小議地電位升高試驗的探究

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為了確定提高地網允許電位升高值是否可行，作者在研究了控制電纜的工頻耐壓特性之后在本文中又研究了繼電保護設備的工頻耐壓特性對該值的影響，并進行了試驗。結果表明，繼電器絕緣的工頻耐壓特性是影響這一數值的關鍵因素。

關鍵詞：三峽電站；地電位升高；繼電器；工頻耐壓特性

1、引言

繼電器在系統發生故障時應能安全可靠地動作，這對系統的安全與穩定有著極其重要的意義。由于繼電器有接地點，所以故障時流過地網的故障電流所引起的地電位升高也將加在繼電器的絕緣上，繼電器的絕緣是否能夠承受這種突然的短時工頻高壓是一個值得注意的問題。對于三峽電站而言，流過地網的最大短路電流設計值為34kA，地處花崗巖地帶的三峽電站的地網電阻又不可能低于0.06W[1]，這使三峽電站的地電位升高將大于2kV，即需要提高允許地電位升高值。在國內外接地標準中[2，3]，重點考慮的是地電位升高對人身安全的影響，并做了大量工作[4～7]，但對低壓及電子設備安全的影響考慮得很少。文獻[8][9]中討論了低壓系統內設備的絕緣配合，在一定程度上可供參考。文[10]對控制電纜的工頻耐壓特性進行了研究，得出了一些很有價值的結論。

本文對二次設備的工頻伏秒特性進行了試驗研究，為確定地網電位升高的最佳允許值提供依據。試驗結果表明，繼電器絕緣的工頻耐壓特性是限制提高最大允許地電位升高的最關鍵因素。

2、試驗準備

2.1試驗裝置和方法試驗應模擬繼電器的實際運行工況，即故障時突然承受地電位升高。本試驗方法為以一定幅值的工頻高壓突然合閘加在試品上，選用的試品為常規繼電器和固態繼電器。由于繼電器試品有限，每個繼電器多次加壓，直到絕緣擊穿為止。在常規繼電器試驗中，外形尺寸較大的繼電器（通常是一些專用繼電器）一般都有外殼定位螺栓接地，故試驗電壓施加在定位螺栓與線圈的接線柱之間；外形較小的通用繼電器通常沒有定位螺栓，作用電壓施加在線圈與常閉接點之間；固態繼電器有四個接點，即兩個交流輸出（開關）接點，兩個直流輸入（控制）接點，繼電器工作時直流控制接點的正極接地，所以讓試驗電壓作用于直流控制接點的正極與交流輸出（開關）接點之間，直流控制接點的正極接點為高壓端，交流輸出（開關）接點接地。

試驗記錄擊穿時間和所加試驗電壓，即繼電器的工頻伏秒特性。試驗裝置原理接線圖同文[1].

2.2試品的選擇選用的繼電器試品有：

a）較大的專用繼電器：3只舊繼電器和1只新繼電器；

b）較小的通用繼電器：JQX-13F型小方型繼電器（C型）；MY2-24VDC型OMRON繼電器（Y型）；MK2P-I型OMRON繼電器（K型）；

3、試驗結果及分析

3.1專用繼電器

專用繼電器外殼定位螺栓一般是固定在保護屏上接地的，所以做繼電器的耐壓試驗時，試驗電壓作用在外殼定位螺栓和線圈接線柱之間，這類繼電器的擊穿放電一般是在繼電器外殼定位螺栓和線圈接線柱之間的沿面放電。

3.2通用繼電器

通用繼電器內均有兩對常開和常閉接點，所以試驗時先對左邊的接點加壓，再對右邊的接點加壓，以便獲得更多的試驗數據。由于繼電器在使用時電源總有一端是接地的，而繼電器的常開接點金屬部分較小，不易對其它部位放電，故將電壓加于線圈與常閉接點之間。

3.3固態繼電器

普通封裝的固態繼電器擊穿時幾乎都是合閘即擊穿，并可見到明顯的火花放電，聽見明顯的放電聲，環氧封裝的固態繼電器擊穿時則未能觀察到繼電器內部的放電現象。兩種普通封裝的固態繼電器，耐壓值主要取決于采用的光電隔離器件，擊穿電壓在4.5kV以上。環氧封裝的兩種固態繼電器耐壓值較高，在9kV以上，這可能與它們的內部結構、封裝固體材料等因素有關。

4、結論

（1）繼電器的工頻伏秒特性是很平坦的，在0～30s的范圍內可以認為是一條水平直線。

（2）對專用繼電器、通用繼電器和環氧封裝的固態繼電器的絕緣性能而言，地電位升高到5.0kV是可以承受的。

（3）基于安全考慮，若地電位升高到5.0kV，不宜采用普通封裝的固態繼電器。

參考文獻

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[3]IEEEGuideforSafetyinACSubstationGrounding，2000.

[4]NahmanJM.Assessmentoftheriskoffatalelectricshocksinsideasubstationandinnearbyexposedareas[J].IEEETransactionsonPowerDelivery，1990，5（4）：1794.

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[8]GB/T16935.1-1997低壓系統內設備的絕緣配合（第一部分：原理、要求和試驗）。

[9]李世林，郭汀。電氣裝置和電氣設備的電擊防護技術[M].中國標準出版社，1999年3月。

[10]文習山，等。三峽電站允許地電位升高試驗研究（Ⅰ）[J].電網技術，2003，27（2）。