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发电机中性点接地的几种方式以及各自的优缺点

发表日期:2014-07-09 00:41:03   所属分类:电阻柜技术百科   浏览 9307 次

发电机中性点接地的五种方式

随着电力系统发电机装机容量和单机容量由小到大的不断快速增大,发电机中性点的接地方式经历了以下五种方式的变化和发展:

①中性点直接接地;

②中性点经低阻抗接地;

③中性点不接地;

④中性点经高电阻(发电机中性点接地电阻柜)接地;

⑤中性点经消弧线圈(谐振)接地。

发电机中性点接地方式优缺点

第①、②两种接地方式,使用在电力系统发展初期,其明显的缺点是,当在发电机内部发生单机接地故障时,即使继电保护能够快速动作跳开发电机,由于暂态电流和稳态电流太大,严重烧损铁芯,其破坏作用远远超过 倍的工频过电压。所以世界各国现已基本废弃不用。

对于第③种不接地方式,由于发电机的中性点不接地运行,当定子绕组发生单相接地时,流过故障点的电流仅为很小的电容电流,有效地限制了接地电流的破坏作用。到目前为止我国、前苏联及一些其他国家的电容电流较小的发电机,中性点仍采用这一不接地方式。但是,随着机组容量的增大和运行电压的升高,当电容电流接近或达到某一临界值时,接地电弧不能自行熄灭。电弧接地过电压又会产生新的危害。随着机组容量的增大,铁芯烧损后果严重,允许的接地故障电流日趋减少。所以这一不接地方式的应用,受到接地电容电流的限制。

对于300MVA及以上的大容量发电机组,目前世界各国普遍采用的是第④种或第⑤种接地方式。采用第④接地方式,中性点经高电阻接地的主要目的,是限制接地电弧重燃、中性点出现的积累性电压升高,从而降低电弧接地过电压。发电机中性点经高电阻接地方式有许多方案,其中以单相配电变压器电阻的方案为最优。配电变压器二次侧所接的电阻为一消能元件,可增大零序回路阻尼,抑制暂态过电压,但因此也增大了接地电流,这就要求当发电机定子绕组发生单相接地故障时能迅速切除机组。由于此种装置简单且易于配置,故得到广泛的应用,在西方欧美国家已经形成一种使用惯例,在国内许多大型汽轮发电机组和水轮发电机也都采用配电变压器的接地方式。但是这种接地方式的缺点是无法减小接地电容电流,而是增大接地故障电流。因此对于大电容电流发电机,接地故障电流数倍乃至十数倍地超过发电机的安全接地电流,暂态接地电流更大,即使短时间跳开故障的发电机铁芯迭片的熔化焊接现象也很难避免,这种接地方式就难于适用了。
在我国对于电容电流高达18-24A的水轮发电机,通常采用第⑤接地方式,即中性点经消弧线圈接地方式,以便将接地故障电流保持在较低的水平。

世界上第一台消弧线圈(谐振)接地方式,于1917年在德国Pleidelsheim电厂发电机的中性点投入运行。随着理论和实践的不断充实,谐振接地逐渐在世界各地得到了广泛的应用。我国和前苏联大容量的水轮和汽轮发电机,以及欧洲的部分发电机和美国新英格兰电力系统中的所有发电机,中性点全部经消弧线圈接地运行,长期以来效果良好。谐振接地方式已经成为足以与高电阻接地方式匹敌的另一大分支。美国AIEE旋转电机专业委员会曾经在“同步发电机系统接地方式应用指南”中,明确指出了发电机中性点谐振接地方式具有限制暂态过电压等优点。
事例:宝钢4号发电机的接地方式
对于大容量发电机,尽管消弧线圈的接地方式在国内大电容电流发电机上得到一定的应用,但是消弧线圈的接地方式还存在以下不利因素:

(1)参数选择须考虑因素较多。如果没有经过全面地分析计算,选定的参数不合适,将会使发电机三相对地电压长期有较大偏移,甩负荷时,电压偏移更大。

(2)潜在的过电压危险。研究表明,当故障点发生在电网侧时,零序电压经耦合电容传递到发电机侧,若采用过补偿方式,传递过电压可能趋向无穷大,将威胁发电机安全。而完全补偿方式,又会出现人们所担心的谐振过电压。因而,从理论上,经消弧线圈接地方式应该是欠补偿方式。然而,在实际应用中过补偿方式却运用最多。另外,在发电机组启、停及甩负荷等过程中,如果再出现接地或二次重燃,将会有较大的暂态过电压。确分析暂态过电压的大小,是十分困难的,国内外都只是通过仿真进行模拟估算,在消弧线圈内阻较小,脱谐度很小时,间歇电弧会产生危险的过电压。

(3)保护配置比较复杂,需要增设高压侧零序制动电压,以防止保护误动。
宝钢电厂现有的4台发电机组,都采用了中性点经高电阻接地方式,有着长期的运行维护经验;西门子公司也推荐使用高电阻接地方式。

因此德国西门子公司和宝钢基于已有的工程设计和长期的运行维护经验,双方都同意发电机中性点采用单相接地变压器高电阻接地的方式。

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