劉 威

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040）

水輪發(fā)電機(jī)是一種非常重要的電力設(shè)備，其性能的穩(wěn)定與否直接關(guān)乎著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而中性點(diǎn)接地在水輪發(fā)電機(jī)中則是一個(gè)重要的問題。目前傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式存在一系列問題，如電容電流過大、影響發(fā)電機(jī)的性能穩(wěn)定性等。因此，研究新型的中性點(diǎn)接地方式，以提高水輪發(fā)電機(jī)的性能穩(wěn)定性和安全可靠性十分重要。

1 流經(jīng)接地點(diǎn)電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

電容電流是指由電容器充放電過程產(chǎn)生的電流。在采用水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的方式時(shí)，中性點(diǎn)被接地后，會(huì)有一部分電流從中性點(diǎn)返回電源側(cè)形成電容電流。這些電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生不良影響，例如，會(huì)導(dǎo)致繞組溫升增加，進(jìn)而加大繞組的損耗。此外，電容電流會(huì)增加發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子繞組內(nèi)部的電流密度，導(dǎo)致內(nèi)部能量損耗加大，同時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)，使繞組溫度升高。因此，電容電流會(huì)使發(fā)電機(jī)的繞組和整個(gè)機(jī)身的損耗均產(chǎn)生較大的影響。

電容電流還會(huì)引起發(fā)電機(jī)的諧波扭矩增大，致使機(jī)械振動(dòng)并可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)故障。當(dāng)電容電流流經(jīng)發(fā)電機(jī)的繞組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與電容電流頻率相等的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致同頻率的諧波扭矩。這些諧波扭矩會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致機(jī)械震動(dòng)和噪聲，并導(dǎo)致性能穩(wěn)定性下降。為降低電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響，新型的中性點(diǎn)接地方式被提出并應(yīng)用。其中一種常見的方式是采用中性點(diǎn)電容器接地。具體來說，通過將電容器連接到中性點(diǎn)和地之間，可改變電容電流的流向，從而達(dá)到減少電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響的目的。此外，電容器所產(chǎn)生的感性電流還可起到濾波作用，減少諧波扭矩對(duì)發(fā)電機(jī)的影響。在水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)和中性點(diǎn)接地方式的選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用中性點(diǎn)電容器接地的方案。

實(shí)際應(yīng)用中也需注意中性點(diǎn)電容器的選擇、安裝和維護(hù)等方面。電容器的選擇應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定功率和電網(wǎng)的特性來進(jìn)行，并同時(shí)考慮電容器的耐壓等級(jí)和損耗等參數(shù)。在安裝時(shí)，應(yīng)將電容器接在中性點(diǎn)和地之間，以避免電容器與其他元件的干擾。

在使用過程中，須定期檢修和維護(hù)電容器，以確保其正常工作和壽命。未來的研究方向可從以下幾個(gè)方面展開：①進(jìn)一步探討中性點(diǎn)電容器接地方式對(duì)水輪發(fā)電機(jī)性能穩(wěn)定性的影響機(jī)理，挖掘其內(nèi)部物理本質(zhì)和機(jī)理特征；②開發(fā)更為精確、高效的電容器檢測(cè)和診斷技術(shù)，以提高其可靠性和實(shí)用性；③結(jié)合新能源發(fā)展趨勢(shì)，研究中性點(diǎn)電容器的應(yīng)用范圍和發(fā)展前景，以推動(dòng)其在實(shí)際應(yīng)用中的普及和推廣。

為提高電力系統(tǒng)的效率和可靠性，中性點(diǎn)電容器的選擇、安裝和維護(hù)等技術(shù)參數(shù)需進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，可將研究對(duì)象擴(kuò)展至其他類型的發(fā)電機(jī)，并對(duì)中性點(diǎn)接地方面進(jìn)行深入探索和研究。需注意的是，雖然中性點(diǎn)電容器接地方式可減小電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響，但在實(shí)際應(yīng)用中需考慮其他因素，如不同發(fā)電機(jī)的特性、電網(wǎng)的運(yùn)行情況等。因此，需結(jié)合具體情況進(jìn)行權(quán)衡和選擇，以達(dá)到最優(yōu)的效果。

電容電流會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性造成不良影響，采用中性點(diǎn)電容器接地方式可有效減小這種影響，提高水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。這些研究成果對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的改進(jìn)和優(yōu)化具有重要意義，為提高電力系統(tǒng)的性能和可靠性提供了理論和技術(shù)支持。

2 水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式

2.1 直接接地

在直接接地方式中，水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)通過導(dǎo)線直接與地相連。這種方式簡(jiǎn)單直接，能夠有效地將中性點(diǎn)與地電位相連，使得中性點(diǎn)的電位保持接近于地電位。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，如短路或過電流情況，中性點(diǎn)上的電流會(huì)通過接地導(dǎo)線流向地，從而實(shí)現(xiàn)了電流的分流和安全排放。直接接地方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本較低，并且能夠快速地將故障電流引入地，減小故障對(duì)系統(tǒng)的影響。

直接接地方式的缺點(diǎn)：①當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由于中性點(diǎn)與地之間的連接，可能會(huì)引起較大的短路電流，增加設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)；②直接接地方式對(duì)于故障的定位和隔離可能不夠精確，需額外的保護(hù)裝置來提高系統(tǒng)的可靠性。因此，在選擇水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式時(shí)，需綜合考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行條件和安全要求等因素。直接接地方式適用于一些簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，但在復(fù)雜的電力系統(tǒng)中可能需采用其他更復(fù)雜的接地方式來提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.2 高阻抗接地

在高阻抗接地方式中，通過在中性點(diǎn)接入一個(gè)高阻抗元件，如電阻或電感，來限制中性點(diǎn)電流的流動(dòng)。這種方式可減小故障時(shí)的短路電流，提高系統(tǒng)的可靠性。高阻抗接地方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效限制故障電流的大小，減少對(duì)設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由于中性點(diǎn)電流的限制，可減少故障時(shí)的電壓暫降，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，高阻抗接地方式還可減少對(duì)地電位的影響，降低對(duì)周圍環(huán)境的干擾。

高阻抗接地方式的缺點(diǎn)：①由于中性點(diǎn)電流被限制，可能會(huì)增加設(shè)備的絕緣要求，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本；②高阻抗接地方式對(duì)于故障的檢測(cè)和定位可能較為困難，需配備相應(yīng)的保護(hù)裝置來提高系統(tǒng)的安全性。因此，在選擇水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式時(shí)，需綜合考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行條件和安全要求等因素。高阻抗接地方式適用于一些對(duì)故障電流有較嚴(yán)格要求的場(chǎng)景，但在實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析，確保系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.3 低阻抗接地

在低阻抗接地方式中，通過將中性點(diǎn)與地之間接入一個(gè)較低阻抗的路徑，使得中性點(diǎn)電位能夠盡快地接近于地電位。這種方式可有效將故障電流引入地，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。低阻抗接地方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速地將故障電流引入地，減小故障對(duì)系統(tǒng)的影響。由于中性點(diǎn)電位與地電位接近，可降低對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的電壓暫降，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，低阻抗接地方式還能夠提供更好的故障檢測(cè)和定位能力，便于及時(shí)排除故障并進(jìn)行維修。

低阻抗接地方式的缺點(diǎn)：①由于故障電流較大，可能會(huì)增加設(shè)備的損壞風(fēng)險(xiǎn)，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施來確保系統(tǒng)的安全性。②低阻抗接地方式對(duì)于地電位的影響較大，可能會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生干擾。因此，在選擇水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式時(shí)，需綜合考慮系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行條件和安全要求等因素。低阻抗接地方式適用于一些對(duì)故障電流有較高要求的場(chǎng)景，但在實(shí)際應(yīng)用中需進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析，確保系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.4 絕緣中性點(diǎn)接地

絕緣中性點(diǎn)接地是一種常見的水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式。在這種方式下，中性點(diǎn)與地之間通過一個(gè)絕緣元件（如絕緣變壓器）連接，以實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)與地之間的電氣隔離。絕緣中性點(diǎn)接地方式的主要特點(diǎn)是將中性點(diǎn)與地之間的電流完全隔離開來，從而避免了故障電流通過中性點(diǎn)流入地。這樣可減小故障對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，絕緣中性點(diǎn)接地方式還能夠提供良好的電氣隔離效果，降低了電氣事故的發(fā)生概率。在絕緣中性點(diǎn)接地方式下，中性點(diǎn)與地之間的絕緣元件起到了關(guān)鍵作用。絕緣元件通常是一個(gè)絕緣變壓器，其能夠?qū)⒅行渣c(diǎn)電位與地電位隔離開來，并提供必要的絕緣保護(hù)。絕緣變壓器的設(shè)計(jì)和選擇需要考慮系統(tǒng)的額定電壓、負(fù)載情況及安全要求等因素。

絕緣中性點(diǎn)接地方式存在一些問題：①由于中性點(diǎn)與地之間存在絕緣元件，可能會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本；②絕緣中性點(diǎn)接地方式對(duì)于故障的檢測(cè)和定位相對(duì)困難，需配備相應(yīng)的監(jiān)測(cè)裝置來提高系統(tǒng)的安全性。絕緣中性點(diǎn)接地方式適用于一些對(duì)系統(tǒng)安全性要求較高的場(chǎng)景，特別是在需保護(hù)設(shè)備免受故障電流影響的情況下。

3 水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)新型接地方式的探討

水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。目前，傳統(tǒng)的接地方式主要有弧線圈接地、電容器接地和有效電阻接地等。這些方式在實(shí)際應(yīng)用中有效，但也存在著一些缺陷，如電容器損耗大、弧線圈體積大等問題。因此，近年來研究者開始嘗試探索新型的中性點(diǎn)接地方式。其中，交直流混合式接地是一種新型的中性點(diǎn)接地方式，其采用具有同時(shí)交流和直流特性的中性點(diǎn)電流互感器（NDCT），實(shí)現(xiàn)了對(duì)中性點(diǎn)電流的準(zhǔn)確測(cè)量和控制。通過使用NDCT 方法獲得的中性點(diǎn)電流信號(hào)可直接反饋給發(fā)電機(jī)控制器，以便動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率和負(fù)載均衡。與傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式相比，采用交直流混合式接地的優(yōu)勢(shì)在于減少諧波噪聲，由于交直流混合式接地可測(cè)量中性點(diǎn)電流，因此可有效減少發(fā)電機(jī)輸出的諧波噪聲，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。交直流混合式接地還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的故障情況，并對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行及時(shí)處理。這種方式可顯著提高故障檢測(cè)的精度，從而加強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全性能。

傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式通常需使用較大的電容器或弧線圈等裝置來控制中性點(diǎn)電流。相比之下，采用交直流混合式接地只需采用一個(gè)中性點(diǎn)電流互感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)中性點(diǎn)電流的準(zhǔn)確測(cè)量和控制，從而降低了設(shè)備的成本和占地面積。零序電流補(bǔ)償式接地也是一種新型的中性點(diǎn)接地方式，其通過引入一組特殊的電路來對(duì)中性點(diǎn)電流進(jìn)行補(bǔ)償和平衡，從而降低電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的不良影響。具體而言，零序電流補(bǔ)償式接地可采用兩種方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：①無源補(bǔ)償。采用無源電路對(duì)中性點(diǎn)電流進(jìn)行補(bǔ)償，類似于傳統(tǒng)的弧線圈接地方式。然而，對(duì)于電容電流產(chǎn)生的諧波，采用零序電流補(bǔ)償式接地能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確和有效的控制，從而提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。②有源補(bǔ)償則是采用有源電路對(duì)中性點(diǎn)電流進(jìn)行補(bǔ)償，類似于交直流混合式接地方式。由于有源電路具有更高的控制精度和反應(yīng)速度，因此可更好地實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)電流的補(bǔ)償和平衡。相較于傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式，零序電流補(bǔ)償式接地有許多優(yōu)勢(shì)。例如，其可減小電容電流，通過零序電流補(bǔ)償，能夠有效減小電容電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響，從而提高其穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，該方式還能降低諧波噪聲，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 結(jié)束語

水輪發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)接地方式在電力系統(tǒng)中至關(guān)重要。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)中性點(diǎn)接地方式也進(jìn)行了不斷的研究和探索，傳統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式存在著一些缺陷，例如，存在諧波噪聲等問題。為解決這些問題，新型的中性點(diǎn)接地方式逐漸被提出和應(yīng)用。其中，交直流混合式接地通過測(cè)量中性點(diǎn)電流并及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出功率，有效減少了諧波噪聲并提高了系統(tǒng)安全性能。零序電流補(bǔ)償式接地能夠通過補(bǔ)償中性點(diǎn)電流產(chǎn)生的影響，提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，并且適用范圍廣?；旌鲜浇拥貙⒍喾N接地方式進(jìn)行組合應(yīng)用，可靈活地滿足各種電力系統(tǒng)需求，同時(shí)節(jié)省設(shè)備成本。因此，新型的中性點(diǎn)接地方式在電力系統(tǒng)中具有非常重要的作用，值得進(jìn)一步研究和推廣。