張程明

摘要：本文比較了發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式，分析了中性點(diǎn)消弧線圈接地方式。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);中性點(diǎn);接地

大型發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行與其中性點(diǎn)接地方式有很大關(guān)系，在選擇接地方式時(shí)須考慮很多因素，如定子單相接地時(shí)故障電流造成鐵心的損害、定子絕緣由于暫態(tài)過(guò)電壓和傳遞過(guò)電壓而造成的損傷、正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)位移電壓大小以及發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地設(shè)備的設(shè)計(jì)制造工藝等。經(jīng)常發(fā)生的暫態(tài)過(guò)電壓引起絕緣老化，使得定子接地故障主要發(fā)生在發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)，接地故障點(diǎn)可能位于定子繞組的任一位置，有時(shí)候甚至?xí)诎l(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障。

1.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式探討

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)何種方式接地與發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的類型有很大關(guān)系，還有接地故障電流的大小和定子繞組過(guò)電壓幅值都有很多關(guān)聯(lián)，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合來(lái)討論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式，綜合考慮諸多相關(guān)因素，才能選擇最佳的中性點(diǎn)接地方式。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式大致分為以下幾種，各有優(yōu)缺點(diǎn)：

1）絕緣或高阻接地，優(yōu)點(diǎn)：接地電流小，一般小于10A，成本小。不足：在間歇性接地故障時(shí)，暫態(tài)過(guò)電壓高（2.5-3.5）U_ph-E。經(jīng)配電變壓器高阻接地方式可以使接地故障電流比正常電容電流大以上。由于大容量機(jī)組的定子繞組單相對(duì)地電容很大，尤其是大型的水輪機(jī)組，發(fā)電機(jī)定子繞組單相對(duì)地電容更大。在三峽水輪機(jī)組中，發(fā)電機(jī)定子三相對(duì)地的電容電流就達(dá)到T 30A左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。

2）補(bǔ)償接地或經(jīng)電抗接地，優(yōu)點(diǎn)：故障點(diǎn)接地電流小，一般小于10A，不足：產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓（<2.5U_ph-E），成本增加?，F(xiàn)在發(fā)電機(jī)采用的都是大機(jī)組，機(jī)組越

大，電壓越高，定子繞組對(duì)地電容也越大，而定子繞組接地故障的安全電流也隨電壓增高而減少，目前廣泛使用。

3）低阻抗接地，目前主要應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)，優(yōu)點(diǎn)：暫態(tài)過(guò)電壓低，能夠?yàn)楸Ｗo(hù)裝置提供足夠大的電流判據(jù)，定子接地保護(hù)范圍達(dá)95%到98%，不足：接地電流大，小于100-400A，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)電機(jī)的安全接地電流，故障持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)發(fā)電機(jī)危害很大，鐵芯的燒毀不能避免，目前很少使用。

根據(jù)國(guó)際《（IEEE GUIDE FOR GENERATOR GROUND PI的TECTION》標(biāo)準(zhǔn)，他們推薦大容量發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地方式主要采用中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地（配電變壓器二次側(cè)接小電阻）和消弧線圈（欠補(bǔ)償或諧振）接地方式，上面已經(jīng)提到這兩種接地方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以有必要對(duì)這兩種接地方式存在的問(wèn)題進(jìn)一步分析，根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，選擇合適的接地方式。

2.中性點(diǎn)消弧線圈接地方式的分析

為了補(bǔ)償對(duì)地的容性電流，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采取經(jīng)消弧線圈接地，從而降低接地故障時(shí)的短路電流。這種方式對(duì)定子鐵芯損害小，可以支持發(fā)電機(jī)在故障情況下運(yùn)行一段時(shí)間，提高供電可靠性。

2.1 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

假設(shè)A相在距離定子繞組中心點(diǎn)α處發(fā)生金屬性接地故障，如圖2所示，其中表示α中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組的百分?jǐn)?shù)，作近似估計(jì)時(shí)機(jī)端各相對(duì)地電勢(shì)為：

（3）

由相量圖可以求得故障零序電壓為：

（4）

公式（4）表明，零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置的不同而改變。當(dāng)α=1時(shí)，即電機(jī)端接地，故障點(diǎn)的零序電壓_d0α最大，等于額定相電壓。零序等效網(wǎng)絡(luò)中（圖5），C_f為發(fā)電機(jī)各相的對(duì)地電容，C_w為發(fā)電機(jī)外部各元件對(duì)地電容，L是代表發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈的電感。發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)消弧線圈接地示意圖為：

當(dāng)中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為：

（5）

當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為：

（6）

由公式（6）可知，經(jīng)消弧線圈接地可以補(bǔ)償故障接地的容性電流。在大型發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線的情況下，電容為定值，一般采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式，即補(bǔ)償?shù)母行噪娏餍∮诮拥厝菪噪娏?，這樣有利于減小電力變壓器耦合電容傳遞過(guò)來(lái)的過(guò)電壓。由于欠補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用中使基波零序電壓升高很多，基波零序電壓判據(jù)也要相應(yīng)的根據(jù)補(bǔ)償性質(zhì)改變，從而導(dǎo)致其靈敏度下降，所以實(shí)際應(yīng)用中過(guò)補(bǔ)償方式應(yīng)用反而更多一些，如丹江口電廠和葛洲壩水電站都是采用的過(guò)補(bǔ)償。文獻(xiàn)中指出，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式時(shí)采用過(guò)補(bǔ)償方案，在發(fā)電機(jī)由于異常情況甩負(fù)荷時(shí)，頻率升高，感抗增大，容抗降低，這種情況下極易出現(xiàn)諧振過(guò)電壓。

2.2 發(fā)電機(jī)定子接地故障過(guò)渡電阻的計(jì)算

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，由消弧線圈的二次側(cè)注入20Hz電源簡(jiǎn)化等效電路圖，如圖5所示：

由上圖可以計(jì)算出定子繞組二次側(cè)對(duì)地導(dǎo)納為：

（7）

根據(jù)二次側(cè)對(duì)地導(dǎo)納折算到一次側(cè)的接地負(fù)載電阻值為：

（8）

公式（8）中n為消弧線圈變比消弧線圈本身就是一種有氣隙的鐵心電抗器，它的電抗值基本是固定不變的，不會(huì)隨著電流大小改變而變化，消弧線圈在正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的漏磁通，它的電感一般分為激磁電感和漏電感兩部分。根據(jù)計(jì)算分析表明，漏感較大，消弧線圈的整個(gè)電感值比重最大的就是激磁電感，激磁電感能占到總電感的20%左右，這種情況下就必須把激磁阻抗和漏阻抗分開(kāi)處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

大型機(jī)組采用發(fā)變組單元接線較多，理論上三相繞組對(duì)地電容是對(duì)稱的且大小沒(méi)有什么變化，根據(jù)系統(tǒng)的輸配線路不同，這就促使發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地消弧線圈脫諧度必須越小越好，只有脫諧度小了才能達(dá)到安全電流的限制要求，所以消弧線圈重要的選擇就是參數(shù)的選擇，如果參數(shù)選擇不合適，將會(huì)造成發(fā)電機(jī)絕緣損壞，為發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)危害。發(fā)電機(jī)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，激磁阻抗和漏阻抗是消弧線圈的兩個(gè)重要的參數(shù)，在外加20Hz電源定子接地保護(hù)計(jì)算過(guò)渡電阻時(shí)必須要考慮進(jìn)去，并降低消弧線圈的變比，才能保證過(guò)渡電阻的計(jì)算精度，從而提高保護(hù)的可靠性與靈敏性。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司）