发电机中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地的现象和判断

发电机中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地的现象和判断

作者：周鹏 刘晓峰 池咏辉

来源：《中国科技纵横》2012年第24期

摘要：通过对本厂发电机系统的接线方式方式下的各种电压不平衡现象的分析，得出了在正常运行时，如何对发电机的的单相接地故障进行识别和判断 关键词：发电机 单相接地 电压不平衡

本厂发电机采用的是中性点经消弧线圈接的运行方式，正常运行时发电机的定子线圈及出线、主变压器、厂用变压器的低压侧线圈的三相导线之间、各相对地之间，沿导线全长分布有电容，这些电容将引起附加电流。为了方便讨论，认为此三相系统是对称的。各相之间的电容及由它们所决定的电流数值较小，在发生单相接地时，因为线电压不变，相间电容电流也不会改变，故可以不予考虑。 1、正常运行

中性点不接地的三相系统在正常运行时，各相的电压UA、UB、UC是对称的，对于发电机来说各相对地的电容电流也是对称的。发电机的各相电流IA、IB、IC分别等于负荷电流I1A、I1B、I1C及各相电容电流ICA、ICB、ICC的向量之和。因为三相对地电容电流的大小相等，相位相差120度，故其向量和等于零，所以地中并没有电容电流流过，发电机机中性点对地电压也为零，消弧线圈中也不会有补偿性的电感性电流流过。 2、单相接地时 2.1 故障相完全接地

发电机系统发生单接地故障的一种极限情况，以发电机出口C相发生完全接地为例说明，当发电机的封闭母线发生完全接地时，C相对地的电压变为为零，中性点对地电压值由零变为相电压，未发生接地故障的两相对地电压升高为相电压的3倍，即变为发电机出口线电压。因为：U0= -UC；UA=UA-UC；UB=UB-UC；所以UA=UB=3UA，UA和UB之间的夹角为60度。在发电机出口一相对地短路后，非故障相对地电容电流也升高为正常值的3倍，设电流的正方向是由发电机指向主变低压侧线圈，则可得出通过IC= -（ICA+ICB）；ICA和ICB分别超前UA和UB 90度，ICA、ICB两电流之间的夹角也是60度，将它们相加即得-IC。C相接地电流IC为电容电流，故IC超前UC90度。由向量图可得：IC= 3ICA；因为：ICA=3IC；所以：IC=3IC0由上式知，发电机出口单相接地电流等于正常（未接地）时一相电容电流的三

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倍。因此，发电机出口发生单相接地故障时，接地电容性电流与发电机的额定电压，频率和相对地电容有关。

2.2 故障相不完全接地或发电机线圈的中间部分发生接地

在发生故障相不完全接地或发电机定子的中间部分接地时，发电机出口接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地的电压则大于相电压而小于线电压。此时，接地电流也比完全接地时小。

综合上述，当中性点经消弧线圈接地的发电机发生单相接地时，发电机的线电压和线电压的相位不会发生改变，但非故障相的对地电压将升高3倍，虽然其绝缘水平按线电压设计，但也不允许长期运行，以防升高了的电压可能引起绝缘薄弱的地方损坏而造成相间短路。同时，防止对于对地电容较大的发电机的对地容性电流将发电机的铁芯烧坏，而造成重大的经济损失。

3、发电机单相接地和PT一、次保险熔断的区别

对于发电机运行中出现的一些电压不平衡和出现零序电压的现象，若我们对这方面认识不足，往往会因为查找时间过长而耽误发电机的开机，或因电压不平衡而误认为接地情况者，找不到问题之所在；另一方面也可能因为未能及时找到接地点，而引起扩大事故。

（1）发电机单相接地：接地相电压降低，当发电机出口发生完全单相接地时，此相相电压为零。非接地相相电压升高3倍，当发电机出口发生完全接地时，非接地相相电压升高为线电压。同时，在发电机的中性点接的消弧线圈中将出现感性的补偿电流。

（2）发电机出口PT一次保险熔断：即高压保险熔断，熔断相相电压降低，但一定不为零，其数值为另两相的所带负荷的分压。而其余两相为正常电压，其向量角为120度。由于相当于发电机断相造成三相电压不平衡，故开口三角形处也会产生不平衡电压，即有零序电压。 （3）发电机出口PT二次保险熔断：与高压保险之不同在于：一次三相电压仍平衡，故开口三角形没有电压，因而不会出现零序电压发出接地信号，其它现象均同高压保险熔断的情况，即故障相电压降低，但一定不为零。其它两相电压不变。出现“PT断线”光字牌。发电机中性点不会出现零序电流。 4、发电机的虚假接地

由于本厂发电机出口PT采用的是分相式PT，在一次系统单相接地时，相当于接地相的电压互感器高压绕组被短路，使该相的二次绕组输出电压等于零，而其它两相电压升高，PT的开口三角绕组有不平衡电压输出，从而时使发电机的定子接地3U0保护动作。一般情况下发

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电机的定子接地3U0保护可以准确可靠的动作，但是在特殊的情况下也会错误动作，并造成一次系统接地的假象，本厂1#发电机在启动过程中就先后出现了两次这种情况，并且同时伴有中性点零序电流的出现，现象与一次接地时的现象无异，后查找为发电机的出口PT二次回路对地绝缘破坏，形成PT二次单相对地短路造成，造成误判断。 参考文献

[1]《发电厂变电所电气设备》.水利电力出版社，1983年.