关于发电机定子单相接地试验的一点建议

徐丹

(中国水利水电第十工程局有限公司 机电安装分局调试所，四川都江堰 611830)

关于发电机定子单相接地试验的一点建议

徐丹

(中国水利水电第十工程局有限公司 机电安装分局调试所，四川都江堰 611830)

发电机中性点接地方式直接影响到供电的可靠性、线路和设备的绝缘水平以及继电保护装置的功能等。随着对电网运行指标的要求日益提高，中性点接地方式的正确选择更加重要。在分析发电机单相接地时电容电流分布情况的基础上，通过发电机单相接地试验，从而正确选择出消弧线圈的容量和档位。

单相接地；电容电流；消弧线圈

1 概述

在电力系统中，发电机的中性点是否接地及如何接地运行是一个综合性的问题。在我国中小型电厂的改造和建设过程中，因供电范围大、设备多，供电系统的电容电流通常比较大，其单相接地故障电流远远超过发电机单相接地故障电流的允许值，对发电机危害很大。通过我国电力系统多年来累积的经验，发电厂的发电机组中性点接地方式一般采用经消弧线圈接地。这样实施主要是考虑到接地电流大到一定程度时接地电弧不能自动熄灭，而且接地电流若烧坏定子铁芯后难以修复。中性点接入消弧线圈后，与发电机发生单相接地时可产生电感性电流，以补偿接地点的电容电流从而使接地点电弧自动熄灭。

2 试验目的

发电机定子单相接地试验的目的主要是为了检验发电机在发生单相接地时消弧线圈是否能够有效地补偿故障电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压，从而防止事故进一步扩大为匝间短路或相间短路。因为发电机定子单相接地后，非故障相对地电压上升为线电压，可能导致绝缘薄弱处发生接地而形成两点接地短路，扩大事故；此外，接地点将流过3倍大小的正常相对地电容电流，该电流过大会在接地点引起电弧，电弧的温度可烧坏设备，间歇电弧可产生间歇电弧过电压，进而威胁到电力系统的安全运行。

3 规程规范要求

电力规程DL/T507－2002《水轮发电机组启动试验规程》中第6．8．11条款规定:对于装有消弧线圈的机组进行发电机单相接地试验，在机端设置单相接地点，断开消弧线圈，升压至50%定子额定电压，测量定子绕组单相接地时的电容电流。根据保护要求选择中性点消弧线圈的分接头位置，投入消弧线圈，升压至100%定子额定电压，测量补偿电流和残余电流并检查单相接地保护信号。

根据DL/T 5222－2005《导体和电器选择设计规定》第18．1．6条款规定:装在电网的变压器中性点的消弧线圈，以及具有直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式。

对于采用单元接线的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传递过电压以及频率变动等对发电机中性点位移电压的影响，宜采用欠补偿方式。

条文说明如下:

装在电网的变压器中性点和有直配线的发电机中性点的消弧线圈采用过补偿方式，是考虑电网运行方式变化较大，如断路器分闸、线路故障、检修以及分区运行等，电网电容电流都将可能减少。若采用欠补偿运行方式，电容值的改变有可能使消弧线圈处于谐振点运行，这是不允许的。

采用单元连接的发电机，其运行方式固定，装在此发电机中性点的消弧线圈可以采用欠补偿，也可以采用过补偿。但为了限制变压器高压侧单相接地时对低压侧产生的传递过电压引起发电机中性点位移电压升高，以采用欠补偿运行方式较为有利。

无论采用过补偿或欠补偿运行方式，都应根据发电机的容量和电压限制残余电流。因为单相接地通过故障点的能量与电压和电流有关。为了不使因发电机电压等级的增高而增大通过故障点的能量，对额定电压高于10 kV的大容量发电机单相接地时通过故障点的电流值应小于5 A。表1列出了不同容量和电压等级的允许电流值，供参考。

表1 不同容量和电压等级发电机单相接地时流过故障点的电流允许值表

由以上规程可知，我们现在调试的大部分机组属于直配线发电机组，因此，应采用过补偿方式。但随着发电机额定容量和额定电压的提高，为了防止烧损发电机铁芯并降低和限制过电压，在有关规程和反事故措施中进一步降低了发电机单相接地电流的允许值。

原国家电力公司下发的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(国电发【2000】589号)第11．10条中规定:“当发电机定子回路发生单相接地故障时，允许的接地电流值如表2规定。发电机定子接地保护的动作整定值按表2的要求确定。当定子接地保护报警时，应立即停机。200 MW及以上容量的发电机的接地保护装置宜投跳闸。”

表2 发电机定子绕组单相接地故障电流允许值表

4 发电机单相接地电流的计算

当发电机发生单相接地故障时，故障电流主要由三部分组成。

(1)发电机三相对地电容电流IG。

IG可由厂家提供的单相对地电容CG计算得到:IG=3ωCGUn(Un为额定相电压)；也可以通过进行发电机定子交流耐压试验时(电压为额定相电压)实测得到电容电流。

(2)发电机母线三相对地电容电流IM。

IM取值一般按每100 m长度取0．05～0．1 A，其下限值适用于10 kV及以下电压，上限值适用于10 kV以上电压。如果母线上还有其他设备，如机端断路器所连接的对地并联电容，发电机机端母线上引出的电缆等应另行计算后加上；也可以通过进行母线交流耐压试验时(电压为额定相电压)实测得到电容电流。

(3)变压器低压侧线圈及厂变、励磁变高压侧线圈三相对地电容电流IT。

IT一般可按0．1～0．2 A估算。

因此，发电机回路单相接地时的电容电流为:

在不考虑机端断路器所连接的对地并联电容的影响，IM和IT的值相对于IG来说比较小，我们只需要在IG的基础上乘以一定的裕度即可。根据经验，我们可以取1．2倍，即:

若机端断路器接有对地并联电容，则需另外计算后加上，即:

5 消弧线圈的选择

由规程可知，对于直配线的发电机中性点的消弧线圈应采用过补偿方式。因此，在选择消弧线圈电流档位时，应按照1．25ID选择。而消弧线圈的容量也应考虑一定的裕度，其容量可按式(4)计算:

式中 K为系数，过补偿取1．35，欠补偿按脱谐度确定；Q为消弧线圈的补偿容量，kVA；ID为发电机回路的电容电流，A；Un为发电机回路的额定线电压，kV。

发电机电压回路的电容电流应包括发电机、变压器和连接导体的电容电流，当回路中装有直配线或电容器时，尚应计及这部分电容电流。

6 结语

由以上分析可知，我们在做发电机单相接地试验时需要注意以下四点:

(1)我们在做发电机单相接地试验时所测得的电流实际上只是发电机定子三相对地电容电流IG，并不是发电机发生单相接地时的电容电流ID，ID应根据实际情况由公式(1)、(2)、(3)计算得出。

(2)我们在选择消弧线圈电流档位时应按1．25ID选择，补偿容量的选择应根据公式(4)计算得出。

(3)我们在做发电机单相接地试验时，非接地相所加的相电压应为额定线电压。例如发电机额定线电压为Ue=10．5 kV，则试验中非接地相所加的相电压应为Ux=Ue=10．5 kV。因为此时测得的电流才是发电机定子三相对地电容电流IG。但这样做也具有一定的危险性，因为此时非接地相的相电压抬高为线电压，对绝缘是一种破坏，因此，在未接入消弧线圈的情况下，我们只需要升到50%额定线电压，然后再读取电流值后乘以2倍即可以得到IG。

(4)在投入消弧线圈后，还应该再升压至100%定子额定电压来验证消弧线圈的容量和电流档位的选择是否合适。

通过以上论述，希望大家在调试过程中能进一步了解和重视发电机中性点经消弧线圈接地的有关技术问题，以便正确选择和调整消弧线圈，防止意外事故的发生。

［1］ 水轮发电机组启动试验规程，DL/T 507－2002［S］．

［2］ 导体和电器选择设计规定，DL/T 5222－2005［S］．

TV7;TV737

B

1001-2184(2015)05-0066-02

徐 丹(1980-)，男，湖北宜昌人，工程师，学士，从事电力系统电气调试技术与管理工作．

(责任编辑:李燕辉)

2015-08-18