（作者：中国核电工程有限公司河北分公司050021 王永恒）

摘要：通过介绍发电机中性点接地方式选择的重要性，发电机定子绕组发生单相接地故障发电机接地电流超过允许值时的危害，并重点介绍为解决此问题而采取的发电机中性点经消弧线圈接地方式。简单说明的发电机中性点经消弧线圈接地的特点，并通过某新建电厂中的消弧线圈选择为例，分析了发电机中性点经消弧线圈接地这种接地方式的计算方法。

关键词：中性点接地方式；消弧线圈接地；电容电流

序言

在电力系统中，发电机的中性点是否接地及如何接地运行，涉及技术、经济、安全等多个方面，是一个综合性的问题。根据不同的运行要求采用相应的接地方式，为保证人身和设备的安全，有必要加强对电气设备中性点接地方式的研究，以便确定一个既安全可靠又有利经济运行的接地方式。

1发电机中性点接地方式的重要性

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就更加重要。

发电机中性点采用非直接接地方式。发电机定子绕组发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以称这种系统为小接地电流系统。接地点流过的电流是发电机本身引出回路所连接元件（主母线、厂用分支线、主变压器低压绕组等）的对地电容电流。当超过允许值时(允许值参看表一)，将烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，引起匝间或相间短路，故需要在发电机中性点采取经消弧线圈或高电阻接地的措施，以保护发电机免遭损坏。

表1                             发电机接地电流允许值

*对于氢冷发电机接地电流允许值为2.5A

2发电机中性点接地方案介绍

发电机中性点接地方式的选择，须考虑过电压对绝缘的损伤、定子单相接地电流对铁芯的损害、定子接地保护的配置和出口动作方式、接地装置的设计制造和系统运行等多方面的问题。

发电机的中性点主要采用不接地、经消弧线圈接地、经电阻或直接接地三种方式。

1、发电机中性点不接地方式：当发电机单相接地时，接地点仅流过系统另两相与发电机有电气联系的电容电流，当这个电流较小时，故障点的电弧常能自动熄灭，故可大大提高供电的可靠性。当采用中性点不接地方式而电容电流小于5安时，单相接地保护只需利用三相五柱电压互感器开口侧的另序电压给出信号便可以。中性点不接地方式的主要缺点是内部过电压对相电压倍数较高。

2、发电机中性点经消弧线圈接地：当发电机电容电流较大时，一般采用中性点经消弧线圈接地，这主要考虑接地电流大到一定程度时接地点电弧不能自动熄灭。而且接地电流若烧坏定子铁芯时难以修复。中性点接了消弧线圈后，单相接地时可产生电感性电流，补偿接地点的电容电流而使接地点电弧自动熄灭。

3、发电机中性点经电阻或直接接地：这种方式虽然单相接地较为简单和内部过电压对相电压的倍数较低，但是单相接地短路电流很大，甚至超过三相短路电流，可能使发电机定子绕组和铁芯损坏，而且在发生故障时会引起短路电流波形畸变，使继电保护复杂化。

以上几种接地方式各有优缺点，目前，国内和国际上对于大型发电机组，更被广泛采用经高阻接地以及经消弧线圈接地等接地方式。

随着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常比较大，以发电机电压母线直接供电的发电机组来说，其单相接地故障电流远远大于发电机单相接地故障电流的允许值, 对发电机的危害很大。同时, 供电系统又要求发电机能带单相接地故障运行一段时间(一般不大于2 h) , 因此, 在新建此类电厂时，一般考虑在系统的中性点上加装消弧线圈。消弧线圈可连接在发电机或厂用变压器的中性点上。

3发电机中性点经消弧线圈接地的原理介绍

消弧线圈是一种带铁芯的可调电感线圈。它接于发电机 (或变压器)的中性点与大地之间，构成消弧线圈接地系统。消弧线圈的作用是提供一个电感电流，补偿中性点不接地系统中单相接地时的电容电流, 使运行系统的单相接地故障电流就能控制在发电机允许的单相接地故障电流以内，可避免电弧重燃而造成间隙性接地过电压, 对发电机来说, 还可以防止大接地电流烧毁定子线圈和铁心。使发电机能带单相接地故障电流运行一段时间，提高系统可靠性，也便于维修人员排除故障。

4消弧线圈装置的选择实例

以某新建两台15MW汽轮发电机组工程为例，发电机采用10kV并网，两台发电机母线系统采用单母线分段方式接线，参看下图。

计算过程如下：

4.1电容电流计算：

汽轮发电机定子线圈单相接地电容电流公式（电力设计手册P262）：

式中I_c——发电机定子线圈的电容电流（A）；

C_of——发电机定子线圈的电容（F）；

K——与绝缘材料有关的系数。当发电机温度为15~20^oC时，K=0.0187；

S_af——发电机视在功率（MVA）；

ω——角速度，ω=2πf；

f——频率（Hz）；

U_ef——发电机额定线电压（kV）；

查发电机资料可得：

（F）

（A）

（发电机定子线圈单相接地电容电流与查电力设计手册P262，表6-47中的值0.46A基本一致；）

大致估算本期10.5kV用电设备所需电缆数量，每台发电机组需截面为S1=70mm²的电缆长度L1=2500米，截面为S2=95mm²的电缆长度L2=1500米；

10kV电缆线路单相接地电容电流公式（根据电力工程电气设计手册P81页）：

当S取70mm²时，计算I_c=0.928 A/km；

S取95mm²时，I_c=1.095A/km；

（根据电力设计手册P81页，表3-3，结果基本一致，

10kV电力电缆S=70mm²，0.90A/km；

10kV电力电缆S=95mm²，1.00A/km；）

即得电容电流结果为：

0.928 2.5 2+1.095 1.5 2+0.48=8.405A

根据电力设计手册P70，表2-6中发电机接地电流允许值查得，本系统计算所得电容电流的结果大于接地电流允许值为3A，因此，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。

4.2根据上面计算所得计算消弧线圈的补偿容量

电力设计手册P261计算公式：

式中 Q——补偿容量（kVA）；

K——系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定；

Ue——电网或发电机回路的额定线电压（kV）；

Ic——电网或发电机回路的电容电流（A）；

装在电网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，防止运行方式改变时，电容电流减少，使消弧线圈处于谐振点运行。

对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传递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。

因此，本工程消弧线圈的选择采用过补偿方式，K系数取1.35。

计算得：　

根据计算结果，本工程为并列运行，考虑单台运行带全部负荷的可能性，每台发电机中性点均设置一台70kVA的消弧线圈装置，装置应对其并列和分列两种情况予以考虑。并列运行时应同时调节两台消弧线圈，取得适当补偿，并保证两个中性点的一致性。

5结束语

实际上由于环境湿度、频率的变化, 其电容电流也变化, 另外测量的电容电流也有一定误差, 如果能采用自动调谐的消弧线圈, 则运行方式变化时完全可以做到较理想的补偿效果。

对于多台发电机的扩大单元不一定每台机装消弧线圈, 只要厂变高压侧能接消弧线圈装置，则安装一台也可以。

参考文献

[1] 王维俭等. 合理配置发电机中性点接地方式.电力设备，2001.

[2] 电力工程电气设计手册（电气一次部分）.水利电力部西北电力设计院.

[3] 电力行业标准.导体和电器选择设计技术规定（DL/T 5222-2005）.中国电力出版社

[4] 郭为金等. 发电机消弧线圈的补偿方式.2003

[5] 张启林等. 煤矿自备电厂消弧线圈的接入方式.1999