關于發電機定子單相接地試驗的一點建議

徐丹

(中國水利水電第十工程局有限公司 機電安裝分局調試所，四川都江堰 611830)

關于發電機定子單相接地試驗的一點建議

徐丹

(中國水利水電第十工程局有限公司 機電安裝分局調試所，四川都江堰 611830)

發電機中性點接地方式直接影響到供電的可靠性、線路和設備的絕緣水平以及繼電保護裝置的功能等。隨著對電網運行指標的要求日益提高，中性點接地方式的正確選擇更加重要。在分析發電機單相接地時電容電流分布情況的基礎上，通過發電機單相接地試驗，從而正確選擇出消弧線圈的容量和檔位。

單相接地；電容電流；消弧線圈

1 概述

在電力系統中，發電機的中性點是否接地及如何接地運行是一個綜合性的問題。在我國中小型電廠的改造和建設過程中，因供電范圍大、設備多，供電系統的電容電流通常比較大，其單相接地故障電流遠遠超過發電機單相接地故障電流的允許值，對發電機危害很大。通過我國電力系統多年來累積的經驗，發電廠的發電機組中性點接地方式一般采用經消弧線圈接地。這樣實施主要是考慮到接地電流大到一定程度時接地電弧不能自動熄滅，而且接地電流若燒壞定子鐵芯后難以修復。中性點接入消弧線圈后，與發電機發生單相接地時可產生電感性電流，以補償接地點的電容電流從而使接地點電弧自動熄滅。

2 試驗目的

發電機定子單相接地試驗的目的主要是為了檢驗發電機在發生單相接地時消弧線圈是否能夠有效地補償故障電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓，從而防止事故進一步擴大為匝間短路或相間短路。因為發電機定子單相接地后，非故障相對地電壓上升為線電壓，可能導致絕緣薄弱處發生接地而形成兩點接地短路，擴大事故；此外，接地點將流過3倍大小的正常相對地電容電流，該電流過大會在接地點引起電弧，電弧的溫度可燒壞設備，間歇電弧可產生間歇電弧過電壓，進而威脅到電力系統的安全運行。

3 規程規范要求

電力規程DL/T507－2002《水輪發電機組啟動試驗規程》中第6．8．11條款規定:對于裝有消弧線圈的機組進行發電機單相接地試驗，在機端設置單相接地點，斷開消弧線圈，升壓至50%定子額定電壓，測量定子繞組單相接地時的電容電流。根據保護要求選擇中性點消弧線圈的分接頭位置，投入消弧線圈，升壓至100%定子額定電壓，測量補償電流和殘余電流并檢查單相接地保護信號。

根據DL/T 5222－2005《導體和電器選擇設計規定》第18．1．6條款規定:裝在電網的變壓器中性點的消弧線圈，以及具有直配線的發電機中性點的消弧線圈應采用過補償方式。

對于采用單元接線的發電機中性點的消弧線圈，為了限制電容耦合傳遞過電壓以及頻率變動等對發電機中性點位移電壓的影響，宜采用欠補償方式。

條文說明如下:

裝在電網的變壓器中性點和有直配線的發電機中性點的消弧線圈采用過補償方式，是考慮電網運行方式變化較大，如斷路器分閘、線路故障、檢修以及分區運行等，電網電容電流都將可能減少。若采用欠補償運行方式，電容值的改變有可能使消弧線圈處于諧振點運行，這是不允許的。

采用單元連接的發電機，其運行方式固定，裝在此發電機中性點的消弧線圈可以采用欠補償，也可以采用過補償。但為了限制變壓器高壓側單相接地時對低壓側產生的傳遞過電壓引起發電機中性點位移電壓升高，以采用欠補償運行方式較為有利。

無論采用過補償或欠補償運行方式，都應根據發電機的容量和電壓限制殘余電流。因為單相接地通過故障點的能量與電壓和電流有關。為了不使因發電機電壓等級的增高而增大通過故障點的能量，對額定電壓高于10 kV的大容量發電機單相接地時通過故障點的電流值應小于5 A。表1列出了不同容量和電壓等級的允許電流值，供參考。

表1 不同容量和電壓等級發電機單相接地時流過故障點的電流允許值表

由以上規程可知，我們現在調試的大部分機組屬于直配線發電機組，因此，應采用過補償方式。但隨著發電機額定容量和額定電壓的提高，為了防止燒損發電機鐵芯并降低和限制過電壓，在有關規程和反事故措施中進一步降低了發電機單相接地電流的允許值。

原國家電力公司下發的《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》(國電發【2000】589號)第11．10條中規定:“當發電機定子回路發生單相接地故障時，允許的接地電流值如表2規定。發電機定子接地保護的動作整定值按表2的要求確定。當定子接地保護報警時，應立即停機。200 MW及以上容量的發電機的接地保護裝置宜投跳閘。”

表2 發電機定子繞組單相接地故障電流允許值表

4 發電機單相接地電流的計算

當發電機發生單相接地故障時，故障電流主要由三部分組成。

(1)發電機三相對地電容電流IG。

IG可由廠家提供的單相對地電容CG計算得到:IG=3ωCGUn(Un為額定相電壓)；也可以通過進行發電機定子交流耐壓試驗時(電壓為額定相電壓)實測得到電容電流。

(2)發電機母線三相對地電容電流IM。

IM取值一般按每100 m長度取0．05～0．1 A，其下限值適用于10 kV及以下電壓，上限值適用于10 kV以上電壓。如果母線上還有其他設備，如機端斷路器所連接的對地并聯電容，發電機機端母線上引出的電纜等應另行計算后加上；也可以通過進行母線交流耐壓試驗時(電壓為額定相電壓)實測得到電容電流。

(3)變壓器低壓側線圈及廠變、勵磁變高壓側線圈三相對地電容電流IT。

IT一般可按0．1～0．2 A估算。

因此，發電機回路單相接地時的電容電流為:

在不考慮機端斷路器所連接的對地并聯電容的影響，IM和IT的值相對于IG來說比較小，我們只需要在IG的基礎上乘以一定的裕度即可。根據經驗，我們可以取1．2倍，即:

若機端斷路器接有對地并聯電容，則需另外計算后加上，即:

5 消弧線圈的選擇

由規程可知，對于直配線的發電機中性點的消弧線圈應采用過補償方式。因此，在選擇消弧線圈電流檔位時，應按照1．25ID選擇。而消弧線圈的容量也應考慮一定的裕度，其容量可按式(4)計算:

式中 K為系數，過補償取1．35，欠補償按脫諧度確定；Q為消弧線圈的補償容量，kVA；ID為發電機回路的電容電流，A；Un為發電機回路的額定線電壓，kV。

發電機電壓回路的電容電流應包括發電機、變壓器和連接導體的電容電流，當回路中裝有直配線或電容器時，尚應計及這部分電容電流。

6 結語

由以上分析可知，我們在做發電機單相接地試驗時需要注意以下四點:

(1)我們在做發電機單相接地試驗時所測得的電流實際上只是發電機定子三相對地電容電流IG，并不是發電機發生單相接地時的電容電流ID，ID應根據實際情況由公式(1)、(2)、(3)計算得出。

(2)我們在選擇消弧線圈電流檔位時應按1．25ID選擇，補償容量的選擇應根據公式(4)計算得出。

(3)我們在做發電機單相接地試驗時，非接地相所加的相電壓應為額定線電壓。例如發電機額定線電壓為Ue=10．5 kV，則試驗中非接地相所加的相電壓應為Ux=Ue=10．5 kV。因為此時測得的電流才是發電機定子三相對地電容電流IG。但這樣做也具有一定的危險性，因為此時非接地相的相電壓抬高為線電壓，對絕緣是一種破壞，因此，在未接入消弧線圈的情況下，我們只需要升到50%額定線電壓，然后再讀取電流值后乘以2倍即可以得到IG。

(4)在投入消弧線圈后，還應該再升壓至100%定子額定電壓來驗證消弧線圈的容量和電流檔位的選擇是否合適。

通過以上論述，希望大家在調試過程中能進一步了解和重視發電機中性點經消弧線圈接地的有關技術問題，以便正確選擇和調整消弧線圈，防止意外事故的發生。

［1］ 水輪發電機組啟動試驗規程，DL/T 507－2002［S］．

［2］ 導體和電器選擇設計規定，DL/T 5222－2005［S］．

TV7;TV737

B

1001-2184(2015)05-0066-02

徐 丹(1980-)，男，湖北宜昌人，工程師，學士，從事電力系統電氣調試技術與管理工作．

(責任編輯:李燕輝)

2015-08-18