发电机中性点的经高电阻接地程序及功能

　　导读：发电机的中性点接地有直接接地、经电阻接地、经电抗接地，或者不接地等很多种步骤。所谓高阻接地的步骤其实就是在发电机中性点和地之间接一个高阻值的电阻，功用包括限制损坏电流、抑制过电压、便于检查损坏、维持机构暂时运转等。通过合理布置高阻接地机构，可有效兼顾发电机安全、系统稳定性和供电可靠性，是高压发电机组中广泛选取的接地步骤。

　　      所谓接地形式，实际上指的是电力机构中性点的接地方式，为便于剖析，根据发生电能机理的不一样把DG分为两类：一类具有转子/定子结构，通过电磁感应原理把轴上的机械能转化为电能，如及柴发机组等，这一类DG自身具备中性点，可以引出中性导体，保护导体PE(ProtectiveConductor)可以与中性点直接联结，既能配置为中性点直接接地的TN系统，也能配置为中性点浮空的IT机构。发电机中性点经接地变压器高阻接地方式，由配电变压器和变压器二次侧并列电阻组成，经隔离开关接入发电机中性点。可根据不一样的保护办法配置不一样的保护装置。康明斯发电机服务站下面在本文中就详细的设备变压器和电阻器的选取计算进行相应的小议。

　　在发电机中性点处串联一个高阻值电阻器（通常为线性电阻），再通过该电阻接地。若发电机中性点未直接引出，可能需借助接地变压器形成等效中性点后接入电阻。

　　根据机构对地电容电流设计，通常将单相接地损坏电流限制在 5~15A 范围内。

　　（1）限制故障电流：单相接地时，高电阻显着减少故障电流（通常控制在安全范围内），减轻电弧对定子铁芯和绕组的烧蚀风险。预防直接接地引起的大短路电流对发电机和系统的冲击。

　　（2）抑制过电压：清除间歇性电弧接地引起的谐振过电压（如弧光接地过电压），保护装备绝缘康明斯发电机官网。抑制装置操作过电压（如开关使用）和大气过电压（如雷击）。

　　（3）提升故障检测能力：通过零序电流保护或中性点电压偏移监测，灵敏检修接地损坏（需设置阈值较低的继电器）。损坏电流虽小，但足以触发保护装置动作，确保选用性跳闸。

　　（4）维持系统短时运行：单相接地时，系统可继续运转 1~2小时（视规程而定），为损坏消除和负荷转移争取时间，增强供电持续性。

　　（1）优点：平衡了故障电流限制与保护灵敏度，避免直接接地的市电流危害和不接地机构的过电压风险。

　　（2）短处：需额外投资电阻器及配套设备；长期接地故障可能引发电机局部发热，需配合绝缘监测系统；对高阻值电阻的散热和耐压能力要点过高。

　　      接地变压器为单相配电型变压器，故而也称配电变压器，由于其二次侧并联电阻，所构造的接地程序也称配电变高阻接地方法。

　　      根据运行情况，接地变压器可采用油浸式变压器或干式变压器。油浸变压器防潮性和绝缘性好，耐受电压高，但防火要求高，不便于设计；干式变压器有敞露线圈的普通干式变压器和环氧浇注式变压器两种，较油浸变压器要贵。环氧浇注式变压器不适合突然过负载的情况，但不受环境的影响；普通干式变压器由于线圈敞露，受环境与空气危害较大，容易受潮、积灰，于是要点更高的绝缘性能，但对防火的要点相对偏低，能设置在箱体内。环氧树脂与填料混合浇注干式变压器散热条件差，所以持久过负载能力不如油浸式，但干式变压器线圈的电流密度小，对于接近绝热过程的短时过负荷能力比油浸式强。新型的干式变压器为玻璃纤维全缠绕环氧树脂真空浇注，具有散热性能好、体积小、过载能力大、绝缘水平高的特点。

　　      因接地变压器多数时间运行在接近空载状态下，过负荷时间较短，综合以上条件，宜选干式变。当然，宜选已有生产经验定型生产的干式变型式，进行经济技术比较后确定。

　　      接地变压器一次线圈的最高运转电压为发电机单相接地短路时中性点的对地电压。发电机单相接地短路时中性点的对地电压最大为相电压，即允许相电压1.05Ex。从有关的发电机中性点接地仿真模拟实验结果看，发电机中性点变压器一次侧电压选用相电压和采用高于相电压的两种情形，对暂态过电压的影响几乎没有差异。当机组甩负荷或损坏迭加时，发电机中性点可能产生1.5倍相电压的过渡电压。故而，对于18kV级以下的发电机，为留有余地，避免变压器过饱和，接地变一次侧额定电压按发电机线电压选用。由于这样必将使变压器功率的冗余度大，于是对于18kV级及以上的发电机，为节约投资，可采取发电机相电压为接地变的一次侧额定电压值，其额定电压即为发电机相电压。

　　      接地变二次侧电压，按国家标称电压的标准，可选0.4kV或0.23kV电压级，也可根据电阻材料截面积及绕制方式统一考虑确定。为满足继电保护测量电压的需要，在接地变压器可能出现最高电压时，使空载抽头电压等于二次仪用标称电压100V。当发电机额定电压为UN，变压器一次侧标称电压为U1，变压器二次侧标称电压为时U2，变压器变比

　　KB = U1 ÷U2 = UN ÷100√3.............................(公式1)

　　      变压器工频耐压值可按两种手段选择。一种是按发电机工频1分钟耐压采取。发电机绕组为全绝缘结构，工频1分钟耐压值根据国标《GB-755-87》规定：“功率小于或等于10KW的机组，试验电压为(2UN+1000)V；大于10KW的机组，试验电压为(标称电压为6000-17000V)(2UN+3000)V”。另一种接地方法是根据发电机中性点接入负荷电阻限制过电压的水平决定的。一般接地电阻的采用，使电阻容量等于电容消耗功率，此时暂态过电压不大于相电压峰值的2.6倍，即发电机额定电压的1.5倍。在选取接地变耐压值时预留15%的裕度，2.6*1.15=3Ux，即3倍的相电压。

　　      因为发电机中性点接地系统的投资远比发电机投资小，接地变压器增强一级耐压值，投资增加有限(一般约为变压器投资的10%)，所以通常按第一种方案选取是合适的。当然，主要问题还要主要剖析。

　　      接地变压器功率选取，可先按连续工作计算负载，再按变压器短时过载能力确定容量。

　　（1）连续工作计算负载设接地变负荷电阻一次侧值为R，额定电压为U1，电流值为IR，则变压器计算功率

　　当接地电阻选取按单相短路接地时电阻功率等与电容容量计算，流过接地变的电流IR等于发电机回路对地总的电容电流IC，即R=13ωCo，得

　　      接地变长久运转在接近空载状态，即处于发电机三次谐波和传递过电压的微载状态，当发生接地等不对称损坏时，变压器运转时间取决于所在回路继电保护确定的允许带故障运转时间。一般大中型机组均采用故障保护动作跳闸停机，时间非常短。故而在采取变压器功率时，要考虑变压器的短时过负载能力。

　　      一般工程均按1分钟考虑过负载运转时间，过负载系数K区别较大，受变压器型式和机组大小的影响，K=3~6。

　　      若接地变一次额定电压U1为发电机额定电压UN，考虑过负荷系数K后，由公式(3)得接地变压器容量

　　      若接地变一次额定电压U1为发电机相电压UX，上式变为

　　      上面给出的公式，是以IR等于电容电流IC渝中康明斯发电机，即R=1/3ωCo为前提因素的。如果电阻选用为了限制接地损坏电流或为了满足继电保护机构动作值的要点，必有R≠1/3ωCo，此时要以实际电流IR代入公式(2)计算变压器功率兰州康明斯发电机，一般不再考虑过负载系数K。

　　      发电机中性点采用高阻接地，一要限制弧光接地过电压的倍数，二要限制损坏电流，同时满足继电保护的要求。接地电阻值的选择无疑也是从这两点出发的。

　　     接地电阻测定如图3所示，测定时在被测的土壤中沿直线插入四根探针，并使各探针间距相等，各间距的距离为L，要求探针入地深度为L/20cm，用导线各端子与四根探针相连接。若地阻仪测出电阻值为R，则土壤电阻率按下式计算：

　　      发电机在大修前及局部更替绕组后，其交流耐压标准为额定电压的工1.5倍。因此在运转中，1.5UN=2.6UX及以下过电压被认为是安全的，通常作用于发电机的过电压不宜超过2.6倍相电压。

　　      理论分析计算和仿真实验结果得出，当中性点电阻消耗功率等于发电机电压回路电容消耗容量时，发电机弧光过电压和机组故障甩负荷过电压不大于发电机相电压的2.6倍，此时发电机电阻值等于或近似等于发电机电压回路对地总容抗，即

　　      表1是3组大型发电机在不一样接地电阻值下，发生单相接地损坏时发生弧光接地过电压倍数表。

　　      表1中对应发电机每相对地电容1.81μF和总对地电抗586.5Ω的数组，绘出曲线。

　　      由表1和图5深圳发电机出租公司可以清楚地看出，随着接地电阻的增加，发电机中性点接地电流明显减小，但接地过电压倍数却逐渐增加。随着接地电阻R的减轻，产生接地损坏的弧光过电压倍数下降，当R减小至低于发电机对地容抗XC0后，弧光过电压的倍数下降将变得十分缓慢，而发电机中性点故障电流变大，危及发电机定子铁心。

　　      实际工程一般按公式(6)，选取接地电阻R，以保证弧光过电压在较安全的数值下。当接地电阻是按限制接地电流和满足继电保护需要选取时，接地电阻大于发电机对地容抗，此时要校核发电机绝缘是否满足过电压的水平，从而确定电阻值的采用。

　　      将R按接地变变比折算到接地变低压侧，便得接地变二次侧实际接入的电阻值，一般还要计入接地变本身的内阻的影响，其计算公式如下

　　      在高阻接地方式中，接地点损坏电流很难减少。为了定子铁心安全，流经发电机中性点的最大接地损坏电流限制在一定数值下，通常取为Imax=15A，一般认为在此电流下连续5~10分钟定子铁心只受轻微磨损。按IEEE《发电机接地保护导则》的规定，接地变二次电阻应限制流经发电机中性点的最大接地故障电流Imax不超过20A。此电流的确定宜应与发电机制造厂咨询，主要确定。按此电流的限制，得

　　（3）满足继电保护系统采用电阻值保护接地系统对接地电阻由数值的要点，由于接地保护形式的多样化，要点也不一样。

　　      按照继电保护配置规程的规定，大型发电机组单相接地损坏电流达到5A时，定子一点接地保护应动作于跳闸。据此，利用公式求解出的电阻值，作为接地电阻采用的一个因素。通常电站能否按此采取，应作详细解析，因为由此可能使电阻数值较大，暂态过电压倍数上升，超过发电机绝缘电气强度。

　　      发电机定子及其电压回路单相接地故障电流的大小，详细取决于发电机定子及发电机电压回路对地电容的大小，对地电容越大损坏电流越大。当发电机中性点不接地时，损坏电流If即电容电流IC，得

　　      当发电机中性点经高阻接地时，设高阻接地阻抗为Zn，得

　　      当认为Zn，为纯阻性电阻R时，设其电流为IR，通常R(接地变压器二次侧负载电阻折算到一次侧的电阻值)的取值按公式(6)采用时，则由上

　　      由公式(10)深圳发电机出租公司看出，发生单相接地损坏时，故障点接地电流由电容电流和发电机中性点接地电流两部分构造。当忽略接地变压器电抗，且为了限制弧光接地过电压接地变负载电阻取值等于发电机电压回路总容抗，即按公式(6)采取R时，高阻接地的损坏电流模量为电容电流模量的2倍，此时故障点电流加大，显然这是不利的。因此通常采取高阻接地程序的发电机，损坏后及时切机，以保护发电机定子不受故障。实际上，接地变和负载电阻电抗并不为零，还有个别机组为了限制接地损坏电流，电阻取值大于接地总容抗，因而损坏电流并不会达到电容电流的2倍。

　　      接地电阻测试仪也叫接地电阻测定仪、接地摇表。接地电阻测试的测试原理是，通过被测物的接地电极E和供电电极H(C)，之间的交流恒电I，即可得到接地电阻值Rx，发现接地电极E和 测量电极S(P)之间的位差V。

　　发电机中性点高阻接地是一种易发的接地步骤，通过在中性点与地之间连接高阻值电阻。其核心意义包括限制损坏电流，比如当产生单相接地故障时，中性点的电阻会限制电流的大小，预防电流过度故障设备或者影响装置稳定性。另外，还有抑制过电压的功能，比如在发生间歇性电弧接地时，可能会发生过电压，而高电阻可以消耗这些能量，减轻过电压的风险。此外，在选型步骤中，需要注意选择合适的电阻值，配合保护机构，以及考虑系统的绝缘和其他安全要素。----------------