中性點接地裝置的選擇第一節發電機中性點接地方式及裝置選擇DL5000-1994《火力發電廠設計技術規程》規定：發電機中性點的接地方式可采用不接地、經消弧線圈或高電阻接地方式。對于容量為300MW及以上的發電機，應采用中性點經消弧線圈或高阻接地的方式。國內個別進口機組，其發電機中性點經低阻抗接地。這種接地方式可以把單相接地電流限制在發電機出口三相短路電流值之內，使繼電保護快速動作跳機，但鐵芯燒損難于避免，所以規程不推廣使用。一、發電機中性點不接地發電機內部發生單相接地故障不要求瞬時切機時，單相接地故障電容電流不得大于表5-1所示允許值。表5-1發電機接地故障電流允許值發電機額定電壓（KV)發電機額定容量（MW)電流允許值(A)6.3≤50410.550～100313.8～15.75125～2002*18～20≥3001*對額定電壓為13.8～15.75KV氫冷發電機為2.5A.當發電機中性點不接地時，其中性電應裝設電壓為額定相電壓的避雷器。當發電機為直配線時，其出線端應加裝電容器和避雷器。二、發電機中性點經消弧線圈接地中性點經消弧線圈接地的發電機，在正常情況下，長時間中性點位移不應超過額定相電壓的10%，考慮到限制傳遞過電壓等因素，脫諧度不宜超過±30%，消弧線圈的分接頭應滿足脫諧度的要求。消弧線圈的分接頭宜選用不少于5個。中性點位移電壓按式（5-1）計算(5-1)(5-2)式中UO--中性點位移電壓，kV;Ubd---消弧線圈投入前發電機回路中性點不對稱電壓，可取0.8%相電壓；d--阻尼率，可取3%～5%；V--脫諧度；Ic---發電機回路的電容電流，A；IL---消弧線圈電感電流。消弧線圈的補賞容量，可按式（5-3）計算(5-3)式中Q--補償容量，kVA;K--系數，過補償取1.35，欠補償按脫諧度確定；Ic---發電機回路的電容電流，A；UNL--發電機回路的額定線電壓，kV.發電機電壓回路得電容電流，應包括發電機、變壓器和連接導體的電容電流。當回路裝有直配線（如線路電容）或電容器（有的發電機為限制過電壓度，裝有浪涌吸收器，國產機組不裝浪涌吸收電容器）時，尚應計及這部分電容電流。對于采用單元連接的發電機中性點的消弧線圈，為了限制電容耦合傳遞過電壓以及頻率變動等對發電機中性點位移電壓的影響，宜采用欠補償方式。在發電機中，發電機電壓消弧線圈可裝在發電機中性點上，也可裝在廠用變壓器中性點上。當發電機與變壓器為單元連接時，消弧線圈應裝在發電機中性點上。【例5-1】300MW發電機，額定電壓UN=20KV,發電機主回路總電容值C=0.218μF,試確定消弧線圈的容量及分接位置。解：發電機每相容抗考慮10%的欲度單相電容電流接地故障總電流由式（5-2）得不同v值下的補償電流值見表5-2。表5-2不同脫諧度下的補償電流V(%)（假定）30252015105IL(%)707580859095iL(A)1.5191.6281.7361.8451.9532.06分接位置（A)1.51.61.71.81.92.02.12.32.5V(%)(實際）30.8826.2721.6617.0512.447.833.23設k為欲度系數1.05～1.1，容量答：根據計算結果，消弧線圈選擇如下：干式單相，容量為30kVA，分接為9級，電流1.5～2.5A。二次電壓0.1kV。表5-3300MW發電機中性點消弧線圈數據型號型號容量（kVA)一次電壓（kV)二次電壓（kV)各級電流（A)發電廠制造廠XDG-35單相.干式350.11.0～2.7（1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，20.，2.2，2.5，2.7）9級安陽阜新封閉母線廠XDG-35單相.干式350.12.1～2.9（2.1，2.3，2.5，2.7，2.9）5級華魯XDG-54單相.干式540.12～5深圳XDG-30單相.干式300.11.7，～2.3（1.7，1.8，1.9，2.0，2.1，2.2，2.3）7級威海XDG-54單相.干式540.11.25～4.259級鐵嶺XDG-190單相.干式1900.19.5～199級巖灘XDG-30單相.干式300.11.7～2.5（1.7，1.8，1.9，2.0，2.1，2.2，2.3，2.4，2.5）9級十里泉XDG-85單相.干式850.13.9～7.89級天生橋XDG-20單相.干式200.11.4～2.5（1.4，1.6，1.8，2.2，2.5）5級渭河XDG-26單相.干式260.11.6～2.55級黃臺XDG-26/18單相.干式261.25～2.5（1.25，1.49，1.77，2.1，2.5）5級鄒縣上海電機廠發電機中性點是經高阻接地，還是采用消弧線圈接地，雖然眾議紛紛，但因很難指出兩者各自的之名弱點，所以目前兩種接地方式均被大兩采用。國內部分電廠300MW發電機消弧線圈接地的數據見表5-3。合理的選取脫諧度υ的數值，可以限制傳遞過電壓，防止虛幻接地現象發生。如圖5-1所示，發電機接有消弧線圈，當變壓器高壓側發生單相接地時，會在低壓側產生傳遞過電壓。計算傳遞過電壓的等值電路如圖5-2所示。在等值電路中，C11為發電機回路每相總電容，Cf=3C11,C12為變壓器1、2次繞組間電容，L為消弧線圈電感，U10為單相接地，高壓側零序電壓。低壓側感應電壓U'(忽略電導g）為(5-4)其中式中υ--脫諧度；d2---低壓回路的阻尼率。眾所周知，通常低壓側回路發電機的電容很大，則Cf》C12,當中性點不接消弧線圈時（即υ=1），感應電壓U’很小。如果發電機停運（如兩繞組兩分裂變壓器，其中一個線圈所接發電機解列），則Cf就變得很小，它只包括變壓器低壓側電容和母線雜散電容，當高壓側發生單相接地時，二次側會出現很高的零序電壓，甚至會引起電壓互感器回路的諧振過電壓，導致低壓回路電氣設備損壞。為防止這種過電壓，可在變壓器低壓側一相線圈上加裝一支同電壓等級的避雷器，以保護低壓側電氣裝置?！纠?-2】豐滿發電廠水電廠發電機電壓UN=13.8kV，中性點接有消弧線圈，變壓器高壓側U10=154kV，中性點經消弧線圈接地。當高壓側發生故障時，低壓側的接地信號裝置動作，造成低壓側虛幻接地。試分析原因，并設法消除。解：根據測試結果Cf/C12=240,υ≈0,令d2=5%則確能引起低壓側接地信號動作。為防止虛幻接地，可將消弧線圈調到過補償狀態，使脫諧度υ=-20%，則當高壓側單相接地時，低壓側虛幻接地現象消失。答：為防止虛幻接地，可將消弧線圈調到過補償狀態，使脫諧度為-20%，則高壓側單相接地時，低壓側虛幻接地現象消失。發電機中性點經高阻接地高電阻接地方式廣泛應用于發電機--變壓器接成單元接線的大中型發電機上。高電阻RN是通過配電變壓器接入發電機的中性點上，接線方式如圖5-3所示。電阻RN的大小和配電變壓器的容量由以下條件決定。為了定子鐵芯的安全，接地故障有功電流值應限制在10～15A以下，即(5-5)式中UNph---發電機額定相電壓，V；N--配電變壓器變比。（2）當發電機一相接地故障，為減小健全相的穩態過電壓，RN適當取小些。（3）為限制健全相的動態過電壓，RN應滿足式（5-6）的要求（5-6）式中Cf--發電機每相對地電容；Ct--發電機外部每相電容。這樣可在單相接地時，健全相的動態過電壓不超過2.6Ux,故障相過電壓不超過1.2Ux,中性點過電壓不超過1.6Ux。為防止主變壓器高壓側接地故障時，發電機側感應電壓達到一定值，致使基波零序電壓型接地保護誤動作，RN取小值合適。為限制接地的電流在規定的范圍內，電阻RN同樣應滿足式（5-6），即（5-7）式（5-7）表明，即中性點接地電阻一次值N2RN應等于發電機三相回路總容抗值。此時，單相接地故障有功電流與電容電流相等。一般發電機回路的電容電流不超過10A，由于RN的接入，將是單相接地故障總電流小于。發電機經配電變壓器（二次接電阻）接地時，其容量較中性點單相電壓互感器（一般Smax=2kVA,200MW發電機多采用此種接地方式）打得多，這樣對降低發電機定子繞組過電壓，防止發生諧振是十分有利的。但這種接地方式其單相接地故障電流大，為保證大型機組的安全，就必須使定子接地動作于跳閘跳機，當系統后備容量不足時，這種接地方式就不能認為是合理的。東北電力設計院曾建議東北地區300MW發電機采用中性點經消弧線圈接地方式，同時選用無死區的定子接地保護。當發生單相接地故障時，定子接地保護靈敏動作，發出警報信號，值班人員及時與上級調度聯系，立即轉移負荷，以實現障礙機組平穩停機。國內部分發電機經配電變壓器（二次接電阻）的使用情況表5-4。四、300MW及600MW發電機中性點經高阻接地，電阻值及配電變壓器的容量的選擇（1）配電變壓器一次電壓U1。發電機回路單相接地時，中性點暫態過電壓不超過1.6Ux,此電壓下變壓器鐵芯不致飽和，設發電機額定電壓為UN(kV)，電壓變動系數取1.05，則取U1=UN。（2）配電變壓器二次電壓U2。根據二次設備額定電壓選取，一般取0.19kV或0.23kV。表5-4發電機中性點接地變壓器及二次負載電阻技術參數型號型式變壓器容量（kVA)變壓器電壓比（kV)二次電阻（Ω）二次電阻額定容量（kW)二次電阻10s容量（kW)發電廠制造廠單相、干式206±5%/0.221.2200A30min遼寧（發電廠50MW/10.5kV)民主德國FDG-30單相、干式3020/0.220.4932.9馬鞍山（300kV)阜新封閉母線廠FDG-33單相、干式3320/0.230.51（抽頭0.377）35巴基斯坦木扎法戈電站（320kV)阜新封閉母線廠FDG-50單相、干式5020/0.220.4835蒿嶼（300kV)阜新封閉母線廠FDG-25單相、干式2520/0.220.5（抽頭0.227）33/分安順（300kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.230.53431/分青島（300kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.220.5330.45/分田家庵（300kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.230.4540鄂州（300kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.230.53431/分嘉興（300kV)阜新封閉母線廠FDG-42單相、干式4220/0.230.442/分臺州（300kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.230.54132.6/分石橫（300kV)阜新封閉母線廠FDG-50單相、干式5020/0.230.508元寶山（600kV)阜新封閉母線廠FDG-30單相、干式3020/0.230.542（抽頭0.408）3.51/分平圩（600kV)阜新封閉母線廠FDG-50單相、干式5020/0.23哈三（600kV)阜新封閉母線廠單相、干式3020/0.240.475（抽頭0.33）50/分動穩定電流1500A鄒縣（600kV)（3）一次電容電流(A)(5-8)式中——發電機繞組、發電機引出線、浪涌電壓吸收器（國內機組不設置）、主變低壓側及廠用變高壓側等電容之和（各電容值見附錄B）。（4）二次電阻值（）(5-9)（5）接地點總電流，為電容電流與有功電流的相量和，一般不小于。（6）配電變壓器的容量S。對于接地故障后，短時間跳閘的發電機，其中性點配電變壓器的計算容量為式中——變壓器一次側電壓，kV；——折算到變壓器一次側的有功電流，A。配電變壓器容量S=1.05。當保護作用于跳閘時，S可大為減小。計算示例見表5-5。表5-5發電機中性點高電阻接地方式算例原始數據發電機容量(MW)300600發電機額定電壓(kV)2020發電機對地電容(μF/相）0.2320.196主變壓器低壓側對地電容(μF/相）0.033×0.013廠用變高壓側對地電容(μF/相）0.0032×0.0035主回路封母(μF/相）分支回路封母(μF/相）一相總電容值(μF/相）0.270.249計算數據單相接地電容電流(A)2.942.71配電變壓器一次電壓(kV)2020配電變壓器二次電壓(kV)0.230.23配電變壓器變比20/0.2320/0.23二次側電阻值(Ω)0.5200.562折算到一次側電阻電流(A)2.942.71接地點總電流(A)4.163.84配電變壓器的計算容量（kVA)58.854.2第二節廠用電系統中性點運行方式DL5000-1994《火力發電廠設計技術規程》規定：（1）當高壓廠用電系統的接地電容電流在10A及以下時，其中性點宜采用高阻接地方式，也可采用不接地方式；當接地電容電流10A時，其中性點宜采用電阻接地方式，也可采用不接地或電感補償并聯高阻接地方式。（2）主廠房用內的低壓廠用電系統宜采用高電阻接地方式，也可采用用中性點直接接地方式。高電阻接地的配置與選擇的原則與發電機接地方式類同。中性點不接地和直接接地方式，我國一直沿用，其接線方式和運行監視措施均已熟悉。專用接地變壓器電源變壓器低壓側為三角形接線時，需增加一臺接線的三臺單相變壓器和一臺殼式三相變壓器，起一次側中性點直接接地，并在開口三角處串以接地電阻，接線如圖5-4所示。二次側開三角接入電阻值（5-10）其中(5-11)（5-12）（2）。（3）接地變壓器的額定容量以上式中---系統中性點的等效電阻，即等效于電阻器直接接入系統中性點；---高壓廠用電系統母線的額定線電壓，kV；---接地電阻性電流，A，此電流不應小于系統的接地電容電流---開口三角中接入的電阻，Ω；---三相變壓器的變比；---系統單相金屬性接地時開口三角兩端的額定電壓，V；---電阻器流過的電流；---接地變壓器的額定容量，kVA。當采用三臺單相變壓器時，每臺單相變壓器的容量比小于57.7%電阻容量。接地電阻功率損耗最小允許值按電阻損耗等于1.5倍系統充電功率的條件選擇接地電阻值。（kVA)按電阻損耗等于1.5倍系統充電功率的條件選擇接地電阻值。接地電阻最大允許值式中C--廠用電系統相對地總電容值，二、消弧線圈接地方式電阻與消弧線圈直接并聯的補償方式，這種接線不破壞消弧線圈調諧補償值，電阻R和消弧線圈電感L的計算方法簡單，在消弧線圈檢修時，電阻仍可繼續進行，但電阻的電壓值為系統相電壓，這種接線方式如圖5-5所示。并聯電阻直接接入系統中性點，電阻性電流宜采用5A，其值見式（5-11）。電感按完全補償電容電流的條件來選擇，可取電感電流等于系統最大最小運行方式下的接地電容電流的平均值，即（5-13）式中---消弧線圈中流過的電流，A；--平均接地電容電流值。電阻也可接在消弧線圈二次側的接線方式，只有消弧線圈二次繞組的情況下才能實施。當消弧線圈分接頭變化時，變比和接地電流值也隨之變化。為了保持接地電流不變，必須相應地調節二次電阻。因此，該電阻應有與消弧線圈分接頭適應的調節分接頭。消弧線圈容量Q(kVA)與二次并聯電阻R2(Ω)可按式（5-14）求出（5-14）(5-15)式中—系統電容電流，A；—系統相電壓，kV;—接地電流限制值，A，（SDGJ17-1988)規程規定：如采用電流補償接地，則應使補償后的接地電流小于10A;n—消弧線圈變比?！纠?-3】6kV廠用電系統的電容電流,采用變比的消弧線圈，將接地電流限制到10A，試確定消弧線圈的容量及二次電阻值。解：消弧線圈容量取。二次電阻值答：消弧線圈的容量為52kVA,二次電阻值為0.289Ω。安裝消弧線圈用變壓器的容量選擇消弧線圈引起變壓器有功損耗和溫升增加，按原副邊磁鏈關系以及零序磁通在鐵芯和箱壁引起的附加損耗大小，安裝消弧線圈用變壓器的接線及容量見表5-6。表5-6安裝消弧線圈變壓器接線和容量變壓器容量比消弧線圈占變壓器額定容量Y/Δ雙繞組變壓器≤50%Y/Y雙繞組三相內鐵型≤20%Y/Y/Δ三繞組變壓器100%/33.3%/100%100%/50%/100%≤33.3%≤50Y/Y單相變壓器組成外鐵型三相變壓器不宜采用四、高壓廠用系統的中性點接地接地方式比較及應用國內在大機組高壓廠用系統中，習慣做法是采用中性點不接地方式。根據SDJ6-1983《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中的規定:對單相接地，當接地電流大于5A時，應裝設單相接地保護。單相接地電流為10A及以上時，保護裝置動作于跳閘；單相接地電流為10A以下時，保護裝置動作于跳閘；也可動作于信號。當單相接地電流小于5A時，則在母線上裝設一套接地報警信號裝置，允許短時帶接地故障運行。不接地方式對運行人員來講比較熟悉，設計、實施均較簡單，雖然它在單相接地故障時存在電弧重燃的可能性，但電流小于10A時，建議采用這種傳統接地方式。當電容電流較大時，建議采用消弧線圈接地，以減少事故損傷，允許帶事故運行。當采用消弧線圈接地時，一般應過補償運行，過補償度為5%～10%。三種接地方式的比較見表5-7。表5-7高壓廠用系統中性點接地方式比較運行情況接地方式不接地高阻接地消弧線圈接地欠補償過補償全補償00000正常運行時中性點位移電壓正常運行時，引起消弧線圈和對地電容工頻串聯共振的零序電壓（中性點位移電壓）////不對稱率Kc=0.015,阻尼率d=5%,脫諧度υ=0中性點位移電壓單相接地，健全相電壓單相接地，間歇性電弧接地過電壓（3～3.5）（2.4～2.5）（2.4～2.5）（2.3～2.4）單相接地，電弧自燃幾率較低最低較高較高最高單相接地，電弧重燃幾率最高較高較低較低最低單相接地故障電流對電氣設備熱效應較大最大較小較小最小單相接地故障繼續運行可能性小于10A可以一般不可以可以可以可以*中性點位移電壓（規定值）全補償---系統相電壓，kV。第三節分級絕緣變壓器中性點的保護對于中性點直接接地的110～330kV電網，出用于繼電保護的要求，其中一部分變壓器的中性點是不接地的，以保證系統零序阻抗不能太小。這些變壓器首端和中性點的絕緣水平是不同的，采用分級絕緣。在我國，110kV級變壓器中性點絕緣水平為35kV，220kV級為110kV，330kV級為154kV。這就需要在中性點上加裝避雷器或間隙進行保護。這些保護裝置應同時滿足以下條件：（1）其沖擊放電電壓應低于中性點的沖擊耐壓值；（2）避雷器的滅弧電壓應大于因電網一相接地而引起的中性點電位升高的穩態值以免避雷器爆炸；（3）保護間隙的放電電壓應大于因電網一相接地而引起的中性點電位升高的暫態最大值,以免繼電保護誤動。電網一相接地時中性點電位穩態值為（5-17）暫態過電壓最大值為（5-18）式中--系統的零序電流電抗；--系統的正序電抗；--系統最大運行相電壓，kV；--過電壓震蕩系數，對連續繞組，取0.8，對糾結繞組，取0.6。實驗證明，由于變壓器繞組電感、電容以及鐵芯損耗的作用，當的波作用在變壓器繞組首端時，在中性點上的沖擊波波頭τt已大于。根據我國某些研究單位的放電實驗發現沖擊放電電壓和工頻放電電壓的實測值分散性大，在結論中說明“按偏于嚴重的條件考慮，可采用棒間隙的沖擊放電電壓及工頻放電電壓作為整定的依據?！本幷邔N發電廠220kV變壓器中性點及SH熱電廠220kV變壓器中性點保護裝置的設計和實施時，均用沖擊放電曲線。前者運行30余年，后者運行9年均未發生異常。SDJ7-1979根據《電力設備過電壓保護設計技術規程》提出了在中性點直接接地的110～330kV電網中，保護變壓器的不接地中性點的方案，見表5-8?；贔Z-110J裝于220kV變壓器中性點的爆炸次數較多（統計40臺，爆炸5臺），分析原因皆為斷路器非全相合閘引起，因而提出了以下措施：表5-8中性點接地110～330kV電網中，保護變壓器的不接地中性點方案額定電壓（kV)110220330變壓器中性點絕緣等級（kV)3560110110154變壓器中性點全波沖擊電壓（kV)180300425400583中性點保護方案FZ-40或FCZ-35FZ-110J或FZ-60或間隙FZ-110J或間隙FZ-110J或間隙FZ-154J或間隙（1）提高斷路器的質量，保證三相同動作；（2）當開斷或接入中性點不接地的空載變壓器時，先把該變壓器的中性點臨時直接接地，待操作完畢后再將中性點對地斷開。（3）變壓器用棒間隙保護。據調查，我國保護220kV級變壓器中性點的14組間隙運行情況良好。保護間隙因非同期合閘誤動的現象也出現過，編者1979年在BX電業局作變壓器合閘試驗（220kV級，90MVA），因非同期合閘致使變壓器中性點間隙燒熔炸飛。因此必須合理地選取間隙距離。這一距離的選擇與系統x0/x值及變壓器的繞組結構有關。放電間隙保護方式【例5-4】SH熱電廠220kV主變壓器中性點間隙保護裝置選擇。解：該電廠主變壓器兩組，上級調度允許一臺接地運行，高壓備用變壓器壓測“死”接地運行。外接線路及電廠有關接線如圖5-6所示。(1)計算用數據。線路L1:實測X11=11.59Ω,X01=30.73Ω線路互感：實測。變電所Ⅰ：安裝兩臺180MVA/220kV變壓器，ZdI=14.22%,Z0I=14.11%;變電所Ⅱ：安裝兩臺120MVA/220kV變壓器，ZdⅡ=16.08%,Z0Ⅱ=15.96%;SH熱電廠發電機參數；啟動/備用變壓器半穿越電抗220kV系統基準電抗考慮零序互感后，折合到100MVA，線路零序電抗(2)過電壓計算。1）不同運行方式下的值。a.當前運行方式。變電所Ⅰ、變電所Ⅱ各一臺變壓器中性點接地，SH熱電廠一臺主變壓器中性點接地，啟動/備用變壓器中性點“死”接地。電抗接線圖如圖5-7所示。在SH熱電廠220kV母線單相接地，其入口正序電抗為零序電抗b.規劃運行方式。系統最大運行方式：變電所I、變電所Ⅱ均運行，SH熱電廠單相接地，系統入口電抗則綜上計算，為安全起見，取比值進行過電壓計算。2）穩態過電壓3)動態過電壓（為變壓器繞組振蕩阻尼系數，取0.6）(3)選擇間隙距離。