二、選擇接地方式的因素

1、與電力系統的關(guān)系

      消弧線(xiàn)圈接地減小了接地故障點(diǎn)的故障電流，消除了間歇電弧引起的過(guò)電壓，允許發(fā)電機組帶故障繼續運行2h，便于組織搶修或減負荷停機，從而避免或減小對系統的沖擊和對用戶(hù)的影響。

      我國早期電力發(fā)展滯后，電力網(wǎng)小，單機所占比重較大，單機突然切除對電網(wǎng)沖擊大，嚴重影響用戶(hù)負荷。采用消弧線(xiàn)圈接地上述優(yōu)點(diǎn)是明顯的，是與我國的電力系統狀況相適應的。改革開(kāi)放以來(lái)，我國電力系統得到了迅速發(fā)展，盡管單機容量越來(lái)越大，但其容量占所接入的系統容量比重卻相對較小，單機故障保護動(dòng)作于發(fā)信、轉移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時(shí)停機，對系統不產(chǎn)生沖擊或沖擊很小，同時(shí)由于系統備用容量較大，不會(huì )切除系統用戶(hù)。特別是近年來(lái)電廠(chǎng)(站)自動(dòng)化水平大大提高，采用“無(wú)人值班，少人值守”進(jìn)行設計的電站已成為現實(shí)。采用消弧線(xiàn)圈延長(cháng)發(fā)電機組運行己沒(méi)有必要。

      采用接地變壓器接地，由于接地故障電流大于消弧線(xiàn)圈接地，單機故障保護動(dòng)作于發(fā)信、轉移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時(shí)停機，目前的電力系統是允許的，從而為發(fā)電機中性點(diǎn)接地多提供了一種選擇方式。由此看來(lái)，電力系統是影響發(fā)電機中性點(diǎn)接地方式選擇的一個(gè)主要因素。

      僅就滿(mǎn)足系統要求來(lái)看，無(wú)法確定兩種接地方式孰優(yōu)孰劣。

2、與制造生產(chǎn)的關(guān)系

      由于消弧線(xiàn)圈在我國已有多年的運行歷史，生產(chǎn)制造不成問(wèn)題。但在電站采用接地變高阻接地的方式呈上升趨勢，發(fā)電機組用戶(hù)采用這種接地方式的也為數不少案例。理論和實(shí)踐均已證明采用消弧線(xiàn)圈和接地變都是可行的。

      由于利用了變壓器短時(shí)過(guò)載特性，變壓器容量?jì)H為相應消弧線(xiàn)圈容量的1/3~1/6。同時(shí)接地變不像消弧線(xiàn)圈需調節分接頭，制造較簡(jiǎn)單。因而接地變較消弧線(xiàn)圈應該是經(jīng)濟的。但接地變多在大中型機組選用，使用數量小，生產(chǎn)廠(chǎng)家較少。又由于訂貨數量小，廠(chǎng)家不愿意接受，生產(chǎn)模具設計制造一套成本高，接地變及保護裝置要價(jià)也就較高，限制了推廣使用。當然，事實(shí)上能否做到經(jīng)濟，取決于今后的接地方式發(fā)展實(shí)踐。接地方式的選擇不是一個(gè)純技術(shù)的問(wèn)題，經(jīng)濟指標也很重要。

      接地變容量小，可以和保護繼電器放在一個(gè)箱體內，占地面積小，便于布置，這在水電站也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

      從制造生產(chǎn)來(lái)看，兩種接地裝置都可生產(chǎn)，就一般容量為中小型機組看，設計選用接地變接地還不容易讓業(yè)主接受，選廠(chǎng)較難一些。

      在我國，較大型機組的中性點(diǎn)接地，不少設計單位尊重發(fā)電機廠(chǎng)意見(jiàn)，或由主機廠(chǎng)設計，配套供貨。所以發(fā)電機廠(chǎng)的設計經(jīng)驗和習慣也是影響發(fā)電機中性點(diǎn)接地方式選擇的因素。

三、過(guò)電壓和保護問(wèn)題

1、過(guò)電壓分析

      過(guò)電壓是兩種接地方式都不能回避的問(wèn)題，一般分動(dòng)態(tài)過(guò)電壓和傳遞過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓，發(fā)電機接地時(shí)電壓相量圖如圖3所示。耦合傳遞過(guò)電壓和直接傳遞過(guò)電壓，只要設計時(shí)參數取得適當，能滿(mǎn)足繼電保護的要求，對設備不會(huì )構成威脅。當回路容抗和感抗接近時(shí)，如果發(fā)生單相接地或斷路器不同期操作，會(huì )在發(fā)電機相接的變壓器或電壓互感器之間出現諧振過(guò)電壓，危及發(fā)電機絕緣。但實(shí)際發(fā)生的機率很小，尚未發(fā)現因采用消弧線(xiàn)圈產(chǎn)生危險過(guò)電壓的實(shí)例。

      已有的動(dòng)態(tài)過(guò)電壓研究結果是基于暫態(tài)網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行的，對其結果的認識也不一致。圖4中曲線(xiàn)①是GE公司P.G.Brown等人研究的結果，曲線(xiàn)②是我國清華大學(xué)的實(shí)驗結果，曲線(xiàn)3是美國M.V.Hadded等人研究的結果。上述③條曲線(xiàn)都是對應發(fā)電機中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈接地的情況，當發(fā)生單相故障時(shí)發(fā)生重燃，甩負荷等條件下，頻率偏離工作頻率時(shí)最大暫態(tài)過(guò)電壓。由于是全補償，電感和電容處于諧振狀態(tài)，故稱(chēng)諧振接地。所不同的是，P.G.Brown等人用純電感模擬消弧線(xiàn)圈，M.V.Hadded等人計入了消弧線(xiàn)圈的有功損耗電阻，我國清華大學(xué)的實(shí)驗計入了消弧線(xiàn)圈的有功損耗電阻，同時(shí)采用了分布參數計算模擬。曲線(xiàn)④為接地變高阻接地時(shí)的最大暫態(tài)過(guò)電壓。

      從圖4中可以看到，由于忽略消弧線(xiàn)圈的電阻成分，過(guò)電壓倍數較高。正如研究者所述，試驗結果偏高，僅用作兩種接地方式的比較。消弧線(xiàn)圈接地實(shí)際暫態(tài)過(guò)電壓一般不超過(guò)正常值的3倍。

      接地變高阻接地，由于電阻值較大，回路阻尼率增大，避免了諧振過(guò)電壓的出現，保證暫態(tài)過(guò)電壓不超過(guò)2.6倍正常工作電壓。從圖中可以看到，高阻接地的過(guò)電壓倍數在2.5左右。

      有人認為，正常頻率下消弧線(xiàn)圈接地過(guò)電壓小于接地變高阻方式下的過(guò)電壓，所以消弧線(xiàn)圈接地優(yōu)于接地變高阻接地，其實(shí)不然。首先，接地變本身也含電感成分，不知實(shí)驗研究者計入此成分否，如果沒(méi)計入，就不能斷定額定頻率下接地變高阻接地過(guò)電壓高。其次，額定頻率下諧振接地過(guò)電壓低是在單相接地故障條件下的結論，并非長(cháng)期運行的工作狀態(tài)，持續時(shí)間短，追求較低的過(guò)電壓意義不大。相反，由于甩負荷等，頻率偏移較大，可以看出，當頻率偏移時(shí)，消弧線(xiàn)圈接地遠較接地變高阻接地過(guò)電壓為大。

      從上述過(guò)電壓分析看，消弧線(xiàn)圈接地比接地變高阻接地要差一些，至少不比高阻接地方式優(yōu)越。實(shí)際我國發(fā)電機中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈接地都采用欠補償，沒(méi)有上述研究曲線(xiàn)針對的諧振接地情況，所以就過(guò)電壓看，還不能斷言哪種接地方式一定優(yōu)于另一種接地方式。 

2、發(fā)電機定子接地保護問(wèn)題

（1）重復接地的必要性

      重復接地是為了保證發(fā)電機的安全可靠地運行，避免因接地故障引起系統故障、設備損壞及人身傷害等問(wèn)題，接線(xiàn)方式如圖5所示。在發(fā)電機系統中，如果沒(méi)有進(jìn)行重復接地，則可能會(huì )存在以下問(wèn)題：

① 不易發(fā)現接地故障。如果發(fā)生接地故障，沒(méi)有進(jìn)行重復接地，則地故障電流無(wú)法形成回路，也就無(wú)法引起保護裝置的動(dòng)作。在沒(méi)有額外的保護措施下，接地故障難以檢測和排除，可能會(huì )對系統造成嚴重的影響。

② 危及人身安全。如果發(fā)電機系統沒(méi)有重復接地，則當發(fā)生單相接地故障時(shí)，電流將會(huì )通過(guò)電容電流的方式回路到地，形成觸電危險。如果此時(shí)人員接觸發(fā)電機設備，可能造成電擊傷和生命危險。

③ 設備損壞。如果沒(méi)有重復接地，則當接地故障發(fā)生時(shí)，地故障電流會(huì )通過(guò)設備繞組和設備接地點(diǎn)等地點(diǎn)流過(guò)，這可能會(huì )造成設備損壞或燒毀。

（2）接地保護的投運方式

      保護投運方式以前按接地電流大于5A時(shí)投跳閘，小于5A時(shí)投信號。八十年代開(kāi)始，參照我國有關(guān)發(fā)電機單相接地電流允許值的規定，當接地電流超過(guò)允許電流時(shí)投跳閘，否則投信號。從這一點(diǎn)看，消弧線(xiàn)圈接地要延長(cháng)發(fā)電機帶故障運行時(shí)間，而接地變高阻接地故障電流較大，將是瞬時(shí)跳閘，對保護發(fā)電機有利。當然對汽輪機組啟停一次可能影響大一些。但實(shí)際上大多數廠(chǎng)家按120MW及以下的發(fā)電機定子接地只投信號，200W及以上機組才投跳閘的保護方式運行。

（3）發(fā)電機定子100%接地保護

       發(fā)電機100%定子接地保護構成方式有多種形式。較傳統的是基波零序和三次諧波共同構成的。對于接地變高阻接地，較普遍的觀(guān)點(diǎn)認為，接地變高阻接地將使采用三次諧波保護的靈敏度下降。但按發(fā)電機對地電容為C0=0.1μF，發(fā)電機中性點(diǎn)發(fā)生接地故障，過(guò)渡電阻在幾千歐。當對地電容增大，無(wú)論哪種接地方式，靈敏度都要下降。特別是為了提高靈敏度，保護裝置的動(dòng)作判別式相應發(fā)生變化，一般趨于復雜化，理論和實(shí)踐都發(fā)現難于調整，誤動(dòng)作率較高。所以，如果說(shuō)三次諧波保護存在問(wèn)題的話(huà)，無(wú)論對哪種接地方式都是一樣的。

（4）勵磁回路接地保護的基本原理

      在電力系統中，勵磁回路是一種關(guān)鍵的設備，其主要作用是為發(fā)電機提供足夠的勵磁電流，保證其正常運行，電路如圖6所示。由于勵磁回路中的電氣設備較為復雜且接地故障風(fēng)險較高，因此采用勵磁回路接地保護來(lái)保障系統的安全穩定運行。

      勵磁回路接地保護的基本原理是通過(guò)對勵磁回路的監測，當出現接地故障時(shí)，保護系統能夠及時(shí)發(fā)現并切斷故障電源，避免故障擴大，保證電力系統的穩定運行。一般來(lái)說(shuō)，勵磁回路接地保護采用電流差動(dòng)保護或電流比率保護的方式進(jìn)行監測，當檢測到電流不平衡或保護裝置接收到異常信號時(shí)，及時(shí)關(guān)閉勵磁回路電源。

總結：

      對于外加直流或交流低頻電源式定子接地保護，宜選用接地電阻柜。該裝置在抗干擾、提高靈敏度方面較三次諧波保護具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但裝置造價(jià)要高一些。從發(fā)展趨勢看，這種保護方式在大型機組上采用的越來(lái)越多。而將配電變壓器換成消弧線(xiàn)圈或單相TV，從上面的分析看，根本達不到減小發(fā)電機定子繞組絕緣破壞時(shí)對發(fā)電機的危害及提高定子接地保護的可靠性和靈敏度的目的，缺點(diǎn)還很多。綜上所述，發(fā)電機中性點(diǎn)接地方式在電站以接地變高阻接地稍微具有優(yōu)勢，一是減少占地面積，二是發(fā)電機組啟停機容易。發(fā)電機組采用何種接地方式，一般應作具體比較確定。