低壓發(fā)電機(jī)接地制式探討

　　電力系統(tǒng)或電氣裝置的某一部分經(jīng)接地線連接到接地極稱之為接地。電氣設(shè)備包括發(fā)電、變電、輸電、用電設(shè)備。電氣設(shè)備可以不接地，也可以直接接地，或通過一定的阻抗接地。這些接地方式稱為接地制式。德國、法國、英國、美國、日本、瑞典均按國際電工委員會（IEC）規(guī)定，低壓系統(tǒng)接地制式有TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT五種。我國《機(jī)械工廠電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，我國的接地制式有TN、TT、IT三種。第一個字母T—電源有一點(diǎn)接地；I—電源端所有帶電部分與地絕緣。第二個字母代表電氣裝置的外露部分與地的關(guān)系，T—外露導(dǎo)電部分對地直接電氣連接，與電力系統(tǒng)的任何接地點(diǎn)無關(guān)；N—外露導(dǎo)電部分與電力系統(tǒng)的接地點(diǎn)直接電氣連接。我國的低壓發(fā)電機(jī)接地制式一般采用TN接地制式。

　　一、問題的提出

　　魚箭灘電站投產(chǎn)于上世紀(jì)80年代初期，裝機(jī)4×320kW，1600kVA主變1臺，發(fā)電機(jī)的中性線與主變的中性線接在一起，共用一個接地裝置。按我國的接地制式均屬于TN制式。電站投產(chǎn)后，多次發(fā)現(xiàn)廠內(nèi)集水井和生活設(shè)施有麻電現(xiàn)象；測試接地電阻時，發(fā)現(xiàn)接地裝置有火花。經(jīng)多次測試，接地電阻均合格，但變壓器中性點(diǎn)電流高達(dá)122A，中性點(diǎn)電壓高達(dá)22V。魚箭灘電站4臺發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并列運(yùn)行，且三相電流平衡，中性點(diǎn)電流從何而來？引起我們的高度重視。 請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息

　　二、原因分析

　　經(jīng)分析，問題出在發(fā)電機(jī)的接地制式上，是諧波引起。根據(jù)電工原理，發(fā)電機(jī)電勢波形決定于氣隙磁通密度沿空間分布的形狀。在實(shí)際的電機(jī)結(jié)構(gòu)中，不可能使磁通密度沿空間分布完全做到按正弦分布，所以磁通中有高次諧波。高次諧波中三次諧波占主要成分，如圖一所示。三次諧波的特點(diǎn)是A、B、C三相電勢中諧波E小EB3、EC3是同相的，基波的一個周期相當(dāng)于三次諧波的三個周期。在同步發(fā)電機(jī)每相電動勢中，除基波外三次諧波的峰值最大，對發(fā)電機(jī)的定子電動勢的影響也最大。

圖一

發(fā)電機(jī)一般采用星形接線，如圖二所示。三次諧波電勢都同時指向中性點(diǎn)或背向中性點(diǎn)，構(gòu)不成電流回路，三次諧波電流流不通。雖然存在三次諧波相電勢，但線電勢并不存在，因?yàn)椤?

圖二

　　魚箭灘電站4臺發(fā)電機(jī)的接地制式，構(gòu)成了三次諧波電流回路，如圖三所示，形成諧波環(huán)流，必然產(chǎn)生較大的中性線電流，并產(chǎn)生以下不良后果：

圖三

[$page]　　1．發(fā)電機(jī)內(nèi)耗增加，效率降低。對發(fā)電機(jī)而言，諧波不僅使電動勢波形變壞，而且諧波電動勢要在發(fā)電機(jī)中引起額外附加損耗。因?yàn)楦叽沃C波頻率比基波高，頻率高的電流及其產(chǎn)生的磁場，作用于導(dǎo)線上，則會使導(dǎo)線產(chǎn)生集膚效應(yīng)，作用于鐵芯，則會在鐵芯表面產(chǎn)生損耗。高次諧波電流在定子導(dǎo)線里產(chǎn)生的附加損耗，與導(dǎo)線所處的位置及電流在導(dǎo)線上的滲透深度有關(guān)，滲透深度與諧波頻率的平方根成反比，定子上層線棒產(chǎn)生的附加損耗比下層線棒大6～7倍。此外，諧波磁場還在定子鐵芯齒上產(chǎn)生附加損耗。所有損耗使發(fā)電機(jī)溫升增大，影響使用壽命。

　　2．額外損耗使主變壓器溫升上升，造成絕緣老化加劇，也會影響使用壽命。

　　3．影響計(jì)量的準(zhǔn)確度。低壓計(jì)量一般用感應(yīng)式電度表。此表是按工頻純正弦交流額定工況設(shè)計(jì)制造的。基波電流和諧波電流都會在電度表轉(zhuǎn)盤上產(chǎn)生渦流，諧波特別是低次諧波的存在將使計(jì)量不準(zhǔn)確。

　　三、措施

　　將發(fā)電機(jī)的接地制式由TN改成IT，拆出諧波通路。即拆出各發(fā)電機(jī)的中性線，如圖二所示，發(fā)電機(jī)外殼接地不改變，使發(fā)電機(jī)由三相四線制運(yùn)行變成三相三線制運(yùn)行。使三次諧波分量形不成環(huán)流通路。IT系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與地絕緣，發(fā)電機(jī)外殼接地。接地制式改變后，提高了發(fā)電機(jī)和變壓器的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)安全性，取得以下效果：一是中性電流由122A降低到102A，消除了額外損耗；二是中性電壓由20V降低到0V，解決了麻電問題；三是溫升降低了4℃，解決了發(fā)電機(jī)和主變運(yùn)行溫升過高的問題，延長了使用壽命。筆者認(rèn)為：低壓發(fā)電機(jī)的接地制式應(yīng)根據(jù)電氣主接線接線方式而定，有直供負(fù)荷的低壓發(fā)電機(jī)將采用TN系統(tǒng)；直接與主變連接的低壓發(fā)電機(jī)不宜采用TN系統(tǒng)，而應(yīng)采用IT