电工电．＿【 （２０１２ Ｎｏ．１） ‘，＃ ｊ ～－ ｛ 、１ ０ ０ — ｓ． ＩＴ系统薪墼接地方案的研究 产品与应用 Ｉ Ｔ系统新型接地方案的研究 王巍 ，王金全 ，邢呜 ，沈巍 ，李建科 （１中国人民理工大学工程兵工程学院，江苏南京２１ ０００７； ２江苏镇安电力设备有限公司，江苏镇江２１２１４ ３） 摘要：介绍了ＩＴ系统的应用现状，对一种基于配出中性导体ＩＴ系统的新型接地装置的组成及 工作原理进行了研究，分析了该装置通过改变接地电抗以增减配电线路中故障电流的工作过程。试验 证明通过接地装置内每级熔断器与供电回路上故障级断路器的配合，可选择性切除接地故障，解决传 统ＩＴ系统只能靠拉闸排除故障的问题。 关键词： ＩＴ系统；中性导体；可变电抗器 中图分类号：ＴＭ６４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—３１７５（２０１２）０１—００３０－０４ Ｓｔｕｄｙ Ｏｎ ＩＴ Ｓｙｓｔｅｍ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｐｌａｎ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—ｑｕａｎ ，ＸＩＮＧ Ｍｉｎｇ ，ＳＨＥＮＧ Ｗｅｉ ，ＬＩ Ｊｉａｎ—ｋｅ （１ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｓ． Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ ０００７．Ｃｈｉｎａ； ２ ＪｉａｎｇｓｕＺｈｅｎ＇ａｎＰｏｗｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２１４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＴ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒｋ— ｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｔｒａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＩＴ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｄｕｒｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｅａｃｔａｎｃｅ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｒ ｒｅｄｕｃｅ ｆａｕｌｔ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｖｉａ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｅａｃｈ ｇｒａｄｅ ｆｕｓｅ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆａｕｌｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ，ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｏｆｆ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｂｅｉｎｇ ａｂｌｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＩＴ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｏｎｌｙ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｏｆｆ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＴ ｓｙｓｔｅｍ；ｎｅｕｔｒａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ｖａｒｉａｂｌｅ ｒｅａｃｔｏｒ 电源端带电导体不接地或经高阻抗接地的ＩＴ系 统接地故障电流很小，供电可靠性高，在一些发 １～２ ｈ，故其连续性好，可靠性高。国际电工标准 ＩＥＣ ３６４—４—４７３（１９７７）中第４７３．３．２．２条建议ＩＴ系统 不应配出中性导体，理由是配出的中性导体上没有 可监测的电气信号，当中性导体绝缘损坏接地时，ＩＴ 系统成为ＴＴ系统而不被察觉，发生单相接地时，线 路上的漏电保护将切断电源，造成所供重要负荷断 达国家应用广泛ｕ 。在我国的低压电气中，ＴＮ—Ｃ系 统在较长时间内占据了主导地位。随着ＩＥＣ标准的 逐渐引入，我国的低压电气设计中更多地采用了 ＴＮ—ｓ、ＴＮ—Ｃ－Ｓ、ＴＴ系统，安全水平和功能显著提 高，但高可靠性的ＩＴ系统仅在矿井、医院和冶金生产 中有所体现，局限性很大 。ＩＴ系统的固有优势应 该被设计施工人员正确认识，并得到更广泛的应用。 电。。Ｊ，故一些对供电持续性要求高的场所选用ＩＴ系 统时，只能通过３８０／２２０ Ｖ降压变压器而不是通过 相线与中性导体的跨接引出照明等单相负荷，增加 了ＩＴ系统的施工成本与难度。 ＩＥＣ标准中关于ＩＴ系统配出中性导体的这一建 议是否符合现阶段低压供配电系统的发展现状值得 更进一步探讨。与ＩＴ系统在国内的境遇相反，国外 一ｌ ＩＴ系统配出中性导体问题 实际现场中ＩＴ系统通常按照三相三线制设计施 工。因其电源中性点为非有效接地形式，相线第 一些公司并不回避这一系统，像ＡＢＢ公司根据 次单相接地时短路电流很小，系统仍可持续供电 最新版《ＩＥＣ ６０３６４ Ｌｏｗ—Ｖｏｔａｇｅ ＥｌｅｃｔＦｉｃａ１ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ＞）编写的低压配电安装手册中，甚至 作者简介：王巍（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向为电力系统自动化。 一３Ｏ一 ＩＴ系统新垄接地方案的研究 单独列写了配出中性导体ＩＴ系统的保护计算方法。随 着计算机技术的进步和现代检测技术精度的提高，中 性导体绝缘检测问题并非无法解决，例如在参考 文献［４］中提及，将选线技术中的信号注入法移植 到中性导体的检测上，通过外加信号源克服ＩＴ系统 中性导体上没有可监测的电气量的问题，提供了一 种较好的思路。ＩＴ系统不仅可以配出中性导体，而 且利用一套小型功率源和一根Ｎ线换取单相负载所 需的降压变压器，更好地利用ＩＴ系统可靠性高的优 点，也可提高经济效益。但ＩＴ系统本身对于单相接 地故障没有处理能力，安全规程规定的１～２ ｈ带故 障工作时间之内如果不能排查出故障，传统方法只 能靠手动拉闸断电来选线，工序复杂，对系统影 响很大。为正确选出故障点并通过线路上断路器 动作排除故障，本文提出一种通过可变电抗器脉冲 接地方案，以解决选线问题。 ２ ＩＴ系统脉冲接地方式 ２．１系统原理 ＩＴ系统采用的非有效接地包括中性点不接 地、谐振接地和高阻抗接地等方式。中性点不接 地系统主要优点是电网发生单相接地故障时稳态 工频电流小，这样如雷击绝缘闪络瞬时故障可自 动清除，无需跳闸；如金属性接地故障，可单相接 地运行，改善了电网不间断供电，提高了供电可靠 性。接地电流小同时也降低了地电位升高，减小了 跨步电压和接触电压，减小了对信息系统的干扰 等；在经济方面节省了接地设备，接地系统投资 少。中性点不接地系统的缺点在于产生的过电压高 （弧光过电压和铁磁谐振过电压等），对弱绝缘击穿 概率大。在间歇性电弧接地故障时产生的高频振荡 电流大，达数百安培，可能引发相间短路；而且至 今为止，故障定位难，不能正确迅速切除接地故障 线路。配电网中性点谐振接地是指配电网一个或多 个中性点经消弧线圈与大地连接，消弧线圈的稳态 工频感性电流对电网稳态工频容性电流调谐，故称 谐振接地，目的是使得接地故障残流小，接地故障 可能会白清除。因此中性点消弧线圈接地系统具备 中性点不接地系统的优点。同样地，中性点消弧线 圈接地系统亦有中性点不接地系统的缺点，但出现 最大幅值弧光过电压概率要小，这是因为消弧线圈 电工电气 （２０１２ Ｎｏ．１） 降低了单相接地时的建弧率。消弧线圈接地方式的 使用是否成功，很大程度上还取决于消弧线圈、跟 踪系统、选线装置本身的可靠性。 而所谓的脉冲接地，实际是指系统在有效接地 与非有效接地之间来回转换，使相线上的短路电流 以脉冲形式呈现，兼顾了不接地方式、消弧线圈接 地方式以及中性点直接接地的ＴＮ系统、ＴＴ系统几方 面的优点。正常工作时中性点不接地，采用ＩＴ系统 以保证供电的高可靠性；当系统需要排除故障时，又 转换为中性点直接接地的ＴＴ系统，以保证正确切除 相线接地故障。这一转换过程通过简单的可变电抗 器合闸控制装置实现。整个系统如图１所示。 ｌ ｌ Ｉ Ｎ线绝缘 Ｊ监测装置 ｌ Ｑ ～Ｑ 。 《＝ 合闸控制 Ｉ 装置 图１ １ ０级可变电抗脉冲接地的ＩＴ系统 ２．１．１系统正常工作 正常工作时，接地装置中断路器均断开，系统 处于ＩＴ系统等待。系统可同时接单相负载与三相负 载，对一级到三级负荷均可供电。若在此时发生单相 接地故障，单相接地电流』 很小，接地点线路上的断 路器不会动作，系统能够带故障继续运行，但故障线 路上的绝缘监测装置应根据自身所带负荷等级小同 有选择性地报警，若为三级负荷可发出即时切除故障 信号，一、二级负荷则发送延时切除故障的信号。 ２．１．２系统选择性切除故障 当合闸控制装置接收到带故障运行的系统内 一、二级负荷用电结束信号，或三级负荷的线路上 出现实时故障的信号，即可投入接地装置。接收到 开始命令后，控制装置使可变电抗器的ｌ０个断路器 按照Ｑｌ～Ｑｌ０的顺序依次接入限流的可变电抗，使 阻抗剩余值产生的 逐渐变大，当短路电流升至大 于供电回路故障点前断路器额定电流时，该断路器 一３１— 电工电气（２０１２ Ｎｏ．１） ＩＴ系统新型接地方案的研究 动作，切除故障线路。通过ＩＴ系统与ＴＴ系统的闪 （１）每个 脉冲的起止均为ＩＴ系统。 变，可替代ＩＴ系统传统的逐条线路拉闸排除故障 的陈旧方法。 （２）』 脉冲存在时问约为５ ｍｓ，大于供电回路上 断路器的瞬动机构脱扣时间３ ｍｓ，确保供电回路上 在整个切除故障过程中，需满足以下几点： 故障点处的断路器成功动作，如图２所示。 步数 图２逐步增大短路电流使故障点前断路器跳闸动作图 （３）可变电抗器每一级断路器支路上均需装设 熔断器提供保护。其目的是：一是故障时若断路器 拒动，熔断器可以切除过大的短路电流，避免烧坏 力变压器选用１０ ｋＶ／０．４ ｋＶ油浸式，Ｄｙｎ一１ｌ接法，接 地点连入车间公共地网；供电回路中第一级断路器 选用ＣＤＭ１—１００Ｌ型，额定持续电流８０ Ａ；第二级断 电抗器；二是理想状态下，熔断器应在电抗器的断 路器瞬动机构动作前熔断，供电回路上断路器动作 时线路上已无电流，避免电抗器上的断路器切断大 电流时产生电弧，也能有效降低供电回路上断路器 故障概率。 （４）缠绕可变电抗器时，最大阻抗值的确立应 依据系统发生接地故障最大短路电流；电抗器级数 路器选用ＫＦＭ２—６３Ｃ型，额定持续电流４Ｏ Ａ；第三级 断路器选用ＲＡＢＭ１－１２５Ｓ型，额定持续电流ｌ６ Ａ；三 级断路器瞬时脱扣整定电流均为１Ｏｆ 。每一相接入 ＭＲＰ—Ｂ型电涌保护。系统空载，在Ａ相第三级断路器 （用户级）后设置单相短路点。测试中选择电抗器的 ２５０、５００ Ａ两挡，利用不同额定电流的熔断器和供 电回路不同额定持续电流的第三级断路器互相配 应与供电回路上断路器级数相匹配，而且电抗器两 级间 之差不能跨越供电回路上两级断路器额定电 流之差，避免断路器误动作（０．４ ｋＶ配电端一路出 合，通过观察熔断器和断路器能否正确动作验证 其合理性。正确的试验现象应当是熔断器熔断且 断路器跳闸。未跳闸则说明保护拒动；未熔断却 线一般只有３～５级断路器，此处设置为ｌ０级是考虑 到该装置的通用性，同一母线上出线数和长度是不 可预计的，不同出线的同一级断路器可能流过的电 流不同，选用断路器型号也不同）。 跳闸熔断器起不到保护断路器的作用；熔断而不 跳闸说明熔断器在断路器瞬时脱扣动作之前就消 除了故障电流，造成保护拒动，试验结果如表ｌ所 示。 表１试验结果 切除故障后，控制装置自动断开可变电抗器的 所有断路器，整个接地装置回到ＩＴ等待。此时可变 电抗器需要更换每一级熔断器，确保下次切除故障 时能够正常工作。 竺 毳 ２．２试验结果 通过上述分析，并试制了一台４级可变电抗 器，四级电抗器线圈能够流过的单相短路电流， 限 值分别为０、２５０、５００、ｌ ０００ Ａ。按照图ｌ接线，电 一３２一 ＩＴ系统新型接地方案的研究 电工电气 （２０１２ Ｎｏ．１） 实际上，供电回路中的断路器选择是由后级的 负载大小决定的，并不受装设接地装置的影响，故 ３ ＩＴ系统脉冲接地方式存在的问题 配出中性导体的ＩＴ系统最关键的问题在于中性 电抗器每一级断路器上串联熔断器的选择是关键，不 仅在量级上要将数值设置在电抗器前一级和后一级 的额定值，还要在本级允许的范围内尽量选大额定 电流的熔断器。 导体上的绝缘监测。在能够监测中性导体绝缘这一 前提下，脉冲接地方式的试验结果验证了这种新型 接地系统原理的正确性：当可变电抗器的某一级接 入回路后，只要选用了适当的熔断器与供电回路上 的断路器互相配合，在遇到短路故障时总能通过断 路器动作切除故障回路。 试验中，当选用的断路器与熔断器的额定值均 ４结语 以配出中性导体的ＩＴ系统为对象，论述了一种 新型脉冲接地装置的原理和工作方式，通过试验 验证了这一系统的合理性，针对产生的问题分析了 原因及解决方法。这种装置能较好解决传统ＩＴ系统 无法正确选线，只能靠人工手动拉闸排除故障的问 题，保证了ＩＴ系统的高可靠性。 参考文献 ［１］王厚余．低压电气装置的设计安装和检验［Ｍ］．北 京：中国电力出版社，２００７． ［２］王厚余．建筑物电气装置５００问［Ｍ］．北京：中国电力 出版社，２００８． 小于短路电流时，仍存在断路器不动作或者熔断器 未熔断的情况。究其原因，是变压器励磁涌流产生 的非周期分量参与了脉冲接地系统选择性跳闸的过 程，这是因为断路器的热熔断效应和断路器电磁脱 扣机构的励磁效应均不是可靠的函数关系能够描述 的，本身具有不可预知性，当非周期分量作用到这 两者上时，产生的反应无法定量计算。试验现象 中，适当增大断路器或熔断器的额定值而延长时 间，躲过非周期分量，即可克服这一问题，例如短 路限流值为２５０ Ａ时，选用熔体额定电流为２０ Ａ的熔 断器，供电回路第三级断路器额定持续电流１０ Ａ，熔 断器未能熔断，当供电回路第三级断路器选用ｌ６ Ａ 时均正确动作；再如短路限流值为５００ Ａ时，供电 回路第三级断路器额定持续电流为２０ Ａ，选用熔体 额定电流为１０ Ａ的熔断器，断路器不跳闸，当选用 ２０ Ａｍ熔断器时能正确动作。 ［３］王厚余．论ＩＴ系统的应用［Ｊ］．建筑电气，２００８， ２７（１１）：３—７． ［４］金伟一，王金全，刘俊义，王坤．配出中性线的ＩＴ系 统及其接地故障分析［Ｊ］．电气技术，２０１０（１）：５５—５８． 收稿日期：２０１卜０７—１６ （上接第２９页） １８ ｋＶ附近，且采用自适应滤波后的直流侧电压参 发生器研究［Ｊ］．电力电子技术，２００３，３７（３）：８—１１． 与控制后，输出的直流侧电压波动明显减小。 ［２］杨达亮，卢子广，姚普粮．直接电流控制的配电 网静止无功补偿器研制［Ｊ］，电力电子技术，２０１０， ４４（２）： ５１—５３． ４结语 针对采用直接电流控制策略的￥ＶＧ控制器，在 ＲＴＤＳ上进行了闭环仿真试验。试验结果验证了基于 直接电流控制和直流侧电压自适应滤波的ＳＶｆｉ具有 ［３］许汉平，黄涌，陈坚．电力系统实时数字仿真系统 介绍［Ｊ］．华中电力，２００２，１５（３）：１０ １２． ［４］段大鹏，孙玉坤，潘春伟．基于三相ｖｓＩ的ＳＶＧ动态建 模与仿真研究［Ｊ］．高电压技术，２００６，３２（６）：８４—８８． ［５］王儒，方宇，邢岩．三相高功率因数ＰＷＭ变换器可逆 运行研究［Ｊ］．电工技术学报，２００７，２２（８）：４６—５１． ［６］Ｗｉｄｒｏｗ Ｂｅｒｎａｒｄ，Ｓｔｅａｒｎｓ Ｓａｍｕｅｌ Ｄ．自适应信号处 理［Ｍ］．王永德，龙宪惠，译．北京：机械工业出版 社，２００８． 响应速度快、控制精度高等特点。试验结果为下一 步动态建模实验提供了很好的参考依据。 参考文献 ［１］李可，卓放，李红雨，等．直接电流控制的静止无功 收稿日期：２０１卜Ｏ８—０４ —３３—
