数据中心发电机组接地系统

1 低压发电机组接地

    低压柴油发电机组常见的接地方式有工作接地和保护接地。

    工作接地是低压柴油发电机组的中性点接地，目的是当输出的一相对地发生短路时，触电电压可降到接近或等千相电压，故可降低电气设备和输电线路的绝缘水平，且当一相接地后接地电流较大，保护装置会迅速动作，断开故障点。

    保护接地是柴油发电机组的外壳采用直接接地方式，当发电机组的外壳带电，而人体触及其外壳时，由于人体电阻远大于接地电阻，通过人体的电流就很小，可避免发生人员触电的危险。

    数据中心用配电变压器低压侧的中性线是直接接地的。如果市电／发电机组转换开关采用3极开关时，发电机组输出中性线应为不接地方式，其输出的相线与中性线均需接至（带有ATS) 低压配电系统中，低压发电机组的中性线与配电变压器低压侧的中性线直接相连，即低压发电机组的中性线通过变配电系统的下作接地与地相连，保证发电机组的正常运行；如果市电／发电机组转换开关采用4极开关时，发电机组输出中性线应直接可靠接地。

    如果发电机房与变配电机房共处一个建筑，或发电机房与变配电机房相邻时，发电机房与变配电机房应该共用一个接地系统。如果低压发电机房远离数据中心用低压自动转换开关时，低压发电机房应单独设置接地系统。

2 高压发电机组接地

    高压发电机组的接地系统包括发电机组中性线接地线、高压接地电阻柜、高压接地开关柜，接地方式也有多种。

    高压发电机组在运行时，发生接地短路时，系统对人身和设备会产生巨大的安全隐患。发电机组中性点通过电阻接地检测流过中线点的故障电流，可驱动继保动作。

    中性点的接地方式主要有：不接地方式（小电流接地）、消弧线圈接地方式（大电流接地）和电阻接地方式。当接地故障电容电流小于10A时，采用不接地方式；当接地故障电容电流大于10A时，采用消弧线圈接地或电阻接地方式。它们在一定的适用条件下，具有相应的优点。

(1) 不接地方式

    即高压配电系统中性点不接地，但该方式存在较高的工频过电压和操作过电压，不利于系统中弱绝缘设备的可靠运行。原因如下：该方式虽然允许系统在单相接地故障下运行，但是一旦发生不可恢复性的故障，故障电流会长时间地流过故障设备。即使故障电流的幅值较小，对耐热性能较差的设备也是不利的。

(2) 消弧线圈接地方式

    供电系统电容电流较大时，可采用消弧线圈接地方式，即利用消弧线圈的电感电流来补偿电容电流，使单相接地时的故障电流减小为很小的残流，因消弧线圈的投入使一些可恢复性故障得以自动消除，也降低了过电压倍数，可提高系统的可靠性。

(3) 电阻接地方式

    为了减少故障电流，往往在电容电流较大的系统采用了电阻接地方式，即用电阻将短路电流限制在一定值内。

    中性点接地电阻柜对降低电网过电压、提高电网的安全性和可靠性，具有良好的效果。当接地电流大于规定值时，有可能产生弧光接地过电压。中性点采用电阻接地方式的目的就是给故障点注入阻性电流，使接地故障电流呈阻容性质，减小与电压相位差角，其电阻分量电流可以把故障电流限制得适度，提高继电保护灵敏度，把暂态过电压限制到正常相对中性点电压的2.6倍，降低故障点电流过零熄弧后的重燃率，防止弧光过电压损坏主设备，同时对铁磁谐振过电压有显著的作用。

    系统设置中性点接地电阻柜后，当发生非金属性接地时，流过接地点和中性点的电流比金属性接地时显著降低，非故障相电压上升也显著降低，有限流降压的作用。由于中性点电阻能吸附大量的谐振能量，在有电阻器的接地方式中，从根本上抑制了系统谐振过电压。

    电阻接地的阻性电流大于容性电流还可提高零序保护灵敏度，可作用于相关断路器跳闸保护。

    以上三种接地方式有其各自的特点，当发生单相间歇性电弧接地故障时，系统最大过电压一般不超过下列数值：

    1) 不接地方式：3.5P.U (P.U 为实际值／基准值）。

兼顾在较大的正常负荷电流下不误动而在单相接地时又不拒动的问题更为突出。虽然继电保护装置拒动时零序电流幅值已比低阻接地方式减少很多，但长时间的故障电流仍对设备和人身安全不利。

    目前，国家对数据中心用高压发电机组的接地方式并没有一个统一规定，不同用户以及发电机组生产厂商对高压发电机组的接地电阻选择也有所不同，但在数据中心高压发电机组的接地方式上还是有基本共识，即采用合适阻值的中阻接地方式。

    中阻接地的接地电流应在发电机允许的范围内，越大越有利于下级的分级保护和使用的可靠性。如果电流过小，那么发生接地故障时容易产生过高的过电压，对用电设备不利。按照各厂家提供的发电机接地电流限值为100~400A, 发电机系统的接地电流设定为100A, 即单相接地时的最大故障电流。10kV是线电压，单相接地故障时为相线接触大地中性线，相线和中性线对应的相电压约为

U_相= 10000V/✓3=5774V≈5.8kV

R=5800V/100A=58Ω

    接地电阻的温升，只有发生接地故障时，接地电阻中才会产生接地电流。正常时接地电阻中无电流通过，且接地故障是在一定的时间内会切除，所以接地电阻选择短时间工作型，能够承受连续10s/100A即可。当发生故障时，接地电阻电压约为5.8kV, 电流为100A, 短时间的功率为580kW, 电阻此时会发热，产生温度上升，所以接地电阻必须要求在此温升下能够正常使用。接地系统图如图1所示。

图1 接地系统图

    高压发电机组的中性点接地要求：

    高压发电机组供电系统中每台机组要安装一个10kV 高压单相接触器，并与58Ω接地电阻相连。

    当系统接收到起动信号后，并机系统中的发电机组同时起动，按达到稳定状态的顺序依次闭合相应的进线开关接至并联母排，最先稳定的发电机组会首先投入并联母排，此时应自动同时合上该发电机组对应的接地接触器，当所有接地接触器中的其中一个闭合时，其余接地接触器应保持断开状态。

    当接地接触器故障无法合闸或已合闸的接地接触器故障时，此接触器应断开，同时闭合系统中任一台在线发电机组对应的接地接触器，保证系统中有一台（并只有一台）发电机组的中性线接地。当一台发电机组发生故障而需从并机母排上解列时，发电机组需发出断开对应接地接触器的指令，同时闭合系统中任一台在线发电机组对应的接地接触器，保证系统的接地是通过在线发电机组的接地来实现。本文节选自《数据中心供配电技术与设计》

来源：：数据中心基础设施运营管理