(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

發(fā)電機不可避免地存在對地電容，當(dāng)發(fā)電機正常運行時該電容性電流通常相對較小，而當(dāng)發(fā)生不對稱故障時，該電容性電流就會超過一定數(shù)值，產(chǎn)生弧光過電壓，對發(fā)電機定子線棒絕緣造成一定危害，甚至引發(fā)線棒匝間短路、定子鐵芯損壞、相間短路等更嚴(yán)重的故障。

1 發(fā)電機中性點接地方式

發(fā)電機中性點接地方式因機組容量、接線型式等的不同而有所區(qū)別，根據(jù)機組額定容量、額定電壓的不同，機組接地故障電流允許值也不同，在《水電站機電設(shè)計手冊》電氣一次部分中規(guī)定，不同電壓等級發(fā)電機接地電流采用值見表1。因此，發(fā)電機中性點可采用不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地等三種運行方式。當(dāng)前，我國小型水電站發(fā)電機組的中性點普遍采用不直接接地的運行方式，是否可采用不接地方式需計算單相接地電流才能確定，如果計算單相接地電流值小于表1所列數(shù)值，可采用不接地，否則采用消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地。

表1 不同電壓等級發(fā)電機接地電流采用值

2 單相接地電流計算

中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地點電流為正常運行時每相對地電容電流的3倍，因此，計算出正常運行狀態(tài)下三相對地電容電流的代數(shù)和即為單相接地電流。

一般來說，發(fā)電機電壓回路三相對地電容電流包括發(fā)電機三相對地電容電流、發(fā)電機電壓母線三相對地電容電流、主變壓器低壓線圈三相對地電容電流和發(fā)電機電壓回路其余設(shè)備(主要是發(fā)電機出口斷路器)的電容電流。

2.1 發(fā)電機三相對地電容電流ICF

可按下式計算取得：

ICF=ωCFUx×10-6(A)

式中：ω=2πfn；CF為發(fā)電機三相對地電容(μF)；UX為發(fā)電機額定相電壓(V)。

發(fā)電機電容有三種計算公式：

(1)哈爾濱電機廠公式：

(2)蘇聯(lián)及美國西屋公司的公式：

(3)美國GE公司公式：

計算電容電流以哈爾濱電機廠公式為宜，可是此公式需要電磁計算的有關(guān)數(shù)據(jù)，而在機組未設(shè)計時，此值是不知道的，其使用受到一定的限制。初估電容電流，可利用公式(2)或公式(3)，尤其以公式(3)最為簡便。

2.2 發(fā)電機電壓母線三相對地電容電流

其值為每100m長度三相母線取0.05A～0.1A，其下限值適用10kV及以下電壓等級，上限值適用于10kV以上電壓等級。

2.3 升壓變壓器低壓線圈的三相對地電容電流

一般可按0.1A～0.2A估算。若能取得制造廠變壓器低壓線圈的對地電容的實測值，則三相電容電流可按下式計算：

式中：ω=2πfn；CB為變壓器低壓線圈單相對地電容(μF)；Un2為變壓器低壓側(cè)額定電壓(kV)。

2.4 發(fā)電機電壓回路其余設(shè)備三相對地電容電流

包括發(fā)電機出口斷路器、廠用變壓器、勵磁變壓器、動力電纜等，其中主要考慮發(fā)電機出口斷路器設(shè)備提供的三相對地電容電流，其他設(shè)備產(chǎn)生的三相對地電容電流值很小，可共取0.02A～0.04A。

3 觀音巖水電站工程實例計算

3.1 工程概況

觀音巖水電站位于四川省涼山州冕寧縣境內(nèi)，電站于1987年破土動工，1989年竣工投產(chǎn)。屬2016年-2019年農(nóng)村水電增效擴容改造實施項目，改造前裝機2臺，單機容量8750kW，發(fā)電機電壓側(cè)采用單母線分段接線，發(fā)電機中性點采用不接地方式運行。改造后裝機2臺，單機容量11000kW，額定功率因數(shù)0.875，額定電壓10.5kV，發(fā)電機電壓側(cè)采用單母線分段接線。發(fā)電機中性點接地方式是否仍采用不接地方式需計算出單相接地電流才能確定。

3.2 三相對地電容電流計算

3.2.1 發(fā)電機三相對地電容電流

ICF=0.8(A)

制造廠家提供電容電流為1A，為安全起見，取單臺發(fā)電機三相對地電容電流為1A。

3.2.2 發(fā)電機電壓母線三相對地電容電流

本站發(fā)電機采用三相共箱母線，其長度約為30m，計算電容電流時，考慮一定裕度，取長度為50m。每100m長度三相母線對地電容電流取0.05A。

故發(fā)電機電壓母線三相對地電容電流為0.05×0.50=0.025A。

3.2.3 升壓變壓器低壓線圈的三相對地電容電流

主變壓器低壓線圈三相對地電容電流估值按0.2A考慮。

3.2.4 發(fā)電機電壓設(shè)備三相對地電容電流

發(fā)電機電壓設(shè)備三相對地電容電流估值按0.02A考慮。

3.2.5 發(fā)電機出口斷路器三相對地電容電流

根據(jù)類似工程發(fā)電機斷路器電容值取200pF，可得：Icb=3ωCbUx×10-3=0.011(A)

綜上：

最大運行方式下1臺發(fā)電機回路總電容電流為：

Ic∑=1+0.025+0.2+0.02+0.011=1.256(A)

最大運行方式下2臺發(fā)電機并列運行時回路總電容電流為：

ICmax=2Ic∑=2×1.256=2.512(A)

4 結(jié)論

(1)觀音巖電站與發(fā)電機有電氣連接的電壓回路三相對地電容電流計算值最大為2.512A，此值遠小于額定電壓為10.5kV發(fā)電機建議采用值4A。故本階段發(fā)電機中性點接地方式推薦采用不接地方式。

(2)由于計算值很多是根據(jù)經(jīng)驗公式得出的，難免有一定局限性，下階段在全站設(shè)備投運后，在最大運行方式下實測與發(fā)電機有電氣連接回路的三相對地電容電流，當(dāng)接地電流大于4A時，若要求發(fā)電機帶單相接地故障運行，其中性點應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。