小型水電站發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的選擇

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

發(fā)電機(jī)不可避免地存在對(duì)地電容，當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)該電容性電流通常相對(duì)較小，而當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，該電容性電流就會(huì)超過(guò)一定數(shù)值，產(chǎn)生弧光過(guò)電壓，對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣造成一定危害，甚至引發(fā)線棒匝間短路、定子鐵芯損壞、相間短路等更嚴(yán)重的故障。

1 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式因機(jī)組容量、接線型式等的不同而有所區(qū)別，根據(jù)機(jī)組額定容量、額定電壓的不同，機(jī)組接地故障電流允許值也不同，在《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》電氣一次部分中規(guī)定，不同電壓等級(jí)發(fā)電機(jī)接地電流采用值見表1。因此，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)可采用不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)電阻接地等三種運(yùn)行方式。當(dāng)前，我國(guó)小型水電站發(fā)電機(jī)組的中性點(diǎn)普遍采用不直接接地的運(yùn)行方式，是否可采用不接地方式需計(jì)算單相接地電流才能確定，如果計(jì)算單相接地電流值小于表1所列數(shù)值，可采用不接地，否則采用消弧線圈接地或經(jīng)電阻接地。

表1 不同電壓等級(jí)發(fā)電機(jī)接地電流采用值

2 單相接地電流計(jì)算

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地點(diǎn)電流為正常運(yùn)行時(shí)每相對(duì)地電容電流的3倍，因此，計(jì)算出正常運(yùn)行狀態(tài)下三相對(duì)地電容電流的代數(shù)和即為單相接地電流。

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)電壓回路三相對(duì)地電容電流包括發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流、發(fā)電機(jī)電壓母線三相對(duì)地電容電流、主變壓器低壓線圈三相對(duì)地電容電流和發(fā)電機(jī)電壓回路其余設(shè)備(主要是發(fā)電機(jī)出口斷路器)的電容電流。

2.1 發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流ICF

可按下式計(jì)算取得：

ICF=ωCFUx×10-6(A)

式中：ω=2πfn；CF為發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容(μF)；UX為發(fā)電機(jī)額定相電壓(V)。

發(fā)電機(jī)電容有三種計(jì)算公式：

(1)哈爾濱電機(jī)廠公式：

(2)蘇聯(lián)及美國(guó)西屋公司的公式：

(3)美國(guó)GE公司公式：

計(jì)算電容電流以哈爾濱電機(jī)廠公式為宜，可是此公式需要電磁計(jì)算的有關(guān)數(shù)據(jù)，而在機(jī)組未設(shè)計(jì)時(shí)，此值是不知道的，其使用受到一定的限制。初估電容電流，可利用公式(2)或公式(3)，尤其以公式(3)最為簡(jiǎn)便。

2.2 發(fā)電機(jī)電壓母線三相對(duì)地電容電流

其值為每100m長(zhǎng)度三相母線取0.05A～0.1A，其下限值適用10kV及以下電壓等級(jí)，上限值適用于10kV以上電壓等級(jí)。

2.3 升壓變壓器低壓線圈的三相對(duì)地電容電流

一般可按0.1A～0.2A估算。若能取得制造廠變壓器低壓線圈的對(duì)地電容的實(shí)測(cè)值，則三相電容電流可按下式計(jì)算：

式中：ω=2πfn；CB為變壓器低壓線圈單相對(duì)地電容(μF)；Un2為變壓器低壓側(cè)額定電壓(kV)。

2.4 發(fā)電機(jī)電壓回路其余設(shè)備三相對(duì)地電容電流

包括發(fā)電機(jī)出口斷路器、廠用變壓器、勵(lì)磁變壓器、動(dòng)力電纜等，其中主要考慮發(fā)電機(jī)出口斷路器設(shè)備提供的三相對(duì)地電容電流，其他設(shè)備產(chǎn)生的三相對(duì)地電容電流值很小，可共取0.02A～0.04A。

3 觀音巖水電站工程實(shí)例計(jì)算

3.1 工程概況

觀音巖水電站位于四川省涼山州冕寧縣境內(nèi)，電站于1987年破土動(dòng)工，1989年竣工投產(chǎn)。屬2016年-2019年農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造實(shí)施項(xiàng)目，改造前裝機(jī)2臺(tái)，單機(jī)容量8750kW，發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用單母線分段接線，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用不接地方式運(yùn)行。改造后裝機(jī)2臺(tái)，單機(jī)容量11000kW，額定功率因數(shù)0.875，額定電壓10.5kV，發(fā)電機(jī)電壓側(cè)采用單母線分段接線。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式是否仍采用不接地方式需計(jì)算出單相接地電流才能確定。

3.2 三相對(duì)地電容電流計(jì)算

3.2.1 發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流

ICF=0.8(A)

制造廠家提供電容電流為1A，為安全起見，取單臺(tái)發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容電流為1A。

3.2.2 發(fā)電機(jī)電壓母線三相對(duì)地電容電流

本站發(fā)電機(jī)采用三相共箱母線，其長(zhǎng)度約為30m，計(jì)算電容電流時(shí)，考慮一定裕度，取長(zhǎng)度為50m。每100m長(zhǎng)度三相母線對(duì)地電容電流取0.05A。

故發(fā)電機(jī)電壓母線三相對(duì)地電容電流為0.05×0.50=0.025A。

3.2.3 升壓變壓器低壓線圈的三相對(duì)地電容電流

主變壓器低壓線圈三相對(duì)地電容電流估值按0.2A考慮。

3.2.4 發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備三相對(duì)地電容電流

發(fā)電機(jī)電壓設(shè)備三相對(duì)地電容電流估值按0.02A考慮。

3.2.5 發(fā)電機(jī)出口斷路器三相對(duì)地電容電流

根據(jù)類似工程發(fā)電機(jī)斷路器電容值取200pF，可得：Icb=3ωCbUx×10-3=0.011(A)

綜上：

最大運(yùn)行方式下1臺(tái)發(fā)電機(jī)回路總電容電流為：

Ic∑=1+0.025+0.2+0.02+0.011=1.256(A)

最大運(yùn)行方式下2臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)回路總電容電流為：

ICmax=2Ic∑=2×1.256=2.512(A)

4 結(jié)論

(1)觀音巖電站與發(fā)電機(jī)有電氣連接的電壓回路三相對(duì)地電容電流計(jì)算值最大為2.512A，此值遠(yuǎn)小于額定電壓為10.5kV發(fā)電機(jī)建議采用值4A。故本階段發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式推薦采用不接地方式。

(2)由于計(jì)算值很多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得出的，難免有一定局限性，下階段在全站設(shè)備投運(yùn)后，在最大運(yùn)行方式下實(shí)測(cè)與發(fā)電機(jī)有電氣連接回路的三相對(duì)地電容電流，當(dāng)接地電流大于4A時(shí)，若要求發(fā)電機(jī)帶單相接地故障運(yùn)行，其中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。