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發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地，是發(fā)電機(jī)最常見的一種電氣故障。發(fā)電機(jī)定子接地是指發(fā)電機(jī)定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統(tǒng)發(fā)生的單相接地短路。

發(fā)電機(jī)故障分析：中性點(diǎn)接地方式的選擇

發(fā)電機(jī)定子接地后，接地電流經(jīng)故障點(diǎn)、三相對(duì)地電容、三相定子繞組而構(gòu)成通路。當(dāng)接地電流較大時(shí)，能在故障點(diǎn)引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至擴(kuò)大為相間或匝間短路。

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

1 發(fā)電機(jī)單相接地危害及采用不同中性點(diǎn)接地的目的

由于發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)端所連接設(shè)備和裝置存在大小不等的對(duì)地電容，當(dāng)發(fā)電機(jī)組發(fā)生單相接地等不對(duì)稱故障時(shí)，接地點(diǎn)流過的故障電流即上述對(duì)地電容電流。該電流一般為數(shù)安或數(shù)十安。發(fā)生故障時(shí)，故障處產(chǎn)生弧光過電壓，將損傷發(fā)電機(jī)定子絕緣，造成匝間或相間短路，擴(kuò)大事故范圍，嚴(yán)重的將燒傷定子鐵芯。一旦燒傷鐵芯，由于大型發(fā)電機(jī)定子鐵芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修復(fù)困難，所以停機(jī)時(shí)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(yīng)該盡量避免，為此應(yīng)設(shè)法減小定子繞組單相接地電流,同時(shí)縮短故障的持續(xù)時(shí)間。

當(dāng)發(fā)電機(jī)外部元件發(fā)生單相接地故障等不對(duì)稱性故障時(shí)，同發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障一樣，將對(duì)發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備造成傷害。

而中性點(diǎn)的接地方式，直接影響到單相接地弧光的產(chǎn)生和限制力度。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采取不同的接地方式，主要目的是防止發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備不受損害，具體有以下幾方面：

①.限制故障時(shí)定子一點(diǎn)接地電流，防止產(chǎn)生電弧燒傷鐵芯;

②.限制故障時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過電壓，防止設(shè)備絕緣遭到破壞;

③.提供接地保護(hù)，準(zhǔn)確靈敏的發(fā)出信號(hào)或有選擇性的斷開故障發(fā)電機(jī)。

2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(hù)的實(shí)現(xiàn)等因素有關(guān)。

隨著我國電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，早期采用的中性點(diǎn)不接地方式已不能滿足需要。因此，又出現(xiàn)了多種中性點(diǎn)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(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地

一般10MW以下機(jī)組，可以滿足發(fā)電機(jī)電壓回路對(duì)電容電流的要求，采用中性點(diǎn)不接地方式。此種方式最簡便，可以減少中性點(diǎn)設(shè)備，定子接地電流小，可帶故障運(yùn)行一段時(shí)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(hào)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(gè)單相電壓互感器提供零序電壓。

2.2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)接地變高阻接地

這是這是目前應(yīng)用比較廣泛的一種接地方式，接地變壓器的原邊接中性點(diǎn)與地之間,副邊接上一個(gè)小電阻, 經(jīng)變壓器的高變比變換后，反映到高壓側(cè)為一阻值放大的電阻，這樣就構(gòu)成了高電阻接地，同時(shí)電阻的造價(jià)卻大大降低。同時(shí)接地變將中性點(diǎn)的一些電壓信號(hào)如零序電壓、三次諧波經(jīng)降壓變換成低電壓信號(hào)，提供給發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)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(huì)導(dǎo)致單相接地電流的增大，為保證發(fā)電機(jī)的安全，就必須使定子接地保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

2.3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

當(dāng)發(fā)電機(jī)電容電流較大時(shí)，一般采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，這主要考慮接地電流大到一定程度時(shí)接地點(diǎn)電弧不能自動(dòng)熄滅，而且接地電流若燒壞定子鐵芯時(shí)難以修復(fù)。消弧線圈是一種帶鐵芯的可調(diào)電感線圈。它接于發(fā)電機(jī) (或變壓器)的中性點(diǎn)與大地之間，構(gòu)成消弧線圈接地系統(tǒng)。消弧線圈的作用是提供一個(gè)電感電流，補(bǔ)償中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)的電容電流, 使運(yùn)行系統(tǒng)的單相接地故障電流就能控制在發(fā)電機(jī)允許的單相接地故障電流以內(nèi)，可避免電弧重燃而造成間隙性接地過電壓, 最終使接地點(diǎn)電弧自動(dòng)熄滅，防止了大接地電流燒毀定子線圈和鐵心。使發(fā)電機(jī)能帶單相接地故障電流運(yùn)行一段時(shí)間，提高系統(tǒng)可靠性，也便于維修人員排除故障。

3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的綜合選擇

在我國，大中型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式主要有接地變接地和消弧線圈接地，由于其特點(diǎn)和特性各不同，所以中性點(diǎn)接地方式的選擇應(yīng)具體問題具體分析，考慮以下幾點(diǎn)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(rèn)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(hù)靈敏度和可靠性就得到了提高，對(duì)防止發(fā)電機(jī)定子接地故障擴(kuò)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(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。但是電壓的升高加快了絕緣的老化，如果沒有在短時(shí)間內(nèi)找到并排除故障點(diǎn)，有可能造成故障的擴(kuò)大。

3.2 過電壓問題

對(duì)于過電壓，國內(nèi)外專家機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)也各不相同。從他們的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果來看，消弧線圈接地比接地變高阻接地要遜色一些，實(shí)際上我國發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)消弧線圈接地都采用欠補(bǔ)償，沒有針對(duì)的諧振接地情況，所以不能斷言孰優(yōu)孰劣。

3.3 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)問題

3.3.1接地投運(yùn)方式

參照我國有關(guān)發(fā)電機(jī)單相接地電流允許值的規(guī)定，當(dāng)接地電流超過允許電流時(shí)投跳閘，否則投信號(hào)。從這一點(diǎn)上看，消弧線圈接地要延長發(fā)電機(jī)帶故障運(yùn)行時(shí)間，而接地變高阻接地故障電流較大，將瞬時(shí)跳閘，對(duì)發(fā)電機(jī)有利，但汽輪機(jī)組啟停一次對(duì)系統(tǒng)影響較大。我國一般120MW以下的機(jī)組只投信號(hào)，200MW的機(jī)組才投跳閘。

3.3.2發(fā)電機(jī)定子100%保護(hù)

定子100%接地保護(hù)通常采用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的雙頻式接地保護(hù)，對(duì)于接地變高阻接地，較普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為其將使三次諧波保護(hù)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(hù)的靈敏度。

綜上所述，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與定子接地保護(hù)的構(gòu)成密切相關(guān)，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(guān)，分析選擇發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式必須根據(jù)國內(nèi)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護(hù)的構(gòu)成等因素，選擇最佳中性點(diǎn)接地點(diǎn)方式。

結(jié)論

1由于發(fā)電機(jī)對(duì)地電容的存在，故障后接地電流過大。隨著發(fā)電機(jī)容量的增大，電壓等級(jí)的提高，故障的危害越大，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)必須考慮接地。

2接地方式由于發(fā)電機(jī)容量和電壓等級(jí)的不同有多種接地方式，在國內(nèi)大中型機(jī)組主要有消弧線圈和接地變高阻接地兩種方式。

3發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的選擇應(yīng)參考國內(nèi)外已建機(jī)組經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮故障電流、過電壓以及接地保護(hù)的構(gòu)成等因素。