二、選擇接地方式的因素

1、與電力系統(tǒng)的關(guān)系

      消弧線圈接地減小了接地故障點的故障電流，消除了間歇電弧引起的過電壓，允許發(fā)電機組帶故障繼續(xù)運行2h，便于組織搶修或減負荷停機，從而避免或減小對系統(tǒng)的沖擊和對用戶的影響。

      我國早期電力發(fā)展滯后，電力網(wǎng)小，單機所占比重較大，單機突然切除對電網(wǎng)沖擊大，嚴重影響用戶負荷。采用消弧線圈接地上述優(yōu)點是明顯的，是與我國的電力系統(tǒng)狀況相適應(yīng)的。改革開放以來，我國電力系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，盡管單機容量越來越大，但其容量占所接入的系統(tǒng)容量比重卻相對較小，單機故障保護動作于發(fā)信、轉(zhuǎn)移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時停機，對系統(tǒng)不產(chǎn)生沖擊或沖擊很小，同時由于系統(tǒng)備用容量較大，不會切除系統(tǒng)用戶。特別是近年來電廠(站)自動化水平大大提高，采用“無人值班，少人值守”進行設(shè)計的電站已成為現(xiàn)實。采用消弧線圈延長發(fā)電機組運行己沒有必要。

      采用接地變壓器接地，由于接地故障電流大于消弧線圈接地，單機故障保護動作于發(fā)信、轉(zhuǎn)移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時停機，目前的電力系統(tǒng)是允許的，從而為發(fā)電機中性點接地多提供了一種選擇方式。由此看來，電力系統(tǒng)是影響發(fā)電機中性點接地方式選擇的一個主要因素。

      僅就滿足系統(tǒng)要求來看，無法確定兩種接地方式孰優(yōu)孰劣。

2、與制造生產(chǎn)的關(guān)系

      由于消弧線圈在我國已有多年的運行歷史，生產(chǎn)制造不成問題。但在電站采用接地變高阻接地的方式呈上升趨勢，發(fā)電機組用戶采用這種接地方式的也為數(shù)不少案例。理論和實踐均已證明采用消弧線圈和接地變都是可行的。

      由于利用了變壓器短時過載特性，變壓器容量僅為相應(yīng)消弧線圈容量的1/3~1/6。同時接地變不像消弧線圈需調(diào)節(jié)分接頭，制造較簡單。因而接地變較消弧線圈應(yīng)該是經(jīng)濟的。但接地變多在大中型機組選用，使用數(shù)量小，生產(chǎn)廠家較少。又由于訂貨數(shù)量小，廠家不愿意接受，生產(chǎn)模具設(shè)計制造一套成本高，接地變及保護裝置要價也就較高，限制了推廣使用。當然，事實上能否做到經(jīng)濟，取決于今后的接地方式發(fā)展實踐。接地方式的選擇不是一個純技術(shù)的問題，經(jīng)濟指標也很重要。

      接地變?nèi)萘啃?，可以和保護繼電器放在一個箱體內(nèi)，占地面積小，便于布置，這在水電站也是一個優(yōu)點。

      從制造生產(chǎn)來看，兩種接地裝置都可生產(chǎn)，就一般容量為中小型機組看，設(shè)計選用接地變接地還不容易讓業(yè)主接受，選廠較難一些。

      在我國，較大型機組的中性點接地，不少設(shè)計單位尊重發(fā)電機廠意見，或由主機廠設(shè)計，配套供貨。所以發(fā)電機廠的設(shè)計經(jīng)驗和習(xí)慣也是影響發(fā)電機中性點接地方式選擇的因素。

三、過電壓和保護問題

1、過電壓分析

      過電壓是兩種接地方式都不能回避的問題，一般分動態(tài)過電壓和傳遞過電壓及諧振過電壓，發(fā)電機接地時電壓相量圖如圖3所示。耦合傳遞過電壓和直接傳遞過電壓，只要設(shè)計時參數(shù)取得適當，能滿足繼電保護的要求，對設(shè)備不會構(gòu)成威脅。當回路容抗和感抗接近時，如果發(fā)生單相接地或斷路器不同期操作，會在發(fā)電機相接的變壓器或電壓互感器之間出現(xiàn)諧振過電壓，危及發(fā)電機絕緣。但實際發(fā)生的機率很小，尚未發(fā)現(xiàn)因采用消弧線圈產(chǎn)生危險過電壓的實例。

      已有的動態(tài)過電壓研究結(jié)果是基于暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀進行的，對其結(jié)果的認識也不一致。圖4中曲線①是GE公司P.G.Brown等人研究的結(jié)果，曲線②是我國清華大學(xué)的實驗結(jié)果，曲線3是美國M.V.Hadded等人研究的結(jié)果。上述③條曲線都是對應(yīng)發(fā)電機中性點消弧線圈接地的情況，當發(fā)生單相故障時發(fā)生重燃，甩負荷等條件下，頻率偏離工作頻率時最大暫態(tài)過電壓。由于是全補償，電感和電容處于諧振狀態(tài)，故稱諧振接地。所不同的是，P.G.Brown等人用純電感模擬消弧線圈，M.V.Hadded等人計入了消弧線圈的有功損耗電阻，我國清華大學(xué)的實驗計入了消弧線圈的有功損耗電阻，同時采用了分布參數(shù)計算模擬。曲線④為接地變高阻接地時的最大暫態(tài)過電壓。

      從圖4中可以看到，由于忽略消弧線圈的電阻成分，過電壓倍數(shù)較高。正如研究者所述，試驗結(jié)果偏高，僅用作兩種接地方式的比較。消弧線圈接地實際暫態(tài)過電壓一般不超過正常值的3倍。

      接地變高阻接地，由于電阻值較大，回路阻尼率增大，避免了諧振過電壓的出現(xiàn)，保證暫態(tài)過電壓不超過2.6倍正常工作電壓。從圖中可以看到，高阻接地的過電壓倍數(shù)在2.5左右。

      有人認為，正常頻率下消弧線圈接地過電壓小于接地變高阻方式下的過電壓，所以消弧線圈接地優(yōu)于接地變高阻接地，其實不然。首先，接地變本身也含電感成分，不知實驗研究者計入此成分否，如果沒計入，就不能斷定額定頻率下接地變高阻接地過電壓高。其次，額定頻率下諧振接地過電壓低是在單相接地故障條件下的結(jié)論，并非長期運行的工作狀態(tài)，持續(xù)時間短，追求較低的過電壓意義不大。相反，由于甩負荷等，頻率偏移較大，可以看出，當頻率偏移時，消弧線圈接地遠較接地變高阻接地過電壓為大。

      從上述過電壓分析看，消弧線圈接地比接地變高阻接地要差一些，至少不比高阻接地方式優(yōu)越。實際我國發(fā)電機中性點消弧線圈接地都采用欠補償，沒有上述研究曲線針對的諧振接地情況，所以就過電壓看，還不能斷言哪種接地方式一定優(yōu)于另一種接地方式。 

2、發(fā)電機定子接地保護問題

（1）重復(fù)接地的必要性

      重復(fù)接地是為了保證發(fā)電機的安全可靠地運行，避免因接地故障引起系統(tǒng)故障、設(shè)備損壞及人身傷害等問題，接線方式如圖5所示。在發(fā)電機系統(tǒng)中，如果沒有進行重復(fù)接地，則可能會存在以下問題：

① 不易發(fā)現(xiàn)接地故障。如果發(fā)生接地故障，沒有進行重復(fù)接地，則地故障電流無法形成回路，也就無法引起保護裝置的動作。在沒有額外的保護措施下，接地故障難以檢測和排除，可能會對系統(tǒng)造成嚴重的影響。

② 危及人身安全。如果發(fā)電機系統(tǒng)沒有重復(fù)接地，則當發(fā)生單相接地故障時，電流將會通過電容電流的方式回路到地，形成觸電危險。如果此時人員接觸發(fā)電機設(shè)備，可能造成電擊傷和生命危險。

③ 設(shè)備損壞。如果沒有重復(fù)接地，則當接地故障發(fā)生時，地故障電流會通過設(shè)備繞組和設(shè)備接地點等地點流過，這可能會造成設(shè)備損壞或燒毀。

（2）接地保護的投運方式

      保護投運方式以前按接地電流大于5A時投跳閘，小于5A時投信號。八十年代開始，參照我國有關(guān)發(fā)電機單相接地電流允許值的規(guī)定，當接地電流超過允許電流時投跳閘，否則投信號。從這一點看，消弧線圈接地要延長發(fā)電機帶故障運行時間，而接地變高阻接地故障電流較大，將是瞬時跳閘，對保護發(fā)電機有利。當然對汽輪機組啟停一次可能影響大一些。但實際上大多數(shù)廠家按120MW及以下的發(fā)電機定子接地只投信號，200W及以上機組才投跳閘的保護方式運行。

（3）發(fā)電機定子100%接地保護

       發(fā)電機100%定子接地保護構(gòu)成方式有多種形式。較傳統(tǒng)的是基波零序和三次諧波共同構(gòu)成的。對于接地變高阻接地，較普遍的觀點認為，接地變高阻接地將使采用三次諧波保護的靈敏度下降。但按發(fā)電機對地電容為C0=0.1μF，發(fā)電機中性點發(fā)生接地故障，過渡電阻在幾千歐。當對地電容增大，無論哪種接地方式，靈敏度都要下降。特別是為了提高靈敏度，保護裝置的動作判別式相應(yīng)發(fā)生變化，一般趨于復(fù)雜化，理論和實踐都發(fā)現(xiàn)難于調(diào)整，誤動作率較高。所以，如果說三次諧波保護存在問題的話，無論對哪種接地方式都是一樣的。

（4）勵磁回路接地保護的基本原理

      在電力系統(tǒng)中，勵磁回路是一種關(guān)鍵的設(shè)備，其主要作用是為發(fā)電機提供足夠的勵磁電流，保證其正常運行，電路如圖6所示。由于勵磁回路中的電氣設(shè)備較為復(fù)雜且接地故障風(fēng)險較高，因此采用勵磁回路接地保護來保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

      勵磁回路接地保護的基本原理是通過對勵磁回路的監(jiān)測，當出現(xiàn)接地故障時，保護系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)并切斷故障電源，避免故障擴大，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。一般來說，勵磁回路接地保護采用電流差動保護或電流比率保護的方式進行監(jiān)測，當檢測到電流不平衡或保護裝置接收到異常信號時，及時關(guān)閉勵磁回路電源。

總結(jié)：

      對于外加直流或交流低頻電源式定子接地保護，宜選用接地電阻柜。該裝置在抗干擾、提高靈敏度方面較三次諧波保護具有突出的優(yōu)點，但裝置造價要高一些。從發(fā)展趨勢看，這種保護方式在大型機組上采用的越來越多。而將配電變壓器換成消弧線圈或單相TV，從上面的分析看，根本達不到減小發(fā)電機定子繞組絕緣破壞時對發(fā)電機的危害及提高定子接地保護的可靠性和靈敏度的目的，缺點還很多。綜上所述，發(fā)電機中性點接地方式在電站以接地變高阻接地稍微具有優(yōu)勢，一是減少占地面積，二是發(fā)電機組啟停機容易。發(fā)電機組采用何種接地方式，一般應(yīng)作具體比較確定。