低压发电机接地制式探讨

低压发电机接地制式探讨
重庆市忠县电力公司 孙善荣
电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称之为接地。电气设备括发电、变电、输电、用电设备。电气设备可以不接地，也可以直接接地，或通过一定的阻抗接地。这些接地方式称为接地制式。德国、法国、英国、美国、日本、瑞典均按国际电工委员会(IEC)规定，低压系统接地制式有TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT五种。我国《机械工厂电力设计技术规程》规定，我国的接地制式有TN、TT、IT三种。第一个字母T电源有一点接地；I电源端所有带电部分与地绝缘。第二个字母代表电气装置的外露部分与地的关系，T外露导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关；N外露导电部分与电力系统的接地点直接电气连接。我国的低压发电机接地制式一般采用TN接地制式。 一、问题的提出
鱼箭滩电站投产于上世纪80年代初期，装机4320kW，1600kVA主变1台，发电机的中性线与主变的中性线接在一起，共用一个接地装置。按我国的接地制式均属于TN制式。电站投产后，多次发现厂内集水井和生活设施有麻电现象；测试接地电阻时，发现接地装置有火花。经多次测试，接地电阻均合格，但变压器中性点电流高达122A，中性点电压高达22V。鱼箭滩电站4台发电机与电网并列运行，且三相电流平衡，中性点电流从何而来？引起我们的高度重视。 二、原因分析
经分析，问题出在发电机的接地制式上，是谐波引起。根据电工原理，发电机电势波形决定于气隙磁通密度沿空间分布的形状。在实际的电机结构中，不可能使磁通密度沿空间分布完全做到按正弦分布，所以磁通中有高次谐波。高次谐波中三次谐波占主要成分，一所示。三次谐波的特点是A、B、C三相电势中谐波E小EB3、EC3是同相的，基波的一个周期相当于三次谐波的三个周期。在同步发电机每相电动势中，除基波外三次谐波的峰值 大，对发电机的定子电动势的影响也 大。
图一
1．发电机内耗增加，效率降低。对发电机而言，谐波不仅使电动势波形变坏，而且谐波电动势要在发电机中引起额外附加损耗。因为高次谐波频率比基波高，频率高的电流及其产生的磁场，作用于导线上，则会使导线产生集肤效应，作用于铁芯，则会在铁芯表面产生损耗。高次谐波电流在定子导线里产生的附加损耗，与导线所处的位置及电流在导线上的渗透深度有关，渗透深度与谐波频率的平方根成反比，定子上层线棒产生的附加损耗比下层线棒大6～7倍。此外，谐波磁场还在定子铁芯齿上产生附加损耗。所有损耗使发电机温升增大，影响使用寿命。
2．额外损耗使主变压器温升上升，造成绝缘老化加剧，也会影响使用寿命。
3．影响计量的准确度。低压计量一般用感应式电度表。此表是按工频纯正弦交流额定工况设计制造的。基波电流和谐波电流都会在电度表转盘上产生涡流，谐波特别是低次谐波的存在将使计量不准确。 三、措施
将发电机的接地制式由TN改成IT，拆出谐波通路。即拆出各发电机的中性线，二所示，发电机外壳接地不改变，使发电机由三相四线制运行变成三相三线制运行。使三次谐波分量形不成环流通路。IT系统是发电机中性点与地绝缘，发电机外壳接地。接地制式改变后，提高了发电机和变压器的运行经济安全性，取得以下效果：一是中性电流由122A降低到102A，消除了额外损耗；二是中性电压由20V降低到0V，解决了麻电问题；三是温升降低了4℃，解决了发电机和主变运行温升过高的问题，延长了使用寿命。笔者认为：低压发电机的接地制式应根据电气主接线接线方式而定，有直供负荷的低压发电机将采用TN系统；直接与主变连接的低压发电机不宜采用TN系统，而应采用IT系统。