康明斯动力设备（深圳）有限公司

二、选择接地方式的因素

1、与电力系统的关系

      消弧线圈接地减小了接地故障点的故障电流，消除了间歇电弧引起的过电压，允许发电机组带故障继续运行2h，便于组织抢修或减负荷停机，从而避免或减小对系统的冲击和对用户的影响。

      我国早期电力发展滞后，电力网小，单机所占比重较大，单机突然切除对电网冲击大，严重影响用户负荷。采用消弧线圈接地上述优点是明显的，是与我国的电力系统状况相适应的。改革开放以来，我国电力系统得到了迅速发展，尽管单机容量越来越大，但其容量占所接入的系统容量比重却相对较小，单机故障保护动作于发信、转移负荷尽快停机或跳闸、灭磁瞬时停机，对系统不产生冲击或冲击很小，同时由于系统备用容量较大，不会切除系统用户。特别是近年来电厂(站)自动化水平大大提高，采用“无人值班，少人值守”进行设计的电站已成为现实。采用消弧线圈延长发电机组运行己没有必要。

      采用接地变压器接地，由于接地故障电流大于消弧线圈接地，单机故障保护动作于发信、转移负荷尽快停机或跳闸、灭磁瞬时停机，目前的电力系统是允许的，从而为发电机中性点接地多提供了一种选择方式。由此看来，电力系统是影响发电机中性点接地方式选择的一个主要因素。

      仅就满足系统要求来看，无法确定两种接地方式孰优孰劣。

2、与制造生产的关系

      由于消弧线圈在我国已有多年的运行历史，生产制造不成问题。但在电站采用接地变高阻接地的方式呈上升趋势，发电机组用户采用这种接地方式的也为数不少案例。理论和实践均已证明采用消弧线圈和接地变都是可行的。

      由于利用了变压器短时过载特性，变压器容量仅为相应消弧线圈容量的1/3~1/6。同时接地变不像消弧线圈需调节分接头，制造较简单。因而接地变较消弧线圈应该是经济的。但接地变多在大中型机组选用，使用数量小，生产厂家较少。又由于订货数量小，厂家不愿意接受，生产模具设计制造一套成本高，接地变及保护装置要价也就较高，限制了推广使用。当然，事实上能否做到经济，取决于今后的接地方式发展实践。接地方式的选择不是一个纯技术的问题，经济指标也很重要。

      接地变容量小，可以和保护继电器放在一个箱体内，占地面积小，便于布置，这在水电站也是一个优点。

      从制造生产来看，两种接地装置都可生产，就一般容量为中小型机组看，设计选用接地变接地还不容易让业主接受，选厂较难一些。

      在我国，较大型机组的中性点接地，不少设计单位尊重发电机厂意见，或由主机厂设计，配套供货。所以发电机厂的设计经验和习惯也是影响发电机中性点接地方式选择的因素。

三、过电压和保护问题

1、过电压分析

      过电压是两种接地方式都不能回避的问题，一般分动态过电压和传递过电压及谐振过电压，发电机接地时电压相量图如图3所示。耦合传递过电压和直接传递过电压，只要设计时参数取得适当，能满足继电保护的要求，对设备不会构成威胁。当回路容抗和感抗接近时，如果发生单相接地或断路器不同期操作，会在发电机相接的变压器或电压互感器之间出现谐振过电压，危及发电机绝缘。但实际发生的机率很小，尚未发现因采用消弧线圈产生危险过电压的实例。

      已有的动态过电压研究结果是基于暂态网络分析仪进行的，对其结果的认识也不一致。图4中曲线①是GE公司P.G.Brown等人研究的结果，曲线②是我国清华大学的实验结果，曲线3是美国M.V.Hadded等人研究的结果。上述③条曲线都是对应发电机中性点消弧线圈接地的情况，当发生单相故障时发生重燃，甩负荷等条件下，频率偏离工作频率时最大暂态过电压。由于是全补偿，电感和电容处于谐振状态，故称谐振接地。所不同的是，P.G.Brown等人用纯电感模拟消弧线圈，M.V.Hadded等人计入了消弧线圈的有功损耗电阻，我国清华大学的实验计入了消弧线圈的有功损耗电阻，同时采用了分布参数计算模拟。曲线④为接地变高阻接地时的最大暂态过电压。

      从图4中可以看到，由于忽略消弧线圈的电阻成分，过电压倍数较高。正如研究者所述，试验结果偏高，仅用作两种接地方式的比较。消弧线圈接地实际暂态过电压一般不超过正常值的3倍。

      接地变高阻接地，由于电阻值较大，回路阻尼率增大，避免了谐振过电压的出现，保证暂态过电压不超过2.6倍正常工作电压。从图中可以看到，高阻接地的过电压倍数在2.5左右。

      有人认为，正常频率下消弧线圈接地过电压小于接地变高阻方式下的过电压，所以消弧线圈接地优于接地变高阻接地，其实不然。首先，接地变本身也含电感成分，不知实验研究者计入此成分否，如果没计入，就不能断定额定频率下接地变高阻接地过电压高。其次，额定频率下谐振接地过电压低是在单相接地故障条件下的结论，并非长期运行的工作状态，持续时间短，追求较低的过电压意义不大。相反，由于甩负荷等，频率偏移较大，可以看出，当频率偏移时，消弧线圈接地远较接地变高阻接地过电压为大。

      从上述过电压分析看，消弧线圈接地比接地变高阻接地要差一些，至少不比高阻接地方式优越。实际我国发电机中性点消弧线圈接地都采用欠补偿，没有上述研究曲线针对的谐振接地情况，所以就过电压看，还不能断言哪种接地方式一定优于另一种接地方式。 

2、发电机定子接地保护问题

（1）重复接地的必要性

      重复接地是为了保证发电机的安全可靠地运行，避免因接地故障引起系统故障、设备损坏及人身伤害等问题，接线方式如图5所示。在发电机系统中，如果没有进行重复接地，则可能会存在以下问题：

① 不易发现接地故障。如果发生接地故障，没有进行重复接地，则地故障电流无法形成回路，也就无法引起保护装置的动作。在没有额外的保护措施下，接地故障难以检测和排除，可能会对系统造成严重的影响。

② 危及人身安全。如果发电机系统没有重复接地，则当发生单相接地故障时，电流将会通过电容电流的方式回路到地，形成触电危险。如果此时人员接触发电机设备，可能造成电击伤和生命危险。

③ 设备损坏。如果没有重复接地，则当接地故障发生时，地故障电流会通过设备绕组和设备接地点等地点流过，这可能会造成设备损坏或烧毁。

（2）接地保护的投运方式

      保护投运方式以前按接地电流大于5A时投跳闸，小于5A时投信号。八十年代开始，参照我国有关发电机单相接地电流允许值的规定，当接地电流超过允许电流时投跳闸，否则投信号。从这一点看，消弧线圈接地要延长发电机带故障运行时间，而接地变高阻接地故障电流较大，将是瞬时跳闸，对保护发电机有利。当然对汽轮机组启停一次可能影响大一些。但实际上大多数厂家按120MW及以下的发电机定子接地只投信号，200W及以上机组才投跳闸的保护方式运行。

（3）发电机定子100%接地保护

       发电机100%定子接地保护构成方式有多种形式。较传统的是基波零序和三次谐波共同构成的。对于接地变高阻接地，较普遍的观点认为，接地变高阻接地将使采用三次谐波保护的灵敏度下降。但按发电机对地电容为C0=0.1μF，发电机中性点发生接地故障，过渡电阻在几千欧。当对地电容增大，无论哪种接地方式，灵敏度都要下降。特别是为了提高灵敏度，保护装置的动作判别式相应发生变化，一般趋于复杂化，理论和实践都发现难于调整，误动作率较高。所以，如果说三次谐波保护存在问题的话，无论对哪种接地方式都是一样的。

（4）励磁回路接地保护的基本原理

      在电力系统中，励磁回路是一种关键的设备，其主要作用是为发电机提供足够的励磁电流，保证其正常运行，电路如图6所示。由于励磁回路中的电气设备较为复杂且接地故障风险较高，因此采用励磁回路接地保护来保障系统的安全稳定运行。

      励磁回路接地保护的基本原理是通过对励磁回路的监测，当出现接地故障时，保护系统能够及时发现并切断故障电源，避免故障扩大，保证电力系统的稳定运行。一般来说，励磁回路接地保护采用电流差动保护或电流比率保护的方式进行监测，当检测到电流不平衡或保护装置接收到异常信号时，及时关闭励磁回路电源。

总结：

      对于外加直流或交流低频电源式定子接地保护，宜选用接地电阻柜。该装置在抗干扰、提高灵敏度方面较三次谐波保护具有突出的优点，但装置造价要高一些。从发展趋势看，这种保护方式在大型机组上采用的越来越多。而将配电变压器换成消弧线圈或单相TV，从上面的分析看，根本达不到减小发电机定子绕组绝缘破坏时对发电机的危害及提高定子接地保护的可靠性和灵敏度的目的，缺点还很多。综上所述，发电机中性点接地方式在电站以接地变高阻接地稍微具有优势，一是减少占地面积，二是发电机组启停机容易。发电机组采用何种接地方式，一般应作具体比较确定。