发电机中性点接地电阻柜的应用浅析

发电机中性点接地电阻柜的应用浅析
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；。