發電機中性點接地方式的選擇

摘要：通過分析發電機單相接地的危害—產生電容電流，燒壞鐵芯；介紹了發電機中性點接地的目的—限制接地電流，提供接地保護。了解了幾種主要的中性點接地方式，針對現階段國內采用的兩種主要接地方式，需要綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護的構成等因素，參考國內外現有經驗，選擇最佳接地方式。

關鍵詞： 發電機中性點接地；消弧線圈接地；高阻接地

引言

發電機是電力系統中最重要的設備之一，發電機定子繞組單相接地，是發電機最常見的一種電氣故障。發電機定子接地是指發電機定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統發生的單相接地短路。

發電機定子接地后，接地電流經故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構成通路。當接地電流較大時，能在故障點引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至擴大為相間或匝間短路。

因此，為了確保發電機的安全，發電機發生定子接地時，接地電流必須限制在一定范圍內，使故障點不產生電弧或者電弧瞬間熄滅，避免單相接地故障發展成為相間或匝間短路，燒壞定子鐵芯和繞組絕緣。

1 發電機單相接地危害及采用不同中性點接地的目的

由于發電機及發電機端所連接設備和裝置存在大小不等的對地電容，當發電機組發生單相接地等不對稱故障時，接地點流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般為數安或數十安。發生故障時，故障處產生弧光過電壓，將損傷發電機定子絕緣，造成匝間或相間短路，擴大事故范圍，嚴重的將燒傷定子鐵芯。一旦燒傷鐵芯，由于大型發電機定子鐵芯結構復雜，修復困難，所以停機時間更長。如果說定子繞組絕緣損壞和單相接地故障是難免，由此而殃及定子鐵芯則應該盡量避免，為此應設法減小定子繞組單相接地電流，同時縮短故障的持續時間。

當發電機外部元件發生單相接地故障等不對稱性故障時，同發電機內部故障一樣，將對發電機和其他設備造成傷害。

而中性點的接地方式，直接影響到單相接地弧光的產生和限制力度。發電機中性點采取不同的接地方式，主要目的是防止發電機和其他設備不受損害，具體有以下幾方面：

①.限制故障時定子一點接地電流，防止產生電弧燒傷鐵芯；

②.限制故障時的穩態和暫態過電壓，防止設備絕緣遭到破壞；

③.提供接地保護，準確靈敏的發出信號或有選擇性的斷開故障發電機。

2 發電機中性點接地方式

發電機中性點接地方式與定子單相接地故障電流的大小、定子繞組的過電壓、定子接地保護的實現等因素有關。

隨著我國電力系統的飛速發展，早期采用的中性點不接地方式已不能滿足需要。因此，又出現了多種中性點接地方式，在這里我們就來介紹下采用最廣泛的幾種主要接地方式。

2.1 發電機中性點不接地

一般10MW以下機組，可以滿足發電機電壓回路對電容電流的要求，采用中性點不接地方式。此種方式最簡便，可以減少中性點設備，定子接地電流小，可帶故障運行一段時間，故可大大提高供電的可靠性，但是不能限制弧光過電壓。采用此種方式，接地故障的指示信號可以由三相五柱式電壓互感器開口三角線圈零序電壓給出，也可采用三個單相電壓互感器提供零序電壓。

2.2 發電機中性點經接地變高阻接地

這是這是目前應用比較廣泛的一種接地方式，接地變壓器的原邊接中性點與地之間，副邊接上一個小電阻， 經變壓器的高變比變換后，反映到高壓側為一阻值放大的電阻，這樣就構成了高電阻接地，同時電阻的造價卻大大降低。同時接地變將中性點的一些電壓信號如零序電壓、三次諧波經降壓變換成低電壓信號，提供給發電機定子接地保護裝置，在這里接地變壓器又起到了PT的作用。這種接地方式會導致單相接地電流的增大，為保證發電機的安全，就必須使定子接地保護動作于跳閘。

2.3 發電機中性點經消弧線圈接地

當發電機電容電流較大時，一般采用中性點經消弧線圈接地，這主要考慮接地電流大到一定程度時接地點電弧不能自動熄滅，而且接地電流若燒壞定子鐵芯時難以修復。消弧線圈是一種帶鐵芯的可調電感線圈。它接于發電機 (或變壓器)的中性點與大地之間，構成消弧線圈接地系統。消弧線圈的作用是提供一個電感電流，補償中性點不接地系統中單相接地時的電容電流， 使運行系統的單相接地故障電流就能控制在發電機允許的單相接地故障電流以內，可避免電弧重燃而造成間隙性接地過電壓， 最終使接地點電弧自動熄滅，防止了大接地電流燒毀定子線圈和鐵心。使發電機能帶單相接地故障電流運行一段時間，提高系統可靠性，也便于維修人員排除故障。

3 發電機中性點接地方式的綜合選擇

在我國，大中型發電機中性點接地方式主要有接地變接地和消弧線圈接地，由于其特點和特性各不同，所以中性點接地方式的選擇應具體問題具體分析，考慮以下幾點因素綜合選擇。

3.1 接地故障電流問題

接地變高阻接地故障電流較大，一般認為是接地電容電流的倍，一般要比消弧線圈接地故障電流要大。接地裝置就是要限制接地故障電流，這樣來說勢必不如消弧線圈接地，但是故障電流增大，保護靈敏度和可靠性就得到了提高，對防止發電機定子接地故障擴大化所起到的作用和消弧線圈是一樣的。

消弧線圈接地故障電流小，往往可以繼續運行一段時間。但是電壓的升高加快了絕緣的老化，如果沒有在短時間內找到并排除故障點，有可能造成故障的擴大。

3.2 過電壓問題

對于過電壓，國內外專家機構的認識也各不相同。從他們的實驗研究結果來看，消弧線圈接地比接地變高阻接地要遜色一些，實際上我國發電機中性點消弧線圈接地都采用欠補償，沒有針對的諧振接地情況，所以不能斷言孰優孰劣。

3.3 發電機定子接地保護問題

3.3.1接地投運方式

參照我國有關發電機單相接地電流允許值的規定，當接地電流超過允許電流時投跳閘，否則投信號。從這一點上看，消弧線圈接地要延長發電機帶故障運行時間，而接地變高阻接地故障電流較大，將瞬時跳閘，對發電機有利，但汽輪機組啟停一次對系統影響較大。我國一般120MW以下的機組只投信號，200MW的機組才投跳閘。

3.3.2發電機定子100%保護

定子100%接地保護通常采用基波零序電壓和三次諧波電壓構成的雙頻式接地保護，對于接地變高阻接地，較普遍的觀點認為其將使三次諧波保護的靈敏度下降，而采用消弧線圈接地方式有助于提高基波零序電壓接地保護的靈敏度。

綜上所述，發電機中性點接地方式與定子接地保護的構成密切相關，還與定子單相接地故障電流的大小、定子繞組的過電壓等問題有關，分析選擇發電機中性點接地方式必須根據國內外的運行經驗，綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護的構成等因素，選擇最佳中性點接地點方式。

結論

1由于發電機對地電容的存在，故障后接地電流過大。隨著發電機容量的增大，電壓等級的提高，故障的危害越大，發電機中性點必須考慮接地。

2接地方式由于發電機容量和電壓等級的不同有多種接地方式，在國內大中型機組主要有消弧線圈和接地變高阻接地兩種方式。

3發電機中性點接地方式的選擇應參考國內外已建機組經驗，綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護的構成等因素。

參考文獻

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