1、发电机中性点接地方式的选择
三峡左岸电站机组的招标文件中对于发电机中性接地方式没作硬性要求，卖方可根据自己的经验和业绩推荐采用接地变压器接地方式或消弧线圈接地方式，但要求接地方式的选择应和发电机的100%范围定子一点接地保护相关联，以保证当发电机一次测系统发生一点接地故障时，在发电机定子一点接地保护配合下，能够以尽可能短的时间切除接地故障，防止发电机定子铁芯和定子绕组受损。
1.1 发电机定子绕组发生一点接地故障时的故障电流值
发电机定子绕组发生一点接地故障时，接地故障电流的大小主要取决于定子绕组每相对地电容值的大小及接地点的位置。ABB公司设计的三峡电站发电机定子绕组单相对地电容值为1.81μf，西门子公司和加拿大 GE公司联合设计的发电机定子绕组单相对地电容值为1.4μf，因此可在此基础上对三峡电站发电机绕组一点接地故障电流进行计算，计算过程如下(以ABB的发电机为例)：
发电机定子绕组单相对地电容值Cw＝1.81μf
发电机出口至升压主变低压绕组间每相对地等值电容Ct＝0.2μf(经验值)
总的每相对地电容值C0=Cw+Ct=2.01μf
从发电机端看人的每相对地等值容抗：
Xc0＝1/wC0=1/2πfC0=1/314×2.01×10-6=1.584.4(Ω/相)
从发电机星形中性点看入的对地容抗：
Xcn＝Xc0/3＝528(Ω/相)
三峡机组在发电机端发生定子绕组一点接地故障时的故障电流值为(取发电机额定电压为Ue＝20kV)：
J0=Ue/(3Xcn1/2)＝20000/(31/2×528)＝21.86A
同理可求得西门子公司和加拿大GE公司联合设计的发电机(定子绕组单相对地电容值为1.4μf)发生机端
定子绕组一点接地故障时的故障电流值为17.4A。
根据上面计算的结果，三峡机组在机端发生定子绕组一点接地故障时的故障电流已远超过了有关规程规
定的允许值，因而须按照 ANSI/IEEE C37.101“发电机接地保护导则”的要求在发电机中性点与地之间接
入接地变压器或消弧线圈来限制定子一点接地时的故障电流并在发电机定子一点接地保护装置的配合下快速切除接地故障，以防止发电机定子铁芯烧损。
1.2 发电机中性点接地方式的选择
三峡电站水轮发电机中性点接地方式的选择主要依据以下两点:
根据 IEEE有关标准的推荐。对于三峡电站这种定子绕组对地电容比较大的发电机所适用的中性点接地方式应保证发生定子一点接地故障时中性点的暂态过电压不超过分许值且与最大接地故障电流的时间特性相适应。根据这一原则进行相应分析计算的结果表明，对于三峡发电机的中性点采用经接地变压器的高电阻接地方式是合适的。
中标厂商在其大型水轮发电机中性点接地方式方面的经验。ABB、加拿大GE和西门子公司都有过制造与三峡机组相近容量水轮发电机的良好业绩，在这几家公司及西方其他水轮发电机制造厂商所生产的大型水轮发电机中，基本上都采用发电机中性点接地变压器接地的方式，运行情况良好。
1.3 中性点接地电阻值的选取
根据理论分析计算，当发电机中性点接地电阻值等于或近似于从发电星形中性点看入的对地容抗值时，限制定子一点接地故障时的定子绕组弧光暂态过电压和接地电流的综合性能较好。当然由于发电机定子绕组对地电容值的测量及计算会有误差，因此在实际运行中对于限制接地故障时的弧光暂态过电压和接地故障电流有最佳效果的中性点接地电阻值还需由现场试验决定。表 1是在几种大型水轮发电机定子织组对地电容值下当发电机中性点选取不同阻值的接地电阻时发生定子一点接地故障的发电机定子绕组弧光暂态过电压的关系。
附表
|
|
|
对比方案 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
接地电流最大 |
中性点接地电 |
Xcn/Rn |
弧光暂态过 |
Xcn/Rn |
弧光暂态过 |
Xcn/Rn |
弧光暂态过 |
|
值IEmax(A) |
阻Rn(Ω) |
电压倍数 |
电压倍数 |
电压倍数 |
|
5 |
2310 |
0.25 |
3.5 |
0.13 |
4.0 |
0.14 |
3.9 |
|
10 |
1155 |
0.5 |
3.0 |
0.25 |
3.5 |
0.28 |
3.4 |
|
15 |
770 |
0.76 |
2.7 |
0.38 |
3.2 |
0.42 |
3.2 |
|
20 |
577 |
0.98 |
2.5 |
0.51 |
3.0 |
0.55 |
2.9 |
|
25 |
462 |
1.27 |
2.4 |
0.64 |
2.8 |
0.69 |
2.7 |
|
30 |
385 |
1.52 |
2.35 |
0.76 |
2.7 |
0.83 |
2.6 |
|
|
|
定子绕组每相对地电容Cw |
1.8μf |
3.6μf |
3.22μf |
|
中性点对地等值容抗Xcn(Ω) |
587 |
294.5 |
320 |
|
|
图1是附表中方案1对应的关系曲线(对应于定子绕组相对地电容值为1.81μf的情况)。由附表及图1中可见，发电机中性点接地电阻R
n值并不是越大越好，当R
n值过大时和定子一点接地故障时，将会产生较高的弧光暂态过电压，这将对发电机定子绕组绝缘造成威胁。随着发电机中性点接地电阻R
n值的减小，发生接地故障时的弧光暂态过电压倍数将下降，但当R
n减小至低于X
cn的值后发生接地故障时，弧光暂态过电压倍数的下降将变得十分缓慢；相反地由于中性点接地电阻值的过小将不可能将接地故障电流限制在允许的范围内，这样接地电流将会烧损发电机定子铁芯。
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