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1、系统简介

华北石油管理局ZJ50DB钻机电传动系统由3套柴油发电机组，4台三相交流异步电机和

6台直流电动机构成。

本系统的交流异步电机采用西门子公司的矢量变频调速装置，逻辑控制部分采用西门子S7--300系列PLC，操作控制部分也是采用西门子触摸显示屏MP370来实现。

各部分之间通过Profibus-DP现场总线进行通讯，使系统连线大大减少，同时由于系统的主要部分均系西门子公司产品，从而保证组成网络时系统的可靠性。

1#电控房包括：

绞车A变频柜、绞车B变频柜、转盘变频柜、送钻变频柜、MCC柜、综合柜、开关柜、制动电阻及冷气系统。

2#电控房包括：

发电柜、同期柜、传动柜、捞砂变频柜、MCC柜、开关柜、净化电源柜、主变压器及冷气系统。

3台发电机组控制柜和1台同期并网控制柜能对3套发电机组进行控制，并把这3套机组并网发电，提供600V交流电源。

5个变频柜的主要功能是：

把50Hz工频交流电源转变为频率可调的交流电源，从而控制交流电机按预期目的运行。

传动柜的主要功能是：

把600V交流电整流成0~750V直流电，驱动泥浆泵直流电动机。

综合柜的主要功能是：

完成钻井工艺的逻辑控制功能、保护功能、监控功能、其他辅助功能。

开关柜的主要功能是：

切换MCC交流母线的电源选择，一路选择为600V交流母线经主变至MCC交流母线，另一路选择为380V备用电源。

MCC柜的主要功能是：

把50Hz工频380V交流电源通过不同抽屉开关分配给各用电负载，以达独立操作、运行的目的。

主变压器的主要功能是：

把50Hz、600V交流电源转变成50Hz、400V交流电源，供给MCC交流母线。

2、技术参数及工作条件

主要技术参数

发电机组

柴油机型号:

CAT3512B

柴油机转速:

1500转/分

柴油机输出功率:

1310kW

发电机容量:

1900kVA

发电机额定电压:

AC600V

发电机额定频率:

50Hz

发电机功率因数:

（滞后）

发电机励磁电压:

DC60V

发电机励磁电流:

发电机组控制柜及同期并网控制柜

频率稳定度:

2%

电压稳定度:

3%

设有各种保护:

过压、欠压、过频、欠频、过励、过流、过负荷、逆功率等。

电动机参数

A.绞车电动机

额定功率：

600kW

额定电压：

600V、3ph

额定频率：

最大转速：

2600RPM

额定电流：

714A

B.转盘电动机

额定功率：

600kW

额定电压：

600V、3ph

额定频率：

最大转速：

1060RPM

额定电流：

714A

C.送钻电动机

型号:

Y系列

额定功率：

37kW

额定电压：

380V、3ph

额定频率：

50Hz

额定电流：

D.直流电动机（串励）

型号：

YZ08

额定功率:

800kW

额定转速:

970RPM

额定电压:

750V

额定电流:

1150A

各变频柜主要技术参数

A.绞车变频柜

输出功率：

630kW

输入：

600V（±15%）、50Hz（±6%）

输出电压：

0～600V

额定电流：

860A

B.转盘变频柜

输出功率：

630kW

输入：

600V（±15%）、50Hz（±6%）

输出电压：

0～600V

额定电流：

860A

C.送钻变频柜

输出功率：

45kW

输入：

400V（±15%）、50Hz（±6%）

输出电压：

0～400V

额定电流：

124A

SCR传动柜

输入电压:

AC600V

输入频率:

50Hz

输出电压:

DC0~750V

输出电流:

DC2300A（短时2600A）

设有各种保护:

过流、超速、熔断器熔断等。

主变压器

型号：

SC--500/

容量：

1000kVA

接线方式：

△／Y0

变比：

600V/400V

结构：

环氧浇注

工作条件

ZJ50DB钻机电传动系统房内配有冷气机，可保持房温不高于+25℃。

海拔

设备在低于海拔1000米高度内,可达到额定输出,如超过海拔1000米,输出电流将相应减少。

修正关系为：

海拔每增加1000米，降容8%。

大气条件

周围环境中不应有过量的酸、碱、盐、等腐蚀性及爆炸性气体。

相对湿度在最高温度为40℃时不超过50%。

温度较低时允许有较高的相对湿度，例如环境温度20℃时，相对湿度应不大于90%。

应小心注意由于温度变化而可能发生的凝露。

3安装布置和维护

设备的外形及重量

SCR房长12560mm，宽2800mm，高2940mm（边缘高2940mm，中间高3054mm）重30吨。

房的前端是对外接线端，后端安装着变压器和冷气机。

设备在井场中的布置

根据井场总体考虑，SCR房出线朝向钻台。

在其有出线窗的侧面，并列安放3台发电机组房。

安装

地基

SCR房的底部不是一个平面，而是4条宽为124mm的工字钢。

安放SCR房前，应在地表上打基础，该基础采用不低于150号混凝土，并在基础底面和凸台中配Φ10Ⅱ级钢筋网，其间距为250mm。

基础体上有四个长条形凸台，做为担放房体底座用，凸台标高与其它设备配合确定，偏差为10mm。

设备安放时，如底座与凸台顶面有缝隙时，应用钢板塞实。

吊装

SCR房虽是钢结构，但外层是钢板焊接，内填保温材料，再用薄钢板封里。

因房体较重，在起吊时，为了不挤坏房壁，要求用两台吊车从房子两个端头抬着吊装。

若只用一台吊车时，则钢丝绳必须经过吊装卡并用靠内侧的起吊耳。

接线

当按井场要求把SCR房吊装就位后，即开始铺设电缆槽，电缆槽中有电缆，电缆两头都有标记，一端与SCR房插座标记对应，另一端与井场电气设备对应。

接线时需仔细小心，不得有误。

存放

SCR房本是户外用设备，短期不用，存放于露天，风雨不会损坏设备。

但要求关好门并上锁。

一般在环境温度为-25℃至+50℃之间存放，房内元器件不会变质，可保证设备性能完好

如果长期不用（如半年时间），应把SCR房存放于大房间内，不要直接雨淋日晒，并且应经常到房内检查是否有水气、凝露、发霉等现象，如发现以上现象应临时装加热器和风扇，驱赶潮气。

房内柜中装有加热器，可通电驱潮。

无论是长期还是短期存放，都要存放于较清洁少灰尘的场所，并根据尘土多少，定期用吸尘器清扫一次。

维护

由于振动，紧固件连接处随时可能会有松动现象，所以应定期紧固，以防松动后连接处脱落或散开造成事故；振动亦会使导线绝缘层由于与其它构件的长期摩擦而遭到破坏，造成电气事故。

所以应定期检查这些由于振动引起的潜在危险。

因灰尘极易吸潮，母线上积聚的灰尘过多，会使母线与支撑件（地线）间由于绝缘降低而产生漏电。

在插头座的插针间积聚的灰尘则会造成信号串通，柜内散热器上积蓄的灰尘会影响散热效果，并最终可导致元器件损坏。

所以要定期清理灰尘。

交流电动机是电气传动中的关键设备之一，要定期维护。

首先应定期检查和清理电动机的空气过滤器，以防灰尘阻塞影响空气流通，造成电机过热。

建议在电动机运行500小时后，应进行一次认真的检查。

进一步的维护请参看电机厂有关使用维护资料。

此外，电机在长时存放后再使用时，若由于返潮而绝缘降低，可适当加热。

电传动系统应进行如下的日常维护工作

每天交接班时进行的检查

1）开关、指示灯是否正常。

2）熔断器是否完好。

3）风机和空调是否工作正常。

每月应检查

1）所有接线端子的螺钉是否松动。

2）导线有无因摩擦而产生的破损。

3）保护电器是否正常。

4）电接点处有无异常现象。

5）继电器工作是否正常。

6）清除柜内灰尘。

每年应停电认真仔细进行一次大检查。

检查紧固螺钉有无松动；对VFR房散热器和电动机的空气过滤器进行除尘；转动部件的润滑；保护电路和继电器的检查；照明灯具的更换；电缆绝缘的检查；彻底清除房内灰尘等等。

4、启动和操作

发电机组

启动前的准备

此项操作需电工和发电工配合进行。

启动前，首先由发电工按柴油机起动规程检查油、汽、水及柴油机各个有关部件。

然后由电工按以下规程检查:

（1）在发电机组控制柜中电源端子排上43＃、44＃检查蓄电池电压应大于22V。

（2）操作“运行开关”S1至“怠速”位置，“公用电源”灯H12应点亮。

（3）检查“发电机主开关”Q1应处在“断开”位置。

（4）检查“调压”电位器R1应处在发电为600V的位置。

（5）检查“调速”电位器R2应处在满速为1500rpm的位置。

（6）在同期并网控制柜上操作“频率切换”开关S12至所对应的起动机组的位置。

以上检查无误后，方可起动柴油发电机组。

起机

在准备工作完全就绪后，发电工和电工按如下规程进行操作。

（1）由发电工打开压缩空气阀门，操作气动按钮，柴油机即可自动升速至怠速值。

（2）经柴油机怠速运转一段时间后，由电工操作“运行开关”S1至“满速”位置，柴油机转速应升至额定值。

（3）操作“运行开关”S1至“发电”位置。

（4）观察“电力仪表”P，操作“调压”电位器R2使电压为600V。

（5）观察“电力仪表”P，操作“调速”电位器R1使其指示在50Hz上。

（6）检查发电机“运行”灯H9应亮，此时发电机处在空载运行状态。

发电机组的并网操作

系统母线无电时发电机组的并网操作

如果是第一台待并网的发电机，已启动完毕，处在空载运行状态,系统母线无电，欲将该机组并入交流母线上运行，需按如下操作。

（1）在同期并网控制柜上操作“同期选择”开关S11至所对应的机组位置，对应的非同期指示灯H26点亮，“同期表”P11压差频差指针均偏向一边。

（2）操作“发电机主开关”Q1的储能手把，上下来回拉动，直到断路器储能完毕并显示。

（3）操作“同期合闸”按钮S13使断路器合闸。

（4）观察“并网”灯H8应点亮，“同期表”P11各指针均指向中点上。

（5）操作“同期选择”开关S11至“断”的位置，以免使同期表长期带电。

系统母线带电时发电机组的并网操作

根据钻井工况，要求多台发电机组并网运行。

系统母线有电，发电机组并网运行时，可按以下操作:

（1）按上述柴油发电机组起动程序那样操作，使待并网机组处于空载运行状态。

（2）作“同期选择”开关S11至待并网机组位置。

此时待并网机组的“非同期指示”灯H26闪烁，同期表滑差指针转动。

（3）在“同期选择”开关选择准确后，操作待并网机组的“发电机主开关”Q1的储能手把，使其储能。

（4）操作待并网机组的“调压”电位器R1使待并网机组电压与系统母线电压一致，“同期表”P11的压差指针位于中点上。

（5）操作待并网机组的“调速”电位器R2，使“同期表”P11的滑差指针转动变慢，非“同期指示”灯H26闪烁频率减慢。

（6）如果“同期表”P11中的滑差指针顺时针快速转动时，说明待并网机组频率高于系统频率过多。

需逆时针调“调速”电位器R2。

当滑差指针顺时针很慢地即将接近中点时，立即操作“同期合闸”按钮S13，使该机组并网运行。

（7）调整刚并网机组的“调压”电位器R1和“调速”电位器R2，使其带上一定负载。

然后再调整各机组的“调压”电位器R1和“调速”电位器R2，使各机有功及无功功率均衡。

（8）把“同期选择”开关打至“断”的位置，机组并网结束。

变压器的供电操作

系统母线带电后。

操作同期柜上的“变压器主开关”Q11，使主变压器投入运行。

△！

注意：

禁止在“发电机主开关”Q1上直接操作合闸按钮，非同期合闸会导致系统运行不稳定，或者可能造成机组设备的损坏。

综合柜

本柜内有控制系统的24V直流稳压单元、继电器、PLC、为控制系统中其他单元提供24V电源的断路器等构成。

本柜可完成的功能有：

系统工艺流程控制、给各用电单元提供24V直流稳压电源、房内超温报警、电气传动系统的故障报警综合及声光信号。

该柜是本系统内电气传动系统的逻辑控制中心。

在正常状态下通过Profibus--DP现场总线将司钻指令及其他信息传送进PLC，经过CPU处理，由DP总线送出指令驱动或停止相应的设备，或给出提示信息。

本柜有二套PLC控制系统冗余，当一套有故障时可转换到另一套工作。

要启动系统，首先要合上本柜电源及其他单元需要的电源，下面是功能介绍。

断路器的合闸顺序为：

合Q1，Q2，Q3。

此时柜门上的24V指示灯应亮。

合上Q4，并打开PLC基架上电源模块的开关，此时电源模块上的指示灯亮，CPU模块上的指示灯亮，数字量输入模块上也有一些指示灯亮。

然后依次合本柜24V电源Q11，DWA变频柜24V电源Q12，DWB变频柜24V电源Q13，RT变频柜24V电源Q14，送钻变频柜24V电源Q15，司钻台220V电源Q5，Q6，司钻台24V电源Q18和Q19，电机风机联锁断路器Q20、Q21、Q22，制动电阻房风机联锁开关Q23，此时，若各分站都正常且处于带电状态，CPU模块上无红灯指示，若某个分站未带电或通讯接口有故障、或通讯电缆接触不可靠，则CPU上的红灯BUSF（总线故障）闪烁。

一切就绪后，系统运行。

司钻（泵）电控台

司钻通过操作司钻（泵）台上的转换开关、给定手轮和按钮,以及触摸操作屏等可以控制绞车、转盘、泥浆泵、送钻的各种工况，以及在紧急情况下跳开发电机主开关，使各变频柜及传动柜停止工作。

司钻操作分为“正常”和“应急”两种情况、控制方式分PLC1与PLC2。

当触摸屏正常时，对应转换开关应打在“正常”位置，通过触摸屏来操作；当触摸屏不正常时，对应转换开关应打在“应急”位置，通过司钻台来操作。

当PLC1系统有故障时可对应转换开关应打在PLC2位置，反之，当PLC2系统有故障时可对应转换开关应打在PLC1位置。

若想通过触摸屏来操作绞车、泥浆泵、转盘及送钻，则必须“HMI”灯亮后才有效。

在运行绞车、泥浆泵或转盘之前，应该至少有一台发电机组并网运行，且系统没有故障。

触摸操作屏的仪表反映为:

发电机并网灯至少有一个亮，高负荷灯、故障灯和警告灯灭。

如果以上指示正常，就可以进行以下操作。

绞车的操作

司钻台操作时，首先确认绞车给定手柄在零位，根据需要把绞车选择开关转到“绞车A”、“绞车B”、“AB”位置，再将绞车控制转换开关打到“工作”位置，待系统自检通过，无故障，对应运行灯亮后，再根据需要把操作给定手柄上推（提升）或下拉（下放）即可使绞车按给定的方向和转速运行。

当指派为触摸操作屏操作时：

将给定手柄回到零，“零位”灯亮，再根据工况需要按下相应的选择按钮，若无故障，再按下“运行”按钮，等“运行”灯亮后，操作给定手柄，使绞车运行。

当手柄有故障时可在触摸操作屏上选择“无手柄控制方式”，用给定键完成绞车操作。

△注意：

在运行绞车时，绞车的方向是由操作给定手柄上推（提升）或下拉（下放）来决定的。

转盘的操作

当用司钻台操作时：

首先确认转盘给定手轮在零位，然后根据需要把电机选择开关转到“RT正转”或“RT反转”,根据实际工况调整力矩限制手轮，给定当前所需力矩大小，待系统自检通过，司钻操作给定手轮，就可使转盘按选择的方向和给定转速运行。

根据需要，司钻可以随时改变转盘最大扭矩限制值。

将“转盘扭矩限制”手轮转到不同位置，可使转矩限制值在0～100%额定值之内调节。

“转盘扭矩”表指示出相应的工作转矩电流值。

当用触摸操作屏操作时：

同样通过“快速回零”键或“给定下降键”将给定降到零，“零位”灯亮，再按下“RT正转”或“RT反转”，对应的方向指示灯亮，再按下“运行”按钮，若无故障，“运行”指示灯亮，即可通过快速给定键和细调给定键进行给定，电机开始运转。

再根据钻井工艺需要，同样通过“快速给定键”和“细调给定键”进行力矩限制的给定。

泥浆泵的操作

司钻台操作时，首先确认泥浆泵给定手轮在零位，再将控制转换开关打到“工作”位置，待系统自检通过，无故障，对应运行灯亮后，再根据需要操作给定手轮使泥浆泵按给定的转速运行。

当指派为触摸操作屏操作时：

将给定手轮回到零，“零位”灯亮，再按下“运行”按钮，等“运行”灯亮后，操作给定手轮，使泥浆泵运行。

送钻操作

自动送钻柜可完成两项功能：

提升、下放和自动送钻。

若要进行自动送钻功能，则首先要钻压校零。

在钻头离开井底后，观察钻压是否为零，若不为零，则按“钻压校零”键，使显示的钻压为零。

当在司钻台进行操作时，只能提升和下放，手轮首先回到零位，再将转换开关打到“下放”或“提升”位置，待系统自检通过，司钻操作给定手轮，按某一速度来提钻或下钻。

当在触摸操作屏操作时，若要进行自动送钻功能，同样，首先将给定回到零，“零位”灯亮后，按下“自动送钻”按钮，待“运行”灯亮后，再施加给定，到达给定的钻压后，开始恒钻压自动送钻；若要进行提钻或下钻功能，给定回到零，“零位”灯亮后，选择运行方向按钮，方向选上灯亮后，再按下“运行”按钮，待“运行”灯亮后，施加给定，按所需速度来提钻或下钻。

△！

注意:

若要改变转盘的运行方向，首先应把给定手轮转到零位，然后把工作选择开关转到“停”位置，再转到相反的位置。

系统自检后，再转动给定手轮，使转盘反向运行。

△！

注意:

在触摸屏操作时，将给定降到零，等零位灯亮后，再按下相反方向的按钮，按反方向运行。

△！

如果长时间不用，可通知电工断开相应传动柜主断路器。

△！

注意：

停机或改变方向前，必须将给定回到零位，否则停不了机。

变频柜

变频柜分DWA变频柜，DWB变频柜，转盘变频柜，送钻变频柜及捞砂变频柜。

在开机之前，检查所有的接线有无松动，若正常，合上主电源断路器，此时如果一切正常，司钻便可按正常操作使用该柜。

停机时，只需断开该柜的主断路器即可。

传动柜

传动柜分1号泥浆泵、2号泥浆泵柜、3号泥浆泵柜共3台。

所有传动柜的操作均相同。

在第一次开机时，先打开柜门，合上断路器，此时控制单元带电。

关上柜门，门上指示灯应有指示。

当需要投入运行时，司钻便可按正常操作使用该柜，这时柜门上的合闸与运行指示灯都亮，若有故障存在时，6RA70显示窗内有故障类别显示，柜门上故障灯亮，此时应断开断路器进行检查并维修。

停机时，只需断开断路器Q即可。

5、系统运行

发电系统

同期并网控制柜

概述

同期并网控制柜主要完成同期检测及并网操作功能，以避免发电机非同期合闸对设备造成危害。

并具有功率限制、相序检测、接地保护等功能。

单元介绍

（1）同期检测单元。

同期检测是由同期点选择、压差检测、频差检测、角差检测以及非同期闭锁环节组成的手动准同期合闸系统。

该单元由“同期选择”开关S11、“同期表”P11、“同期合闸”按钮S13、同期继电器K14、相角检测器等组成。

“同期选择”开关S11用来选择待并网机组，该开关通常放置“断”的位置，只有要并网时才旋转至相应的位置。

同期表P11用于显示待并网机组与系统母线之间的频差、压差和相角差，该表在同期选择开关选中某一机组时才被投入。

必须在频差压差指针指零，相角差指针顺时针缓慢旋转并接近于零位时才能合闸。

同时相角检测器和同期继电器给出非同期闭锁以避免非同期合闸对发电机组产生冲击。

该环节平常处于待准备状态，只有需并网时才被启用。

（2）相序检测单元

石油钻机由于搬家运输，发电机组与控制柜之间的母线经常被拆卸重装。

重装后可能将发电机的相序接错，这将使各发电机之间因不能同步运行而并不上网。

为此相序检测系统给出指示，“相序接反”灯H29点亮，退出“同期选择”开关S11方可解除光报警。

（3）功率限制单元

该单元为避免柴油发电机组过负荷而设立。

运行在交流母线上的任一台发电机组。

当总电流或有功功率达到额定值的95%时，功率限制器就自动封锁负荷，并点亮“功率限制动作”灯H38和显示屏、司钻台上的“高负荷”、“故障”二红灯，并发出音响提示必须再启动一台机组才能满足钻井的负荷需要。

功率限制动作一旦发生将被记忆保持。

功率限制器还给司钻台上的功率百分表提供信号。

（4）交直流接地检测单元

该单元由三个交流接地灯H21、H22、H23，两个直流接地灯H24、H25，一个试灯按钮以及相应的限流电阻组成。

正常运行时三相交流接地灯亮，直流接地灯不亮。

交流母线接地时，对应接地相的接地灯变暗，两个直流接地灯变亮。

直流母线接地时，对应接地极的接地灯变亮，三个交流接地灯都将变亮。

操作“试灯”按钮S15，两个直流接地灯应亮。

（5）控制电源单元

控制电源由三个方面提供，其一是AC600V交流母线经变压器T12获得AC220V电源，供给试灯回路、同期操作系统中的母线有电检测继电器K11、“变压器主开关Q11”的失压脱扣线圈以及稳压电源的输入。

其二是取自应急发电机组的AC380V电源经T12变为AC220V。

其三是电源分配器中的蓄电池提供的DC24V电源。

a.稳压电源

稳压电源输入AC220V和DC24V电源，经整流稳压和开关调制输出+28V、+15V、-15V直流电源，输出电流分别为3A、、。

本柜的稳压电源交流输入端取自经K111继电器切换的两路不同的电源，输出直流供给电源分配器、功率限制器、相角检测器及二次回路。

b.电源分配器

蓄电池充电至27V，经过二极管后降至24V，供本柜及各发电机组控制柜使用，当稳压电源无电或供电不足时，蓄电池会自动向系统补给，当蓄电池放电到一定程度时，将自动取消二极管压降，使输出电压仍保持在24V左右。

当有机组运行时，同期并网控制柜上的“运行”灯亮，电源分配器上的电压表也有指示，与机组对应的绿灯也亮。

△！

注意:

当发电机组停机时，务必将发电机组控制柜上的“运行开关”旋至“停机”位置，以保证蓄电池不致放电。

特别是当钻机搬家运输过程中必须保证“运行开关”处在“停机”位置，否则蓄电池的电能将被耗尽。

（6）通信单元

通信单元由COM32，即RS-232/RS-485转换器完成各机组电力仪表与上位机通信功能。

COM32支持1个RS-485网转换为1个RS-232接口，上位机的COM1或COM2口接COM32的一侧，2台发电机柜上的PM130通过屏蔽线接COM32另一侧，组成微机电力监控系统。

COM32自适应300到9600波特通信速率。

起动，运行及停机

同期并网控制柜的起动受发电机组控制柜“运行开关”S1的控制，当S1离开“停机”位置时点亮同期柜上的“运行”灯H36。

正常运行时，“运行”灯亮，三个交流接地灯H21、H22、H23亮。

稳压电源应输出DC28V，+15V，-15V三路电源，电源分配器面板上的8只绿灯V1～8应亮，电压表指示其蓄电池浮充电压大约在27V左右。

功率限制器选择各发电机最大负荷显示在司钻台上的功率百分表上。

只要有一台发电机组运行，同期并网控制柜就运行。

因此，同期并网控制柜的正常停机表示各发电机组控制柜都正常停机，也就是各发电机组控制柜上的“运行开关”S1全都置于“停机”位置。

在各发电机组正常停机前尚需分闸“变压器主开关”Q。

另外，司钻台紧急停机按扭通过综合柜转接信号，点亮同期并网控制柜“紧急停机”灯，并去各发电机组控制柜跳掉所有“发电机主开关”Q1，系统所有交流电源消失，仅剩蓄电池的DC24V供柴油发电机组空转。

故障及维修

（1）发电机相序接反

在钻井设备搬家安装后，若操作"同期选择”开关S11时，发现“相序接反”指示灯亮，说明该机组相序接法有误，应将SCR房外的发电机接线板接线对调任意两相。

（2）功率限制报警

当发电机组出现超负荷情况，“功率限制动作”指示灯点亮，此时已将传动柜输出限制，音响报警过负荷。

解决办法是复位“解除”按钮S14，必须再开一台发电机组才能满足需要。

（3）接地故障

交流接地灯变暗，或直流接地灯变亮，说明有接地。

应检查这些母线绝缘是否破损，母线接点