一、中性點采用不同接地方式的原因和目的

      由于發電機及發電機端所連設備和裝置存在大小不等的對地電容， 當發電機繞組發 生單相接地等不對稱故障時， 接地點流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般 僅數安或數十安。發生故障時， 故障處電弧時斷時續， 產生間歇性弧光過電壓這將損傷 發電機定子絕緣， 造成匝間或相間短路， 擴大事故范圍， 嚴重的將燒傷定子鐵芯。當發電機端外部元件發生單相接地故障等不對稱性故障時， 同發電機內部接地故障一樣， 或由于弧光過電壓， 或由于電容電流超過一定數值， 將對發電機和其它設備造成損害。由 于上述原因， 發電機中性點要采取不同的接地方式， 主要目地是防止發電機及其它設備 遭受不對稱故障的危害。具體有以下幾方面：

（1）當發電機外部故障時，限制定子一點接地時最大接地電流從而限制定子線圈的機械應力 。

（2）限制故障點電流或故障時間，把故障點的損傷控制到最小．

（3）限制故障時的穩態和暫態過電壓大小在安全數值以下，防止設備絕緣遭受破壞。

（4）提供選擇性好、靈敏度高的接地保護，以便在定子一點接地時，能準確地發 出接地信號或有選擇地斷開故障發電機，防止發電機突然跳閘對系統和相關設備的沖擊。

二、發電機允許單相故障電流值

      1988年國際大電網會議公布了17個國家33個電力公司754臺發電機中性點接地方式時指出， 99%的發電機在選擇發電機中性點接地方式時， 都主張把接地故障電流限制到 非常低的水平。

      我國早期參照原蘇聯制定的發電機單相接地電流允許值5A，曾提出當發電機連接的 電氣回路發生單相接地電流大于5A時，發電機中性點要裝設消弧線圈接地。隨著大容量， 高額定電壓發電機的出現， 通過故障點的能量增大， 為防止發電機鐵芯燒損， 一般都采用了較小的故障電流允許值。捷克動力研究院曾提出接地故障電流5A將熔化16~17片定子鐵心疊片，修復工作艱難，停機時間過長，因此將1.0~1.5A作為接地電流允許值[3]。 我國有關國標和規程對發電機允許單相故障電流值作了規定，見表1發電機中性點接地應滿足其要求。

三、發電機中性點接地方式

      由于發電廠和水電站的發電機容量、接線型式、接入系統的不同， 以及人們對發電 機和系統運行的要求、習慣不同， 發電機中性點接地方式也不同各有其特點。一般來說， 有直接接地、低電阻接地、高電阻接地、電抗器接地、消弧線圈接地和不接地等方式。

1、發電機中性點不接地和直接接地

      最簡便的方法是發電機中性點不接地， 可減少發電機中性點設備。當發生一點接地 時，定子接地電流小，可以帶故障運行一段時間（規定為2小時）但不能限制定子接地 弧光過電壓。一般10MW以下機組， 可以滿足發電機電壓回路對地電容電流的要求， 采 用不接地方式。在這種情況下， 接地故障的指示信號可以由三相五柱式電壓互感器的開 口三角線圈零序電壓給出， 也可采用三個單相電壓互感器提供零序電壓。當單機容量為 10MW以上， 特別是大中型機組， 己不能滿足接地電流的要求。定子接地產生危險的電 弧電壓其數值可達相電壓的4~5倍， 接地電流過大， 燒壞絕緣， 引發嚴重的事故。為防 止中性點過電壓， 最直接的辦法是將中性點直接接地。但是這樣不僅不能減小定子接地 電流， 反而使接地故障電流加大。在下面的討論中， 我們還會看到一相接地時的短路電 流大大超過三相短路電流等其他方面的不利因素。所以只有在農村的四五百千瓦及以 下，出線電壓為0.4kV的小型水輪發電機中性點采用直接接地。

2、發電機中性點經電阻接地

      發電機中性點經電阻接地又分為低電阻、中電阻和高電阻方式。低電阻接地方式， 其單相接地的故障電流在25A以上，由于發電機中性點低電阻接地，故障電流不僅僅是 發電機及其電壓回路的電容電流，故障電流容許值可達到1500A或更大些。高電阻接地方式， 其單相接地電流限制在25A以下。中電阻接地方式， 單相接地電流可能大于25A， 但限制其數值不會像低電阻接地那樣高。

（1） 低電阻接地

      低電阻接地通常采用的電阻值為1~15歐，其數值的確定是為了限制最大的單相故 障接地電流小于最大的相間故障電流。這種接地方式可以限制弧光接地過電壓在安全值 以下， 但接地電流數值過大。當接地故障電流達到額定電流的1.5倍時， 電阻的短時功率 損耗就已經達到發電機額定功率的50%，接地電阻因熱容量的限制， 制造困難， 運行中 易損壞。從電阻器特性和發電機允許接地電流出發， 要求故障瞬時跳閘， 因而決定了繼電保護方案。

      一般采用接地差動保護方案來檢測發電機定子接地故障。由于接地電流大， 接地繼 電器靈敏度高， 選擇性也好， 故當發電機內部故障動作準確， 瞬時跳閘停機。當發電機 外部故障時不動作， 由于低電阻接地人為提高了接地故障電流， 發電機定子單相接地故 障時必須瞬時跳閘停機， 這樣給系統帶來較大沖擊， 可在系統中不占主要比重的小容量 發電機上采用。在系統中占比重較大的大中型發電機不宜采用。

（2）中電阻接地

      這種接地方法采用星-角形接線和曲折接線的變壓器，初級繞組與發電機主引出線 相連， 在變壓器中性點串聯電阻接地。等效接地阻抗的選擇應能提供足夠的電流， 使接 保護繼電器有選擇性動作。這種接地方法適用于發電機無中性點引出或采用三角形接線 的發電機。在國際大電網委員會曾作過的發電機中性點實際接地的方法調查中，有140 臺發電機占調查總數19%的機組是采用的中電阻方法接地的[4]。

（3）高電阻接地

      高電阻接地電阻器電阻數值的確定，要滿足電阻器的功率損耗等于或大于發電機及 其電壓回路對地電容中的零序無功損耗。這種接地方式可以分兩種類型。一種是數值為 幾百歐至幾千歐確定值的高電阻器接地， 同時為配備接地保護在電阻器串聯的中性點回 路并聯一臺單相電壓互感器。電壓互感器和電阻器額定電壓按等于或高于發電機相電壓 選擇， 為絕緣留有一定裕度。另一種是采用配電變壓器接地， 在變壓器二次線圈串接電 阻器， 由于變壓器的作用， 實際選用二次側電阻值可以很小， 轉換到一次側相當于高電 阻接地， 當配電變接在發電機主引出回路， 需三臺單相變壓器， 一次繞組接成星形與發 電機相聯， 二次側和電阻接成串聯回路； 當配電變接在發電機中性點回路， 僅需一臺單 相配電變壓器， 這種形式接地即通常所稱的配電變壓器高阻接地方式， 應用較多。在我國對其看法也不盡相同，在后面的章節再作詳細討論。

      高阻接地的第一種類型， 存在一定的問題。在電壓互感器上可能反映整個回路任何 部位的接地故障， 包括互感器的低壓繞組、連接線、發電機繞組， 作用跳閘或報警， 可 能因此失去應有的選擇性。另一方面， 高壓系統的過電壓也可能作用于電壓互感器， 有 引起接地故障指示的危險。高壓側接地故障引起的部分零序電壓， 經升壓變壓器的電容 效應， 分壓傳遞到低壓側， 其數值的大小取決于變壓器變比、高壓側接地方式、故障點 位置、變壓器中性點接地與否、發電機及變壓器的電容量等因素。第二種高阻接地類型 基本避免了上述問題。

3、 發電機中性點經電抗接地

      這種接地分中性點電抗器（低感抗）接地、接地故障平衡器（調諧電抗器）接地和消弧線圈接地。

（1）中性點電抗器（低感抗）接地

這種接地是在發電機中性點直接串接一臺低電感的電 抗器。電感數值的選擇類似于低電阻接地電阻值的選擇， 限制單相故障電流小于最大相 間短路電流。但故障電流可能大于高阻接地方式下故障電流的許多倍， 是發電機三相短 路電流的25%~100%。除發電機中性點附近的定子故障外， 單相接地故障電流都可高得 足以使標準發電機差動繼電器動作。其缺點是容易引起中性點位移， 因電感磁場衰減得

很慢，故障切除后仍對發電機構成絕緣危害，實際采用的很少。

（2）接地故障平衡器（調諧電抗器）接地

這種接地方法是選用一臺配電變壓器， 一次側 接入發電機中性點，二次側并聯一臺電抗器（消弧線圈）。所選擇的電抗器電抗值當折算 到一次測時， 應使其電抗等于發電機及其電壓回路零序容抗的三分之一。從電感和電容 匹配看， 屬于諧振回路， 所以也稱調諧電抗器接地， 但有電阻的存在， 發電機單相接地故障時并不會發生真正意義上的諧振， 只是電抗器產生電感電流補償了發電機回路的電 容電流。這種接地方法限制單相接地故障電流在很小的數值之下， 不產生電弧， 發電機 定子接地保護具有高靈敏度。適用于在不同的系統運行方式下回路的零序電容變化不大 的條件下。

（3）消弧線圈接地

這種接地方式在我國得到廣泛采用，為大家所熟悉。接線類似于 電抗器接地， 不同的是電抗器電抗數值小， 不可調， 而消弧線圈具有分接開關， 可以適 當（或平滑）調節電抗數值。從理論上講，在發電機定子回路發生接地故障時，消弧線圈 的電感與回路的總電容產生并聯諧振， 可使接地電流接近為零， 類似于故障平衡器接地，但有不同于故障平衡器接地。