一、中性點(diǎn)采用不同接地方式的原因和目的

      由于發(fā)電機(jī)及發(fā)電機(jī)端所連設(shè)備和裝置存在大小不等的對地電容， 當(dāng)發(fā)電機(jī)繞組發(fā) 生單相接地等不對稱故障時， 接地點(diǎn)流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般 僅數(shù)安或數(shù)十安。發(fā)生故障時， 故障處電弧時斷時續(xù)， 產(chǎn)生間歇性弧光過電壓這將損傷 發(fā)電機(jī)定子絕緣， 造成匝間或相間短路， 擴(kuò)大事故范圍， 嚴(yán)重的將燒傷定子鐵芯。當(dāng)發(fā)電機(jī)端外部元件發(fā)生單相接地故障等不對稱性故障時， 同發(fā)電機(jī)內(nèi)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(shù)值， 將對發(fā)電機(jī)和其它設(shè)備造成損害。由 于上述原因， 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)要采取不同的接地方式， 主要目地是防止發(fā)電機(jī)及其它設(shè)備 遭受不對稱故障的危害。具體有以下幾方面：

（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)外部故障時，限制定子一點(diǎn)接地時最大接地電流從而限制定子線圈的機(jī)械應(yīng)力 。

（2）限制故障點(diǎn)電流或故障時間，把故障點(diǎn)的損傷控制到最小．

（3）限制故障時的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過電壓大小在安全數(shù)值以下，防止設(shè)備絕緣遭受破壞。

（4）提供選擇性好、靈敏度高的接地保護(hù)，以便在定子一點(diǎn)接地時，能準(zhǔn)確地發(fā) 出接地信號或有選擇地斷開故障發(fā)電機(jī)，防止發(fā)電機(jī)突然跳閘對系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備的沖擊。

二、發(fā)電機(jī)允許單相故障電流值

      1988年國際大電網(wǎng)會議公布了17個國家33個電力公司754臺發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式時指出， 99%的發(fā)電機(jī)在選擇發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(lián)制定的發(fā)電機(jī)單相接地電流允許值5A，曾提出當(dāng)發(fā)電機(jī)連接的 電氣回路發(fā)生單相接地電流大于5A時，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)要裝設(shè)消弧線圈接地。隨著大容量， 高額定電壓發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)， 通過故障點(diǎn)的能量增大， 為防止發(fā)電機(jī)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(fù)工作艱難，停機(jī)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(guān)國標(biāo)和規(guī)程對發(fā)電機(jī)允許單相故障電流值作了規(guī)定，見表1發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地應(yīng)滿足其要求。

三、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式

      由于發(fā)電廠和水電站的發(fā)電機(jī)容量、接線型式、接入系統(tǒng)的不同， 以及人們對發(fā)電 機(jī)和系統(tǒng)運(yùn)行的要求、習(xí)慣不同， 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式也不同各有其特點(diǎn)。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(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地和直接接地

      最簡便的方法是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地， 可減少發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備。當(dāng)發(fā)生一點(diǎn)接地 時，定子接地電流小，可以帶故障運(yùn)行一段時間（規(guī)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(jī)組， 可以滿足發(fā)電機(jī)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(dāng)單機(jī)容量為 10MW以上， 特別是大中型機(jī)組， 己不能滿足接地電流的要求。定子接地產(chǎn)生危險的電 弧電壓其數(shù)值可達(dá)相電壓的4~5倍， 接地電流過大， 燒壞絕緣， 引發(fā)嚴(yán)重的事故。為防 止中性點(diǎn)過電壓， 最直接的辦法是將中性點(diǎn)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(nóng)村的四五百千瓦及以 下，出線電壓為0.4kV的小型水輪發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用直接接地。

2、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地

      發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)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(fā)電機(jī)中性點(diǎn)低電阻接地，故障電流不僅僅是 發(fā)電機(jī)及其電壓回路的電容電流，故障電流容許值可達(dá)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(shù)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(shù)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(shù)值過大。當(dāng)接地故障電流達(dá)到額定電流的1.5倍時， 電阻的短時功率 損耗就已經(jīng)達(dá)到發(fā)電機(jī)額定功率的50%，接地電阻因熱容量的限制， 制造困難， 運(yùn)行中 易損壞。從電阻器特性和發(fā)電機(jī)允許接地電流出發(fā)， 要求故障瞬時跳閘， 因而決定了繼電保護(hù)方案。

      一般采用接地差動保護(hù)方案來檢測發(fā)電機(jī)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(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障動作準(zhǔn)確， 瞬時跳閘停機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī) 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(fā)電機(jī)定子單相接地故 障時必須瞬時跳閘停機(jī)， 這樣給系統(tǒng)帶來較大沖擊， 可在系統(tǒng)中不占主要比重的小容量 發(fā)電機(jī)上采用。在系統(tǒng)中占比重較大的大中型發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)主引出線 相連， 在變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)電阻接地。等效接地阻抗的選擇應(yīng)能提供足夠的電流， 使接 保護(hù)繼電器有選擇性動作。這種接地方法適用于發(fā)電機(jī)無中性點(diǎn)引出或采用三角形接線 的發(fā)電機(jī)。在國際大電網(wǎng)委員會曾作過的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)實(shí)際接地的方法調(diào)查中，有140 臺發(fā)電機(jī)占調(diào)查總數(shù)19%的機(jī)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(shù)值的確定，要滿足電阻器的功率損耗等于或大于發(fā)電機(jī)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(shù)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(hù)在電阻器串聯(lián)的中性點(diǎn)回 路并聯(lián)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(fā)電機(jī)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(shí)際選用二次側(cè)電阻值可以很小， 轉(zhuǎn)換到一次側(cè)相當(dāng)于高電 阻接地， 當(dāng)配電變接在發(fā)電機(jī)主引出回路， 需三臺單相變壓器， 一次繞組接成星形與發(fā) 電機(jī)相聯(lián)， 二次側(cè)和電阻接成串聯(lián)回路； 當(dāng)配電變接在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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(yīng)用較多。在我國對其看法也不盡相同，在后面的章節(jié)再作詳細(xì)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(fā)電機(jī)繞組， 作用跳閘或報警， 可 能因此失去應(yīng)有的選擇性。另一方面， 高壓系統(tǒng)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(cè)接地故障引起的部分零序電壓， 經(jīng)升壓變壓器的電容 效應(yīng)， 分壓傳遞到低壓側(cè)， 其數(shù)值的大小取決于變壓器變比、高壓側(cè)接地方式、故障點(diǎn) 位置、變壓器中性點(diǎn)接地與否、發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地

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

（1）中性點(diǎn)電抗器（低感抗）接地

這種接地是在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接串接一臺低電感的電 抗器。電感數(shù)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(fā)電機(jī)三相短 路電流的25%~100%。除發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的定子故障外， 單相接地故障電流都可高得 足以使標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)差動繼電器動作。其缺點(diǎn)是容易引起中性點(diǎn)位移， 因電感磁場衰減得

很慢，故障切除后仍對發(fā)電機(jī)構(gòu)成絕緣危害，實(shí)際采用的很少。

（2）接地故障平衡器（調(diào)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(cè) 接入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)，二次側(cè)并聯(lián)一臺電抗器（消弧線圈）。所選擇的電抗器電抗值當(dāng)折算 到一次測時， 應(yīng)使其電抗等于發(fā)電機(jī)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(diào)諧電抗器接地， 但有電阻的存在， 發(fā)電機(jī)單相接地故障時并不會發(fā)生真正意義上的諧振， 只是電抗器產(chǎn)生電感電流補(bǔ)償了發(fā)電機(jī)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(shù)值之下， 不產(chǎn)生電弧， 發(fā)電機(jī) 定子接地保護(hù)具有高靈敏度。適用于在不同的系統(tǒng)運(yùn)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(shù)值小， 不可調(diào)， 而消弧線圈具有分接開關(guān)， 可以適 當(dāng)（或平滑）調(diào)節(jié)電抗數(shù)值。從理論上講，在發(fā)電機(jī)定子回路發(fā)生接地故障時，消弧線圈 的電感與回路的總電容產(chǎn)生并聯(lián)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。