磁势平衡零序 CT。如果没有接地故障，则 CT 的输出为零。如果有接地故障，电流不会增加到零，可以检测到差值并用于发出报警信号，或将故障部分跳闸。

限制因素

许多因素可能会限制测量低电平接地故障电流的能力。这些因素包括系统电容、不平衡单相负载、电流传感器限制、低频运行、谐波分量和 VFD 载波频率。

系统电容

所有电气系统都具有对地电容。虽然实际上电容是系统上分布的，但它通常被建模为“集总”值，如图 2 所示。在接地系统上，如果所有三相电容相等，则在一起的磁势平衡 CT 读数将为零，但是如果电容或相对地电压不相等，则 CT 将具有非零值的输出。除非跳闸阈值增加，否则会导致故障跳闸，并降低检测低电平接地故障的能力。这在很大程度上解释了工业系统中不可能实现人员保护电平的原因。

“图 2：如果所有三相的分布电容相等，则三相在一起的磁势平衡 CT 读数为零，但如果电容或相对地电压不相等，则 CT 将具有非零的输出值。

充电电流

当未接地系统的那相短路接地时，电流将会流经电容至其他两相接地，如图 3 所示。注意，“1”点上磁势平衡 CT 将测量充电电流，而“2”点上的磁势平衡 CT 测得值为零。该充电电流可能足够大到使接地故障继电器在未故障馈线上作用。为避免这种所谓的交感跳闸，对这些馈线的保护必须设定在高于充电电流的电平之上；如果交感运行是可以接受的，保护等级可以设定得较低。

电压不平衡

如果三相的线间电压是不等的，则通过相电容的电流亦将不等，导致稳态零序电流。这种电压不平衡可能是不平衡单相效用负载的结果。其影响通常较小，但可能会影响低电平接地故障电流的检测。值得注意的是，在没有电流泄漏至接地的情况下，不平衡负载电流将不会导致接地故障跳闸，因为在磁势平衡 CT 中的相电流将增加到零。

电流互感限制

电流互感器对于低电流和高电流都有其自身的限制。在低电流端，有一个 小的初级电流将产生一个输出，而且在某些条件下，这使得有必要使用专门的 ZSCT。在高电流端，可能存在磁芯饱和的问题，输出不再与初级电流成比例。即使初级电流没有过量，如果主导体放置不良或者存在大浪涌电流，变压器磁芯部分可能会进入饱和状态，从而防止平衡电流正确相加，并且在没有零序电流时产生输出。降低这种影响的方法之一是使用通量调节器，这是一种适合 CT 窗口的导磁套筒，可减少局部饱和。将相导体居中放置在 CT 窗口中，并将它们以 ABC、ABC等（而不是 AA、BB、CC等）绑在一起也是有帮助的。

“图 3：当未接地系统的一相短路接地时，电流将会流经电容至其他两相的接地。该充电电流可能足够大到导致未故障馈线上互感跳闸。

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