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摘 要：首先介绍了半电压接地检测的基本原理，及主电路共模干扰对半电压检测的影响进行了简要的分析。然后针对半电压接地检测分别在IT系统和TN系统中的应用进行了Simulink仿真分析，为半电压检测方法的应用范围提供指导。
关键词： IT;TN系统;接地检测回路
Abstract：First ，the basic principle of half voltage grounding detection is presented ， and the effect on voltage of grounding detection loop caused by common mode interference in main circuits was analyzed..Then that using Simulink software analy half voltage grounding detection in IT system and TN system to provide guidance to the application scope of half voltage grounding detection .
Keywords：IT;TN system;grounding detection circuit
目前三相电网大多采用IT供电系统（中性点不接地）以提高供电安全性，当电网的绝缘阻值符合规范要求时，即使发生单相接地故障，短路电流仍较小，短时间内无需跳闸，从而保证了供电的可靠性。随着时代发展，电力网络越来越密集，同时，变流产品应用环境比较恶劣，电气设备受盐雾、湿度影响从而导致系统绝缘
较低，若不及时处理，由此可能引发火灾等事故，轻则损坏设备，重则对人员生命构成安全。由此可见，对电力系统的绝缘状态持续在线监测具有重大意义【1】。
本文主要以目前矿用变流器上使用的半电压检测方法为对象，阐述了目前测量方法的原理，了解其优缺点，然后针对其应用范围进行了初步的仿真分析。
1 接地检测电路原理
1.1绝缘故障产生原因
在初始阶段留下的电力系统安全隐患，在使用初期可能不宜发现，但随着使用的时间增加，出现绝缘故障的可能性就越大：
1、使用的电缆质量不合要求;2、矿车上设备比较多，线路复杂，而且环境较恶劣，在一些潮湿、盐碱、振动的环境中可能会造成电缆的老化而产生绝缘故障。3、运输和安装过程中对电缆造成的挤压、磨损，造成绝缘下降。
1.2检测电路构成及原理
目前某矿用变流器主电路接地检测装置如图1所示，由连接在直流母排上的2个串联电阻和2个电压传感器组成，电阻的连接处与变流器的公共地相连。当主电路出现单点接地故障时，电压传感器检测到的电压数值将发生变化，传感器将信息传递给相应的判断机构，采取封脉冲、跳开主电路输入端电源来保护变流器设备。
电阻R1、R2阻值相等，VH2电压Ug表达式为：
发生接地故障时，根据接地点出现的不同位置，则接地电压为0或Udc。具体情况如下所示：
1、网侧接地，当网侧输入端三相电源中任意一相接地时，接地电压Ug电压在0和Udc之间交替变换;
2、中间直流环节正母排接地，接地电压Ug为0;
3、中间直流环节负母排接地，接地电压Ug为Udc;
4、逆变输出端接地，当逆变输出端任意一相接地时，接地电压Ug电压在0和Udc之间交替变换;
1.3接地干扰简要分析
理论上在变流器正常运行时，接地半电压和直流母线中间电压应是平稳的【2】，且接地半电压Ug为中间直流电压的一半。实际运行中，半桥电压处于高频波动状态，这是由于IGBT开关器快速的关、断产生较大的du/dt【3】，通过寄生电容对大地构成了共模干扰回路。
两电平逆变器共模电压【4】为： ，其中Va、Vb、Vc为逆变器输出相电压，Vcm为以直流母线中点为参考点的共模电压;當输入直流电压为1000V时，其输出线电压及共模电压波形如下图2所示：
2. 半电压接地检测仿真分析
IT系统正常运行时，中性点对地电压可看着为0V，当C相接地故障时，C相对地电压【5】为：
则中性点对地电压为：
A、B两相对地电压分别为：
其中Uag、Ubg、Ucg为各相对地电压，Ua、Ub、Uc为相电压，Un为中性点对地电压。
设Ca=Cb=Cc=C ，则各相对地电容电流为
可知故障电流为非故障相对地电容电流的3倍。线电压与正常时相同，设备可以正常短期运行。
基于以上分析，为了在理论上验证半电压检测方法在IT（中性点不接地）系统中的应用情况，本文基于Matlab软件进行Simulink仿真分析。其中直流电压为1000V，接地检测电阻为10kΩ，逆变器开关频率为500Hz。
在IT（中性点不接地）系统中，分别进行了网侧单相接地、直流母排接地、逆变器输出侧单相接地仿真分析。
2.2s启逆变，2.3s出现接地故障。
综合上述仿真分析，在IT系统中当出现单相接地时，系统可以短时正常运行。当出现接地故障时，接地电压出现明显的变化，能够及时、准确判断接地故障。
为进一步验证半电压检测方法的应用条件范围，在TN（中性点接地）系统中，分别进行网侧接地、直流母排接地、逆变输出端接地仿真分析。
当出现输入侧接地时，半点压值在0到Udc之间变动，理论上是可以检测出接地故障，同时网侧电流瞬间达到2000A，而半桥电压检测在实际应用中增加了滤波等延迟了判断，因此实际应用中可能先报过流而未报接地故障。
当出现直流母排DC-接地时，半电压值为Udc，直流电流和网侧电流瞬间增大，而半桥电压检测在实际应用中增加了滤波等延迟了判断，因此实际应用中可能先报过流而未报接地故障。且目前检测策略为，网侧电流瞬间增大至104A级时将中间电压拉低，当设置的M值不合理时也可能不会报接地故障。
直流母排DC+接地与母排DC-接地情况一致。
根据仿真结果，半电压检测方法在IT系统和TN系统中，理论上均可以检测电路接地故障。但是在实际检测环节，对接地检测电压进行滤波处理，延迟了判断的时间，因此在TN系统中，半桥电压检测可能并不适用，在应用中可能先报过流分主断，而未报接地故障。
3.结语
本文对半电压检测原理进行了研究，并对其干扰进行了简要的分析，最后对半电压测量方法分别在IT系统和TN系统中进行了仿真分析。通过仿真为半电压检测方法的应用范围提科学指导。
参考文献：
[1] 王厚余，论IT系统的应用[J].建筑电气，2008（11）：3-6.
[2] 倪大成，应婷，张宇.机车牵引主电路接地检测回路共模电压研究[J].机车电传动，2016（10）：63-67.
[3] 杨德勇，支永健等.PWM逆变驱动系统传导干扰分析及抑制[J].大功率变流，2007（3）：1-6.
[4] 陈郭霞.牵引变流器电磁兼容技术研究 [D].成都：西南交通大学，2008.
[5] IT系统接地故障防护 [J].建筑电气， 2015（4）：30-33
（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001）
关键词： IT;TN系统;接地检测回路
Abstract：First ，the basic principle of half voltage grounding detection is presented ， and the effect on voltage of grounding detection loop caused by common mode interference in main circuits was analyzed..Then that using Simulink software analy half voltage grounding detection in IT system and TN system to provide guidance to the application scope of half voltage grounding detection .
Keywords：IT;TN system;grounding detection circuit
目前三相电网大多采用IT供电系统（中性点不接地）以提高供电安全性，当电网的绝缘阻值符合规范要求时，即使发生单相接地故障，短路电流仍较小，短时间内无需跳闸，从而保证了供电的可靠性。随着时代发展，电力网络越来越密集，同时，变流产品应用环境比较恶劣，电气设备受盐雾、湿度影响从而导致系统绝缘
较低，若不及时处理，由此可能引发火灾等事故，轻则损坏设备，重则对人员生命构成安全。由此可见，对电力系统的绝缘状态持续在线监测具有重大意义【1】。
本文主要以目前矿用变流器上使用的半电压检测方法为对象，阐述了目前测量方法的原理，了解其优缺点，然后针对其应用范围进行了初步的仿真分析。
1 接地检测电路原理
1.1绝缘故障产生原因
在初始阶段留下的电力系统安全隐患，在使用初期可能不宜发现，但随着使用的时间增加，出现绝缘故障的可能性就越大：
1、使用的电缆质量不合要求;2、矿车上设备比较多，线路复杂，而且环境较恶劣，在一些潮湿、盐碱、振动的环境中可能会造成电缆的老化而产生绝缘故障。3、运输和安装过程中对电缆造成的挤压、磨损，造成绝缘下降。
1.2检测电路构成及原理
目前某矿用变流器主电路接地检测装置如图1所示，由连接在直流母排上的2个串联电阻和2个电压传感器组成，电阻的连接处与变流器的公共地相连。当主电路出现单点接地故障时，电压传感器检测到的电压数值将发生变化，传感器将信息传递给相应的判断机构，采取封脉冲、跳开主电路输入端电源来保护变流器设备。
电阻R1、R2阻值相等，VH2电压Ug表达式为：
发生接地故障时，根据接地点出现的不同位置，则接地电压为0或Udc。具体情况如下所示：
1、网侧接地，当网侧输入端三相电源中任意一相接地时，接地电压Ug电压在0和Udc之间交替变换;
2、中间直流环节正母排接地，接地电压Ug为0;
3、中间直流环节负母排接地，接地电压Ug为Udc;
4、逆变输出端接地，当逆变输出端任意一相接地时，接地电压Ug电压在0和Udc之间交替变换;
1.3接地干扰简要分析
理论上在变流器正常运行时，接地半电压和直流母线中间电压应是平稳的【2】，且接地半电压Ug为中间直流电压的一半。实际运行中，半桥电压处于高频波动状态，这是由于IGBT开关器快速的关、断产生较大的du/dt【3】，通过寄生电容对大地构成了共模干扰回路。
两电平逆变器共模电压【4】为： ，其中Va、Vb、Vc为逆变器输出相电压，Vcm为以直流母线中点为参考点的共模电压;當输入直流电压为1000V时，其输出线电压及共模电压波形如下图2所示：
2. 半电压接地检测仿真分析
IT系统正常运行时，中性点对地电压可看着为0V，当C相接地故障时，C相对地电压【5】为：
则中性点对地电压为：
A、B两相对地电压分别为：
其中Uag、Ubg、Ucg为各相对地电压，Ua、Ub、Uc为相电压，Un为中性点对地电压。
设Ca=Cb=Cc=C ，则各相对地电容电流为
可知故障电流为非故障相对地电容电流的3倍。线电压与正常时相同，设备可以正常短期运行。
基于以上分析，为了在理论上验证半电压检测方法在IT（中性点不接地）系统中的应用情况，本文基于Matlab软件进行Simulink仿真分析。其中直流电压为1000V，接地检测电阻为10kΩ，逆变器开关频率为500Hz。
在IT（中性点不接地）系统中，分别进行了网侧单相接地、直流母排接地、逆变器输出侧单相接地仿真分析。
2.2s启逆变，2.3s出现接地故障。
综合上述仿真分析，在IT系统中当出现单相接地时，系统可以短时正常运行。当出现接地故障时，接地电压出现明显的变化，能够及时、准确判断接地故障。
为进一步验证半电压检测方法的应用条件范围，在TN（中性点接地）系统中，分别进行网侧接地、直流母排接地、逆变输出端接地仿真分析。
当出现输入侧接地时，半点压值在0到Udc之间变动，理论上是可以检测出接地故障，同时网侧电流瞬间达到2000A，而半桥电压检测在实际应用中增加了滤波等延迟了判断，因此实际应用中可能先报过流而未报接地故障。
当出现直流母排DC-接地时，半电压值为Udc，直流电流和网侧电流瞬间增大，而半桥电压检测在实际应用中增加了滤波等延迟了判断，因此实际应用中可能先报过流而未报接地故障。且目前检测策略为，网侧电流瞬间增大至104A级时将中间电压拉低，当设置的M值不合理时也可能不会报接地故障。
直流母排DC+接地与母排DC-接地情况一致。
根据仿真结果，半电压检测方法在IT系统和TN系统中，理论上均可以检测电路接地故障。但是在实际检测环节，对接地检测电压进行滤波处理，延迟了判断的时间，因此在TN系统中，半桥电压检测可能并不适用，在应用中可能先报过流分主断，而未报接地故障。
3.结语
本文对半电压检测原理进行了研究，并对其干扰进行了简要的分析，最后对半电压测量方法分别在IT系统和TN系统中进行了仿真分析。通过仿真为半电压检测方法的应用范围提科学指导。
参考文献：
[1] 王厚余，论IT系统的应用[J].建筑电气，2008（11）：3-6.
[2] 倪大成，应婷，张宇.机车牵引主电路接地检测回路共模电压研究[J].机车电传动，2016（10）：63-67.
[3] 杨德勇，支永健等.PWM逆变驱动系统传导干扰分析及抑制[J].大功率变流，2007（3）：1-6.
[4] 陈郭霞.牵引变流器电磁兼容技术研究 [D].成都：西南交通大学，2008.
[5] IT系统接地故障防护 [J].建筑电气， 2015（4）：30-33
（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南 株洲 412001）