国外水泥生产线12MW余热电站发电机中性点接地设备的选型设计

国外水泥生产线12MW余热电站发电机中性点接地设备的选型设计

邵芹芹

(合肥水泥研究设计院有限公司

来源：《中国水泥》

0引言

当发电机出口直配线较多，电缆线路较长时，若发电机绕组在发生单相接地等不对称故障，接地点流过的故障电流即对地电容电流超过允许值时，接地点电弧将不能自行熄灭而产生间歇性弧光接地过电压，这将会损伤发电机定子绕组的绝缘，造成绕组的匝间或相间短路，扩大事故范围，严重的将烧伤定子铁芯。

为了避免这种现象的发生，可在发电机中性点串入特定参数的接地设备来限制单相接地电容电流的数值，抑制弧光电压的发生，从而确保发电机设备的安全。

1项目基本概况

本项目根据需要在总降压站设两台25MVA主变，按照工艺段特点，一台主变服务于生料磨及烧成工艺段，另一台主变服务于水泥磨、水泥包装及石灰石破碎等工艺段。

主变高压侧电压为132kV,低压侧电压为6.3kV,余热电站输出电压亦为6.3kV。考虑到余热电站的能源是来自于烧成系统产生的废气余热，所以余热发电系统通过烧成系统主变的6.3kV低压侧母线实现并网运行，这样能最大限度地节约能源，使得余热发电系统伴随着窑系统可靠运行。

烧成段主变6.3kV母线上并接的设备众多，所连接的电缆线路较长，导致该系统在单相接地情况下产生的零序电流较大，而该段母线是与发电机端通过电力电缆直接连接，从而使得在系统发生单相接地等不对称故障时零序电流值超出了发电机的最高允许值。

本项目余热电站发电机容量为12MW,发电机输出端通过电缆与总降压站主变低压侧母线连接并实现并网运行。发电机与总降压站主接线系统图如图1所示。

2发电机中性点接地方式的种类和特点

发电机定子绕组发生单相接地故障时，接地点流过的电流是发电机本身及其引出线回路所有连接元件的对地电容电流。目前，发电机中性点接地方式主要有以下几种，分别为中性点不接地方式、中性点经消弧线圈接地方式和中性点经高电阻接地方式三种。

根据GB/T14285-20235.2.1.3.1发电机定子绕组单相接地故障电流允许值在无发电机制造厂规定值时，可参照表1中数据执行。

2.1中性点不接地方式

发电机额定电压为6.3kV及以上的系统，当发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机，发电机单相接地电容电流不大于表1的最高允许值时，可采用中性点不接地方式。

在中性点不接地的三相系统中，如果发生单相接地故障，接地相对地电压变为零，其他两相对地电压升高为线电压，三相系统的线电压大小和相位均保持不变，因此不会影响三相用电设备的正常工作。但这种方式存在产生间歇性弧光接地过电压的风险。

中性点不接地方式的特点如下：1)单相接地故障电流即单相接地电容电流不超过表1规定的最高允许值；2)发电机中性点应装设电压为额定相电压的避雷器；3)适用于125MW及以下容量的小型发电机组。

2.2中性点经消弧线圈接地方式

发电机额定电压为6.3kV及以上的系统，当发电机单相接地电容电流大于表1的最高允许值时，若要发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机，发电机中性点应采取消弧线圈接地方式。

消弧线圈是一个电感线圈，它接在直配线发电机的中性点上或厂用变压器的中性点与大地之间。当系统发生单相接地故障时，接地电流通过消弧线圈时呈电感电流，对接地电容电流进行补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧范围。发电机中性点采取消弧线圈接地方式可以避免烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，引起匝间或相间短路。

中性点经消弧线圈接地的特点如下：(1)对具有直配线的发电机，宜采用过补偿方式，对单元接线的发电机，宜采用欠补偿方式；(2)经补偿后的单相接地电流一般小于1A,可不跳闸停机，仅作用于信号；(3)消弧线圈可接在直配线发电机的中性点上，也可接在所在母线上的其他厂用变压器的一次侧的中性点；(4)适用于单相接地电容电流大于表1最高允许值的小型发电机组或300MW及以上大机组要求能带单相接地故障运行时。

2.3中性点经高电阻接地方式

发电机额定电压为6.3kV及以上的系统，当发电机内部发生单相接地故障要求瞬时切机时，宜采用中性点经高电阻接地方式。

采用高电阻接地方式的发电机，在发生定子单相接地故障时，流过故障点的电流为单相接地电容电流和中性点电阻电流的向量和。中性点经高电阻接地可以限制电感与电容之间的电磁振荡，从而有效抑制电弧接地过电压，同时不会像小电阻接地一样降低系统的可靠性。当中性点经高电阻接地时，故障电流仍然可以限制在较小的水平上，系统不用跳闸，可以继续运行。

但在巴基斯坦，由于受欧美企业影响较大，已经形成一种使用惯例，发生单相接地短路时，不允许带故障运行，接地保护必须动作于发电机跳闸。由于此种装置简单且易于配置，得到广泛的应用。

中性点经高电阻接地的特点：(1)可限制中性点过电压不超过2.6倍额定相电压；(2)可限制接地故障电流不超过10A;(3)为定子接地保护提供电流，便于检测；(4)发生单相接地时，总的故障电流不宜小于3A,以保证接地保护不带时限立即跳闸停机，保证了设备安全；(5)适用于300MW及以上大中型机组。

3本项目余热电站发电机中性点接地设备选型设计

3.1余热电站及总降压站6.3kV站用电系统电容电流

经过统计，余热电站及总降压站6.3kV系统电缆规格及长度如表2。

根据电力一次设计手册L=√3U。wC×10-³公式，计算电缆单相接地电容电流如下：

(1)1(3×95)电缆单相接地电容电流：

3.2发电机及总降压站主变低压侧绕组电容电流

(1)查阅发电机厂家提供的参数，发电机定子每相对地电容为0.3507μF。根据电力一次手册的计算公式发电机定子绕组的电容电流计算如下。

3.3余热电站及总降压站6.3kV系统总电容电流

根据以上计算可得余热电站及总降压站6.3kV系统总电容电流为：

3.4发电机中性点接地设备选型

根据3.3计算的系统总电容电流9.61A,综合该项目所在国的国情，发电机中性点采用高电阻接地方式。依据电力一次设计手册中的相关计算公式，接地电阻阻值计算如下：

根据计算结果和电阻器选型样本，选取接地电阻器参数为：Ux=6.31√3kV,I=10A,Rx=3640。发电机中性点串联该参数电阻器后，即使总降压站主变低压侧中性点接地电阻因故障退出运行，也能确保发电机得到有效的保护。

4结束语

通过计算系统单相接地故障时流过发电机中性点的电容电流，选择合适的中性点接地方式以及确定接地设备的参数，可以保障系统发生单相接地故障时发电机和电力系统的安全。本项目发电机中性点选用高电阻接地方式，当系统发生单相接地故障时，既能有效地抑制暂态过电压、降低单相接地故障电流，也能产生做足够大的电流触发保护装置可靠动作，切除发电机设备，保障整个电力系统的安全、稳定运行。

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