发电机中性点接地电阻柜的应用浅析张立强

发电机中性点接地电阻柜的应用浅析张立强

张立强

（中冶南方都市环保工程技术股份有限公司湖北武汉430071）

摘要：本文主要通过对发电机中性点接地电阻柜在工程实例中的应用，介绍此类装置的特点、工程中应注意的事项。

关键词：发电机中性点接地电阻柜；电容电流；电阻值

一.发电机中性点接地方式的选择

发电机中性点的接地方式不仅关系到发电机的安全稳定运行，也关系到整个电力系统的安全稳定运行，有着极其重要的意义。

根据《交流电气装置的过电压和绝缘配合》DL/T620-1997第3.1.3条规定：3kV~20kV发电机系统，发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，单相接地故障电容电流满足下表所列出的允许值。

发电机定子绕组单相接地故障电流允许值

发电机中性点的接地方式有：

1.中性点不接地：当发电机内部发生单相接地故障时，其故障电流就是发电机三相对地总电容电流，如此电流小于故障电流允许值时，并没有烧毁发电机铁芯的危险，发生单相接地故障时仅发信号报警，这样既可以保证机组安全，又能让运行人员有时间有计划的调度、转移负荷，保证用电负荷的安全和电网的稳定。

发电机中性点不接地方式，一般适用于小容量的发电机。

(发电机中性点采用单相电压互感器接地：实时上也是一种中性点不接地方式，单相电压互感器仅用来测量发电机中性点的三次谐波和基波电压。这种接地方式能实现无死区的100%定子接地保护)

2.中性点直接接地：在这种接地种方式下，接地电流很大，需要立即跳开发电机灭磁开关和出口断路器（或发变组出口断路器）。

3.中性点经消弧线圈接地：在发生单相接地故障时，消弧线圈将在零序电压作用下产生感性电流，从而对单相接地时的电容电流起补偿作用（采用过补偿方式，以避免串联谐振过电压），通过消弧线圈的感性电流将系统本身的电容性电流补偿到上表所要求的值，从而不要求瞬时切机，能使负荷有计划的转移，不会对系统产生强冲击，在以前系统容量较小的时期对系统的稳定运行有益。这种方式也可以实现高灵敏度既无死区的定子接地保护。

虽然消弧线圈的补偿能使单相接地故障电流降到允许值以下，但是由于消弧线圈本身电阻很小而且存在补偿误差，所以也容易产生谐振过电压等问题。内过电压倍数比较高，可达3.5~4倍相电压。特别是间歇性电弧接地过电压和谐振过电压已超过了避雷器允许承载能力，要求避开这两种过电压的发生和发展，从而须提高整体绝缘水平。其次，电厂母线发生单相接地必是永久性故障，不允许继续运行，必须迅速切断电源，避免扩大事故。消弧线圈在大型火力发电厂不能充分发挥作用。

4.中性点经单相变压器高阻接地：发电机中性点通过二次侧接有电阻的接地变压器接地，实际上就是经大电阻接地，变压器的作用就是使低压小电阻起高压大电阻的作用，这样可以简化电阻器结构、降低造价。大电阻为故障点提供纯阻性的电流，同时大电阻也起到了限制发生弧光接地时产生的过电压的作用。注意发电机起励升压前要检查接地变压器上端的中性点接地刀闸合好。

二.工程实例应用介绍

现以某钢厂电厂项目为例，对发电机中性点电阻器柜的应用做下简要介绍。本项目新建一座1×335t/h超高温亚临界燃气锅炉+1×100MW亚临界一次再热凝汽式汽轮发电机组+1×110MW发电机及循环水系统、化学水处理系统等。

具体方案设计如下：

1.一次系统图

2.发电机中性点接地电阻的计算原则

1)接地点阻性电流>（1.0~1.5）容性电流（以保证过电压不超过2.6倍相电压即1.5倍的线电压1.5UN=2.6UX）

2)3A<接地点总电流<（10~15A），以满足保护灵敏度和不烧坏铁芯的要求；

3.电容及电容电流计算：

1)发电机定子线圈单相对地电容：

C1＝0.4219uF(发电机厂家提供)；

2)励磁变线圈单相对地电容：

根据《电力工程电气设计手册》第1册893页

C2=0.01μF

3)离相封闭母线主回路,单相对地电容:

根据《电力工程电气设计手册》第1册262页（6-35）式

D=0.75m,d=0.3m,L=28m

C3＝LxC0=0.0017μF

4)离相封闭分支母线主回路,单相对地电容:

根据《电力工程电气设计手册》第1册262页（6-35）式

D=0.45m,d=0.15m,L=20m

C4＝LxC0=0.0001μF

5)主变压器低压侧线圈单相对地电容:

根据《电力工程电气设计手册》第1册893页

C5=0.01μF

图一系统一次系统简图

6)高压厂变高压侧线圈单相对地电容:

根据《电力工程电气设计手册》第1册893页

C6=0.01μF

7)单相对地总电容值:

C＝C1+C2+C3+C4+C5+C6=0.4546μF

8)发电机系统电容电流为：

根据《电力工程电气设计手册》第1册80页

=2.5962A

4.接地电阻值的选择：

1)接入发电机中性点的高电阻值，将影响发电机单相接地时健全相暂时过电压值。此时中性点二次侧接地电阻值为：

接地变压器原边电压：

接地变压器副边电压：

R2≤1.025Ω

本工程选R2=1Ω

2)发电机定子线圈在机端发生单相接地故障时，有功电流为:

=2.6614A

5.当发电机发生单相接地时，流过定子绕组的接地电流:

=3.7179A<10A

6.变压器容量：

S≥16.133kVA

根据《电力工程电气设计手册》第1册265页表6-52

（K1—过负荷系数，查表：按t=1h，K1取1.2）

则S≥13.44kVA

综合考虑，本工程选S=30kVA

二次侧电阻器短时通流（60s）：

7.配套选型设备型号及数量：

a.电阻片型号规格：NGR0.22kV-127A-1h，数量1台。

b.单相干式接地变压器DKDC-30kVA/10.5kV/0.22kV：系统最高电压12kV，额定电压10.5kV，额定容量30kVA，变比和精确等级10.5/0.22kV，AN，数量1台。二次侧继电保护用抽头取0.174kV。

c.电流互感器：LZZBJ9-1250/5A5P20/5P2020VA/20VA。

d.单相隔离开关GN19-12/400：系统最高电压12kV，额定电压10.5kV，电流400A配手动操作机构，数量1台。

e.冷板外壳，户内，1450X1200X1800mm(参考)，数量1台。

图1：发电机中性点电阻柜实物图

三.工程中应注意的事项

发电机中性点采用高阻接地的目的，是限制发电机电压系统发生弧光接地短路时所产生的过电压不超过额定电压的2.6倍，以保证发电机及其他设备的绝缘不被击穿，限制接地故障电流不超过10~15A，并为定子接地保护提供电源，以便于检测，而且为保证接地保护不带时限立即跳闸，要求发生单相接地时，总的接地故障电流要达到一定的值。

具体做法是，发电机的中性点用高压电缆经一台单相接地变压器（或称配电变压器）接地，接地变压器的二次侧接入负荷电阻，这样做可以减小电阻的容量；接地负荷电阻上并联接地检测继电器，构成发电机定子接地保护。

接地变的一次电压取发电机的额定线电压或相电压，二次电压U2可取220V。当二次电压取220V，而接地保护又需要100V时，可在电阻中增加分接头。当接地变的一次电压取发电机的额定线电压时，接地保护分接头取0.174V，当接地变的一次电压取发电机的额定相电压时，接地保护分接头取0.1V。

接地变的型式一般选择干式变压器。

发生单相接地故障时，总的接地故障电流不宜小于3A，以保证接地保护不带时限立即跳闸停机。

参考文献

[1]电力工程电气设计手册；

[2]DL/T5222-2005，导体和电器选择设计技术规定；