三相四線發電機中性點接地的作用
發布時間：2025-06-11 點擊：24
三相四線發電機中性點接地的作用
隨著電力事業的蓬勃發展，科技的進步，在現有大中型發電機中性點接地選擇上，也受到了越來越多的重視。由于過電壓、接地故障電流等都直接與發電機接地方式有關，同時還決定著發電機的保護形式， 是直接影響機組安全可靠運行的眾多因素之一。目前，國內大中型機組主要有消弧線圈接地方式和接地經高阻接地方式，康明斯發電機廠家在本文中將發電機中性點采用不同接地方式的原因和目的及其方法進行了簡單介紹和分析。
一、中性點采用不同接地方式的原因和目的
由于發電機及發電機端所連設備和裝置存在大小不等的對地電容， 當發電機繞組發生單相接地等不對稱故障時， 接地點流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般僅數安或數十安。發生故障時， 故障處電弧時斷時續， 產生間歇性弧光過電壓這將損傷發電機定子絕緣， 造成匝間或相間短路， 擴大事故范圍， 嚴重的將燒傷定子鐵芯。當發電機端外部元件發生單相接地故障等不對稱性故障時， 同發電機內部接地故障一樣， 或由于弧光過電壓， 或由于電容電流超過一定數值， 將對發電機和其它設備造成損害。由于上述原因， 發電機中性點要采取不同的接地方式， 主要目地是防止發電機及其它設備遭受不對稱故障的危害。具體有以下幾方面：
（1）當發電機外部故障時，限制定子一點接地時最大接地電流從而限制定子線圈的機械應力 。
（2）限制故障點電流或故障時間，把故障點的損傷控制到最小．
（3）限制故障時的穩態和暫態過電壓大小在安全數值以下，防止設備絕緣遭受破壞。
（4）提供選擇性好、靈敏度高的接地保護，以便在定子一點接地時，能準確地發出接地信號或有選擇地斷開故障發電機，防止發電機突然跳閘對系統和相關設備的沖擊。
二、發電機允許單相故障電流值
1988年國際大電網會議公布了17個國家33個電力公司754臺發電機中性點接地方式時指出， 99%的發電機在選擇發電機中性點接地方式時， 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制定的發電機單相接地電流允許值5a，曾提出當發電機連接的電氣回路發生單相接地電流大于5a時，發電機中性點要裝設消弧線圈接地。隨著大容量，高額定電壓發電機的出現， 通過故障點的能量增大， 為防止發電機鐵芯燒損， 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，修復工作艱難，停機時間過長，因此將1.0~1.5a作為接地電流允許值[3]。 我國有關國標和規程對發電機允許單相故障電流值作了規定，見表1發電機中性點接地應滿足其要求。
表1發電機允許單相故障電流值
發電機額定電壓（kv）
3.15~6.3
10.5
13.8~15.75
18~20
發電機領定容量（mw）
≤50
50~100
100~225
≥300
故障點殘余電流（a）
≤4
≤3
≤2
≤1
三、發電機中性點接地方式
由于發電廠和水電站的發電機容量、接線型式、接入系統的不同， 以及人們對發電機和系統運行的要求、習慣不同， 發電機中性點接地方式也不同各有其特點。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、發電機中性點不接地和直接接地
最簡便的方法是發電機中性點不接地， 可減少發電機中性點設備。當發生一點接地 時，定子接地電流小，可以帶故障運行一段時間（規定為2小時）但不能限制定子接地弧光過電壓。一般10mw以下機組， 可以滿足發電機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。當單機容量為10mw以上， 特別是大中型機組， 己不能滿足接地電流的要求。定子接地產生危險的電弧電壓其數值可達相電壓的4~5倍， 接地電流過大， 燒壞絕緣， 引發嚴重的事故。為防止中性點過電壓， 最直接的辦法是將中性點直接接地。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。所以只有在農村的四五百千瓦及以 下，出線電壓為0.4kv的小型水輪發電機中性點采用直接接地。
2、發電機中性點經電阻接地
發電機中性點經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，由于發電機中性點低電阻接地，故障電流不僅僅是 發電機及其電壓回路的電容電流，故障電流容許值可達到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，但接地電流數值過大。當接地故障電流達到額定電流的1.5倍時， 電阻的短時功率損耗就已經達到發電機額定功率的50%，接地電阻因熱容量的限制， 制造困難， 運行中易損壞。從電阻器特性和發電機允許接地電流出發， 要求故障瞬時跳閘， 因而決定了繼電保護方案。
一般采用接地差動保護方案來檢測發電機定子接地故障。由于接地電流大， 接地繼電器靈敏度高， 選擇性也好， 故當發電機內部故障動作準確， 瞬時跳閘停機。當發電機外部故障時不動作， 由于低電阻接地人為提高了接地故障電流， 發電機定子單相接地故障時必須瞬時跳閘停機， 這樣給系統帶來較大沖擊， 可在系統中不占主要比重的小容量發電機上采用。在系統中占比重較大的大中型發電機不宜采用。
（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，初級繞組與發電機主引出線 相連，在變壓器中性點串聯電阻接地。等效接地阻抗的選擇應能提供足夠的電流， 使接保護繼電器有選擇性動作。這種接地方法適用于發電機無中性點引出或采用三角形接線的發電機。在國際大電網委員會曾作過的發電機中性點實際接地的方法調查中，有140 臺發電機占調查總數19%的機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值的確定，要滿足電阻器的功率損耗等于或大于發電機及 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在電阻器串聯的中性點回路并聯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電機相電壓選擇，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， 實際選用二次側電阻值可以很小， 轉換到一次側相當于高電阻接地， 當配電變接在發電機主引出回路， 需三臺單相變壓器， 一次繞組接成星形與發電機相聯， 二次側和電阻接成串聯回路； 當配電變接在發電機中性點回路， 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， 應用較多。在我國對其看法也不盡相同，在后面的章節再作詳細討論。
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、發電機繞組， 作用跳閘或報警， 可能因此失去應有的選擇性。另一方面， 高壓系統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。高壓側接地故障引起的部分零序電壓， 經升壓變壓器的電容效應，分壓傳遞到低壓側， 其數值的大小取決于變壓器變比、高壓側接地方式、故障點位置、變壓器中性點接地與否、發電機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。
中性線經高壓接地電阻柜連接
3、 發電機中性點經電抗接地
這種接地分中性點電抗器（低感抗）接地、接地故障平衡器（調諧電抗器）接地和消弧線圈接地。
（1）中性點電抗器（低感抗）接地
柴油發電機噴油泵試驗臺——燃油系統運轉循環及傳動系統的構成
工礦企業使用的柴油發電機需要哪些特殊配置？
國三環保玉柴_沃爾沃_康明斯柴油發電機組
柴油發電機組的原理和結構分析是什么
柴油發電機組活塞的偏置銷座作用
柴油發電機組配置深?？刂破?，遠程監控是錦上添花
低溫條件下康明斯柴油發電機進氣系統受影響嗎？
柴油發電機組排氣管為什么會滴油？
隨著電力事業的蓬勃發展，科技的進步，在現有大中型發電機中性點接地選擇上，也受到了越來越多的重視。由于過電壓、接地故障電流等都直接與發電機接地方式有關，同時還決定著發電機的保護形式， 是直接影響機組安全可靠運行的眾多因素之一。目前，國內大中型機組主要有消弧線圈接地方式和接地經高阻接地方式，康明斯發電機廠家在本文中將發電機中性點采用不同接地方式的原因和目的及其方法進行了簡單介紹和分析。
一、中性點采用不同接地方式的原因和目的
由于發電機及發電機端所連設備和裝置存在大小不等的對地電容， 當發電機繞組發生單相接地等不對稱故障時， 接地點流過的故障電流即上述對地電容電流。該電流一般僅數安或數十安。發生故障時， 故障處電弧時斷時續， 產生間歇性弧光過電壓這將損傷發電機定子絕緣， 造成匝間或相間短路， 擴大事故范圍， 嚴重的將燒傷定子鐵芯。當發電機端外部元件發生單相接地故障等不對稱性故障時， 同發電機內部接地故障一樣， 或由于弧光過電壓， 或由于電容電流超過一定數值， 將對發電機和其它設備造成損害。由于上述原因， 發電機中性點要采取不同的接地方式， 主要目地是防止發電機及其它設備遭受不對稱故障的危害。具體有以下幾方面：
（1）當發電機外部故障時，限制定子一點接地時最大接地電流從而限制定子線圈的機械應力 。
（2）限制故障點電流或故障時間，把故障點的損傷控制到最小．
（3）限制故障時的穩態和暫態過電壓大小在安全數值以下，防止設備絕緣遭受破壞。
（4）提供選擇性好、靈敏度高的接地保護，以便在定子一點接地時，能準確地發出接地信號或有選擇地斷開故障發電機，防止發電機突然跳閘對系統和相關設備的沖擊。
二、發電機允許單相故障電流值
1988年國際大電網會議公布了17個國家33個電力公司754臺發電機中性點接地方式時指出， 99%的發電機在選擇發電機中性點接地方式時， 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制定的發電機單相接地電流允許值5a，曾提出當發電機連接的電氣回路發生單相接地電流大于5a時，發電機中性點要裝設消弧線圈接地。隨著大容量，高額定電壓發電機的出現， 通過故障點的能量增大， 為防止發電機鐵芯燒損， 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，修復工作艱難，停機時間過長，因此將1.0~1.5a作為接地電流允許值[3]。 我國有關國標和規程對發電機允許單相故障電流值作了規定，見表1發電機中性點接地應滿足其要求。
表1發電機允許單相故障電流值
發電機額定電壓（kv）
3.15~6.3
10.5
13.8~15.75
18~20
發電機領定容量（mw）
≤50
50~100
100~225
≥300
故障點殘余電流（a）
≤4
≤3
≤2
≤1
三、發電機中性點接地方式
由于發電廠和水電站的發電機容量、接線型式、接入系統的不同， 以及人們對發電機和系統運行的要求、習慣不同， 發電機中性點接地方式也不同各有其特點。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、發電機中性點不接地和直接接地
最簡便的方法是發電機中性點不接地， 可減少發電機中性點設備。當發生一點接地 時，定子接地電流小，可以帶故障運行一段時間（規定為2小時）但不能限制定子接地弧光過電壓。一般10mw以下機組， 可以滿足發電機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。當單機容量為10mw以上， 特別是大中型機組， 己不能滿足接地電流的要求。定子接地產生危險的電弧電壓其數值可達相電壓的4~5倍， 接地電流過大， 燒壞絕緣， 引發嚴重的事故。為防止中性點過電壓， 最直接的辦法是將中性點直接接地。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。所以只有在農村的四五百千瓦及以 下，出線電壓為0.4kv的小型水輪發電機中性點采用直接接地。
2、發電機中性點經電阻接地
發電機中性點經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，由于發電機中性點低電阻接地，故障電流不僅僅是 發電機及其電壓回路的電容電流，故障電流容許值可達到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，但接地電流數值過大。當接地故障電流達到額定電流的1.5倍時， 電阻的短時功率損耗就已經達到發電機額定功率的50%，接地電阻因熱容量的限制， 制造困難， 運行中易損壞。從電阻器特性和發電機允許接地電流出發， 要求故障瞬時跳閘， 因而決定了繼電保護方案。
一般采用接地差動保護方案來檢測發電機定子接地故障。由于接地電流大， 接地繼電器靈敏度高， 選擇性也好， 故當發電機內部故障動作準確， 瞬時跳閘停機。當發電機外部故障時不動作， 由于低電阻接地人為提高了接地故障電流， 發電機定子單相接地故障時必須瞬時跳閘停機， 這樣給系統帶來較大沖擊， 可在系統中不占主要比重的小容量發電機上采用。在系統中占比重較大的大中型發電機不宜采用。
（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，初級繞組與發電機主引出線 相連，在變壓器中性點串聯電阻接地。等效接地阻抗的選擇應能提供足夠的電流， 使接保護繼電器有選擇性動作。這種接地方法適用于發電機無中性點引出或采用三角形接線的發電機。在國際大電網委員會曾作過的發電機中性點實際接地的方法調查中，有140 臺發電機占調查總數19%的機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值的確定，要滿足電阻器的功率損耗等于或大于發電機及 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在電阻器串聯的中性點回路并聯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電機相電壓選擇，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， 實際選用二次側電阻值可以很小， 轉換到一次側相當于高電阻接地， 當配電變接在發電機主引出回路， 需三臺單相變壓器， 一次繞組接成星形與發電機相聯， 二次側和電阻接成串聯回路； 當配電變接在發電機中性點回路， 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， 應用較多。在我國對其看法也不盡相同，在后面的章節再作詳細討論。
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、發電機繞組， 作用跳閘或報警， 可能因此失去應有的選擇性。另一方面， 高壓系統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。高壓側接地故障引起的部分零序電壓， 經升壓變壓器的電容效應，分壓傳遞到低壓側， 其數值的大小取決于變壓器變比、高壓側接地方式、故障點位置、變壓器中性點接地與否、發電機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。
中性線經高壓接地電阻柜連接
3、 發電機中性點經電抗接地
這種接地分中性點電抗器（低感抗）接地、接地故障平衡器（調諧電抗器）接地和消弧線圈接地。
（1）中性點電抗器（低感抗）接地
柴油發電機噴油泵試驗臺——燃油系統運轉循環及傳動系統的構成
工礦企業使用的柴油發電機需要哪些特殊配置？
國三環保玉柴_沃爾沃_康明斯柴油發電機組
柴油發電機組的原理和結構分析是什么
柴油發電機組活塞的偏置銷座作用
柴油發電機組配置深?？刂破?，遠程監控是錦上添花
低溫條件下康明斯柴油發電機進氣系統受影響嗎？
柴油發電機組排氣管為什么會滴油？