大型发电机中性点配电变压器电阻接地选型设计

张 健

(南京汽轮电机(集团)有限责任公司，江苏 南京 210000)

1 大型发电机中性点配电变压器电阻接地选型设计应遵循的原则

1.1 负载电阻设计应遵循的原则

对于采用经配电变压器电阻接地这种方法的大型发电机而言，为了有效抑制可能出现的间歇性单相接地故障重燃弧引发的尖峰过电压现象，只有在负载电阻折算到一次侧后的阻值与发电机定子侧系统对地电容的容抗保持基本相等时，才能将该电压值控制在2.6倍的相电压峰值范围内。但在一切特殊的情况下，电阻值的选择会突破这一范围的限制。上文中提到的电容主要指的是发电机定子绕组和定子绕组直接相连的设备对地电容，其中有发电机出口至其他连接设备之间连线的对地电容、发电机定子绕组的对地电容、励磁变高压侧绕组的对地电容、断路器对地电容等。

1.2 接地变压器电压变比的设计原则

当大型发电机出现金属性接地故障之后，其中性点电压将在短时间内被抬高到相电压，为了应对这一情况，接地变压器高压侧的电压通常设定为发电机的额定相电压或是线电压。此外，针对可能出现的电压波动现象，还需要留出一定的余裕，这样可以有效地避免接地变压器出现饱和。除此之外，为了保障二次设备的安全性，发电机端出现金属性接地故障之后，必须要将接地变压器低压侧的电压控制在100～500V范围内，因此最好选择低压侧的额定电压。需要特别注意的是，在发电机装设了外加低频电源式定子接地保护的情况下，也应对接地变压器低压侧额定电压进行适当的协调，实现二者的相互配合。

1.3 负载电阻容量、接地变压器的设计原则

接地变压器以及负载电阻容量的设计需要按照发电机额定运行时机端发生短时金属性接地故障的情况进行设计。通常来讲，定子接地保护跳闸的延时时间不应超出4s。而且即使是在跳闸之后，发电机的励磁电流也难以立刻降为零，所以还需要在4s的基础上做出适当的延长，留出一定的缓冲空间，选择范围在20～60s之间。

2 大型发电机中性点配电变压器电阻接地选型设计

为了应对定子单相接地故障状态下电容电流过大的问题，中性点经配电变压器电阻接地的方式获得了广泛的应用，在实际工作中，高阻抗变压器的应用较多，其原理是变压器内在电抗生成的电感性电流可以对故障电容的电流进行部分补偿，这样不仅可以有效抑制故障暂态过电压，同时还可以将接地故障电流限制在可以接受的范围内。

当故障暂态过电压威胁到大型发电机的定子绕组安全时，接地装置在中性点对地电压作用下投入工作，此时变压器二次侧所带负载电阻产生有功功率损害，可以对事故暂态过电压形成抑制作用，避免发电机定子绕组被击穿。与此同时，继电保护电路将从变压器的二次侧获取到事故信号和工作电源，联动断路器进行跳闸动作，将发电机组切除，如此就可以将事故的影响控制在较小的范围内。

结合工作实践，发行发电机中性点接地装置设计的内容包括电气参数计算、设备容量计算、选型以及结构设计等，各类设备的配置是其中的关键环节，本文这一部分将主要对接地变压器阻抗以及负载电阻的参数计算进行分析研究。

2.1 发电机参数介绍

2.2 接地变压器参数介绍

2.3 负载电阻设计

大型发电机中性点配电变压器负载电阻是二次侧电阻器电阻和变压器内阻之和归算至一次侧的电阻值，需要按照发电电压系统三相对地容量值进行初选，为288.47Ω。之后按照个参数对各个部位的电流值进行计算，将计算结果和设计条件进行对照后发现，接地故障电流即电容性电流已经超出了要求范围，在这样的情况下就需要对初选参数进行调整。

通过对接地故障电流、变压器阻抗以及负载电阻之间关系的分析，在设计参数取值范围内，接地故障电流会随着变压器阻抗电压百分比的提高而降低，这是因为变压器产生的电感性电流可以有效地抵消接地故障电流。另一方面，接地故障电流会随着负载电阻的降低而降低，其原因在于电阻的减少会使接地装置的总体阻抗出现下降，如此一来流经接地装置的电流会出现增长，同时电感部分所占的份额则会上升，综合起来就会使故障电流出现下降。但需要注意的是，负载电阻不能无限制地减少，这会造成电阻性电流和电容性电流比值的增大，导致设备的负荷容量增高。

基于相关关系，可以对变压器阻抗电压的百分比进行适当的调整，小幅度地减少负载电阻值，下调接地故障电流。最后通过验算，各部分电流均处于设计条件要求范围内。

3 结语

综上所述，在我国现代电力工业发展的过程中，大型发电机组的引入越来越多，这类发电机在出现定子单相接地故障时会产生庞大的电容性电流，因此多采用中性点经配电变压器电阻的接地方式。本文以现如今最常用的高阻抗变压器为例，对接地配置的关键点进行了分析研究，阐明了接地故障电流、负载电阻以及变压器阻抗等参数之间的联系。