關(guān)于發(fā)電機(jī)定子單相接地試驗(yàn)的一點(diǎn)建議

徐丹

(中國水利水電第十工程局有限公司 機(jī)電安裝分局調(diào)試所，四川都江堰 611830)

關(guān)于發(fā)電機(jī)定子單相接地試驗(yàn)的一點(diǎn)建議

徐丹

(中國水利水電第十工程局有限公司 機(jī)電安裝分局調(diào)試所，四川都江堰 611830)

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式直接影響到供電的可靠性、線路和設(shè)備的絕緣水平以及繼電保護(hù)裝置的功能等。隨著對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的要求日益提高，中性點(diǎn)接地方式的正確選擇更加重要。在分析發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)電容電流分布情況的基礎(chǔ)上，通過發(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn)，從而正確選擇出消弧線圈的容量和檔位。

單相接地；電容電流；消弧線圈

1 概述

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)是否接地及如何接地運(yùn)行是一個(gè)綜合性的問題。在我國中小型電廠的改造和建設(shè)過程中，因供電范圍大、設(shè)備多，供電系統(tǒng)的電容電流通常比較大，其單相接地故障電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)電機(jī)單相接地故障電流的允許值，對(duì)發(fā)電機(jī)危害很大。通過我國電力系統(tǒng)多年來累積的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)接地方式一般采用經(jīng)消弧線圈接地。這樣實(shí)施主要是考慮到接地電流大到一定程度時(shí)接地電弧不能自動(dòng)熄滅，而且接地電流若燒壞定子鐵芯后難以修復(fù)。中性點(diǎn)接入消弧線圈后，與發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)可產(chǎn)生電感性電流，以補(bǔ)償接地點(diǎn)的電容電流從而使接地點(diǎn)電弧自動(dòng)熄滅。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

發(fā)電機(jī)定子單相接地試驗(yàn)的目的主要是為了檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)在發(fā)生單相接地時(shí)消弧線圈是否能夠有效地補(bǔ)償故障電流，保證接地電弧瞬間熄滅，以消除弧光間歇接地過電壓，從而防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大為匝間短路或相間短路。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)定子單相接地后，非故障相對(duì)地電壓上升為線電壓，可能導(dǎo)致絕緣薄弱處發(fā)生接地而形成兩點(diǎn)接地短路，擴(kuò)大事故；此外，接地點(diǎn)將流過3倍大小的正常相對(duì)地電容電流，該電流過大會(huì)在接地點(diǎn)引起電弧，電弧的溫度可燒壞設(shè)備，間歇電弧可產(chǎn)生間歇電弧過電壓，進(jìn)而威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3 規(guī)程規(guī)范要求

電力規(guī)程DL/T507－2002《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》中第6．8．11條款規(guī)定:對(duì)于裝有消弧線圈的機(jī)組進(jìn)行發(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn)，在機(jī)端設(shè)置單相接地點(diǎn)，斷開消弧線圈，升壓至50%定子額定電壓，測量定子繞組單相接地時(shí)的電容電流。根據(jù)保護(hù)要求選擇中性點(diǎn)消弧線圈的分接頭位置，投入消弧線圈，升壓至100%定子額定電壓，測量補(bǔ)償電流和殘余電流并檢查單相接地保護(hù)信號(hào)。

根據(jù)DL/T 5222－2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)規(guī)定》第18．1．6條款規(guī)定:裝在電網(wǎng)的變壓器中性點(diǎn)的消弧線圈，以及具有直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。

對(duì)于采用單元接線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈，為了限制電容耦合傳遞過電壓以及頻率變動(dòng)等對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)位移電壓的影響，宜采用欠補(bǔ)償方式。

條文說明如下:

裝在電網(wǎng)的變壓器中性點(diǎn)和有直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈采用過補(bǔ)償方式，是考慮電網(wǎng)運(yùn)行方式變化較大，如斷路器分閘、線路故障、檢修以及分區(qū)運(yùn)行等，電網(wǎng)電容電流都將可能減少。若采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式，電容值的改變有可能使消弧線圈處于諧振點(diǎn)運(yùn)行，這是不允許的。

采用單元連接的發(fā)電機(jī)，其運(yùn)行方式固定，裝在此發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈可以采用欠補(bǔ)償，也可以采用過補(bǔ)償。但為了限制變壓器高壓側(cè)單相接地時(shí)對(duì)低壓側(cè)產(chǎn)生的傳遞過電壓引起發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)位移電壓升高，以采用欠補(bǔ)償運(yùn)行方式較為有利。

無論采用過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償運(yùn)行方式，都應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)的容量和電壓限制殘余電流。因?yàn)閱蜗嘟拥赝ㄟ^故障點(diǎn)的能量與電壓和電流有關(guān)。為了不使因發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)的增高而增大通過故障點(diǎn)的能量，對(duì)額定電壓高于10 kV的大容量發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)通過故障點(diǎn)的電流值應(yīng)小于5 A。表1列出了不同容量和電壓等級(jí)的允許電流值，供參考。

表1 不同容量和電壓等級(jí)發(fā)電機(jī)單相接地時(shí)流過故障點(diǎn)的電流允許值表

由以上規(guī)程可知，我們現(xiàn)在調(diào)試的大部分機(jī)組屬于直配線發(fā)電機(jī)組，因此，應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。但隨著發(fā)電機(jī)額定容量和額定電壓的提高，為了防止燒損發(fā)電機(jī)鐵芯并降低和限制過電壓，在有關(guān)規(guī)程和反事故措施中進(jìn)一步降低了發(fā)電機(jī)單相接地電流的允許值。

原國家電力公司下發(fā)的《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國電發(fā)【2000】589號(hào))第11．10條中規(guī)定:“當(dāng)發(fā)電機(jī)定子回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，允許的接地電流值如表2規(guī)定。發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的動(dòng)作整定值按表2的要求確定。當(dāng)定子接地保護(hù)報(bào)警時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)。200 MW及以上容量的發(fā)電機(jī)的接地保護(hù)裝置宜投跳閘。”

表2 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障電流允許值表

4 發(fā)電機(jī)單相接地電流的計(jì)算

當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流主要由三部分組成。

(1)發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流IG。

IG可由廠家提供的單相對(duì)地電容CG計(jì)算得到:IG=3ωCGUn(Un為額定相電壓)；也可以通過進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子交流耐壓試驗(yàn)時(shí)(電壓為額定相電壓)實(shí)測得到電容電流。

(2)發(fā)電機(jī)母線三相對(duì)地電容電流IM。

IM取值一般按每100 m長度取0．05～0．1 A，其下限值適用于10 kV及以下電壓，上限值適用于10 kV以上電壓。如果母線上還有其他設(shè)備，如機(jī)端斷路器所連接的對(duì)地并聯(lián)電容，發(fā)電機(jī)機(jī)端母線上引出的電纜等應(yīng)另行計(jì)算后加上；也可以通過進(jìn)行母線交流耐壓試驗(yàn)時(shí)(電壓為額定相電壓)實(shí)測得到電容電流。

(3)變壓器低壓側(cè)線圈及廠變、勵(lì)磁變高壓側(cè)線圈三相對(duì)地電容電流IT。

IT一般可按0．1～0．2 A估算。

因此，發(fā)電機(jī)回路單相接地時(shí)的電容電流為:

在不考慮機(jī)端斷路器所連接的對(duì)地并聯(lián)電容的影響，IM和IT的值相對(duì)于IG來說比較小，我們只需要在IG的基礎(chǔ)上乘以一定的裕度即可。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們可以取1．2倍，即:

若機(jī)端斷路器接有對(duì)地并聯(lián)電容，則需另外計(jì)算后加上，即:

5 消弧線圈的選擇

由規(guī)程可知，對(duì)于直配線的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的消弧線圈應(yīng)采用過補(bǔ)償方式。因此，在選擇消弧線圈電流檔位時(shí)，應(yīng)按照1．25ID選擇。而消弧線圈的容量也應(yīng)考慮一定的裕度，其容量可按式(4)計(jì)算:

式中 K為系數(shù)，過補(bǔ)償取1．35，欠補(bǔ)償按脫諧度確定；Q為消弧線圈的補(bǔ)償容量，kVA；ID為發(fā)電機(jī)回路的電容電流，A；Un為發(fā)電機(jī)回路的額定線電壓，kV。

發(fā)電機(jī)電壓回路的電容電流應(yīng)包括發(fā)電機(jī)、變壓器和連接導(dǎo)體的電容電流，當(dāng)回路中裝有直配線或電容器時(shí)，尚應(yīng)計(jì)及這部分電容電流。

6 結(jié)語

由以上分析可知，我們?cè)谧霭l(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn)時(shí)需要注意以下四點(diǎn):

(1)我們?cè)谧霭l(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn)時(shí)所測得的電流實(shí)際上只是發(fā)電機(jī)定子三相對(duì)地電容電流IG，并不是發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地時(shí)的電容電流ID，ID應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況由公式(1)、(2)、(3)計(jì)算得出。

(2)我們?cè)谶x擇消弧線圈電流檔位時(shí)應(yīng)按1．25ID選擇，補(bǔ)償容量的選擇應(yīng)根據(jù)公式(4)計(jì)算得出。

(3)我們?cè)谧霭l(fā)電機(jī)單相接地試驗(yàn)時(shí)，非接地相所加的相電壓應(yīng)為額定線電壓。例如發(fā)電機(jī)額定線電壓為Ue=10．5 kV，則試驗(yàn)中非接地相所加的相電壓應(yīng)為Ux=Ue=10．5 kV。因?yàn)榇藭r(shí)測得的電流才是發(fā)電機(jī)定子三相對(duì)地電容電流IG。但這樣做也具有一定的危險(xiǎn)性，因?yàn)榇藭r(shí)非接地相的相電壓抬高為線電壓，對(duì)絕緣是一種破壞，因此，在未接入消弧線圈的情況下，我們只需要升到50%額定線電壓，然后再讀取電流值后乘以2倍即可以得到IG。

(4)在投入消弧線圈后，還應(yīng)該再升壓至100%定子額定電壓來驗(yàn)證消弧線圈的容量和電流檔位的選擇是否合適。

通過以上論述，希望大家在調(diào)試過程中能進(jìn)一步了解和重視發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的有關(guān)技術(shù)問題，以便正確選擇和調(diào)整消弧線圈，防止意外事故的發(fā)生。

［1］ 水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程，DL/T 507－2002［S］．

［2］ 導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)規(guī)定，DL/T 5222－2005［S］．

TV7;TV737

B

1001-2184(2015)05-0066-02

徐 丹(1980-)，男，湖北宜昌人，工程師，學(xué)士，從事電力系統(tǒng)電氣調(diào)試技術(shù)與管理工作．

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-08-18