摘要：為了限制單相接地故障電流，部分大型水電機組采取了接地電阻并聯電感的組合型接地方式，但接地電阻和電感的參數選取對接地故障電流、傳遞過電壓、中性點位移電壓、零序電壓保護靈敏度有影響。綜合考慮組合型接地方式下的接地故障電流、傳遞過電壓、中性點位移電壓、零序電壓保護靈敏度指標，建立了針對水電機組組合接地參數設計的綜合評價體系，并利用實際水電機組參數進行了分析計算。分析結果表明：選取合適的參數可以有效降低接地故障電流和提高保護靈敏度，同時傳遞過電壓和中性點位移電壓也不會過大。給出了參數選型的方案，希望能為組合型接地方式的參數選取提供借鑒。

　　關鍵詞：大型水電機組;單相接地故障;定子接地保護;組合型接地;高阻接地故障

　　0引言

　　大型發電機中性點接地方式主要有中性點不接地、經消弧線圈接地、經高阻接地3種方式[1-2]。在20世紀80年代，我國大中型水電機組普遍采用消弧線圈接地方式，消弧線圈接地可以有效降低故障電流，提高零序電壓保護的靈敏度，但存在暫態過電壓問題。目前國內大型水電機組普遍采用高阻接地方式，接地電阻按照不大于發電機定子側總對地容抗來選擇。

　　高阻接地可以有效抑制定子發生單相接地故障時的暫態過電壓，同時由于采用的是經接地變壓器的電阻接地，這也便于注入式定子接地保護的使用[3-4]。但是，高阻接地方式下故障電流無法得到補償，尤其是對于大型水電機組，定子繞組多、對地電容大，根據文獻[5]可知，部分水電機組僅是電容電流就能達到25~40A，一旦發生接地故障會對定子鐵芯造成嚴重損傷。

　　近年來，國內部分水電機組開始采用接地電阻旁并聯電感的組合型接地方式，用電感電流補償部分電容電流。相較于高阻接地方式，組合型接地方式可降低接地故障電流，提高基波零序電壓保護靈敏度，但也會提高傳遞過電壓和中性點位移電壓，可能造成保護誤動，并影響發電機的安全運行[6]。對于組合型接地方式，目前參數設計的大致原則是補償后的電容電流等于電阻電流，并將故障電 流減小到10~25A以內[5，7]。

　　然而接地裝置參數的改變不僅會影響故障電流，同時會對傳遞過電壓、保護靈敏度、中性點位移電壓產生影響，因此將故障電流作為單一的考慮因素來選型并不全面。本文將在綜合考慮故障電流、傳遞過電壓、中性點位移電壓、基波零序電壓保護靈敏度的情況下，給出具體的參數設計方案，希望對組合型接地方式的參數選取提供幫助。

　　1組合型接地方式評價指標的確立

　　大型水電機組中性點接地方式和定子接地保護應滿足以下要求：接地故障電流不超過規定值;保護區能覆蓋整個繞組，且有足夠高的靈敏度;暫態過電壓不能威脅發電機的安全運行[1]。

　　1.1基波零序電壓保護靈敏度

　　基波零序電壓保護靈敏度可以用定子繞組任一位置發生單相接地故障時保護所允許的最大過渡電阻來表示。設基波零序電壓保護動作值(一次值)為mEA，故障發生在距中性點α處，其中α為故障點到中性點的繞組匝數占總匝數的百分比。

　　1.2傳遞過電壓

　　當系統高壓側發生不對稱接地故障時，故障點會產生零序電壓，通過變壓器耦合電容CM傳遞到發電機側，有可能破壞定子絕緣或造成定子接地保護誤動。

　　1.3暫態過電壓

　　高阻接地相對于消弧線圈接地的優勢是可以限制定子發生單相接地故障時的暫態過電壓，防止繞組損壞[15]。一般認為接地電阻小于發電機三相對地總容抗時可以有效地將暫態過電壓限制在2.6倍相電壓以下，這源于AIEE在1953年利用暫態網絡分析儀(TNA)得出的報告。組合型接地方式的基本思路是在提高接地電阻的同時并聯電感，因此接地電阻必然會超過三相對地容抗，這違反了傳統的接地電阻參數選取原則。然而實際中已有大型發電機不按小于三相對地容抗原則來選取中性點接地電阻，以二灘水電站為例，三相對地容抗為628Ω，而接地電阻為1.43kΩ，是容抗的2.28倍。

　　此外，文獻[16]也通過電機多回路模型進行計算，結果顯示即使接地電阻達到3倍的對地總容抗，暫態過電壓也不會超過3倍的相電壓，TNA模型過高地估計了暫態過電壓。回歸到組合型接地方式的暫態過電壓，文獻[5]認為該接地方式從等值電路上更加接近高阻接地方式。

　　所以可以定性地認為其暫態過電壓的大小應該和高阻接地方式相當。此外通過PSPICE對準分布電容參數模型進行仿真，可以驗證在高阻接地方式下并聯電感對暫態過電壓的影響甚微。因此，組合型接地方式下只要接地電阻參數小于3倍的對地容抗值，暫態過電壓不會威脅發電機的安全。在本文評價體系中，暫態過電壓作為隱藏的約束條件而非評價指標來考慮。

　　1.4綜合分析

　　通過增大接地電阻Rn或調整并聯電感Ln使其感抗接近三相對地容抗可以降低故障電流，提高基波零序電壓保護靈敏度，但是同時這也會致使傳遞過電壓和中性點位移電壓增大，進而造成保護誤動。本節確定接地故障電流、基波零序電壓保護靈敏度、傳遞過電壓和中性點位移電壓作為參數選擇的評價指標。

　　2綜合評價體系的設計

　　由于組合型接地方式的影響涉及多個方面，僅根據單一的指標要求進行參數選取顯然不合適，因此可以借鑒模糊綜合評價法的思想，將故障電流、傳遞過電壓、中性點位移電壓、基波零序電壓保護靈敏度這4個指標融合成一個綜合的評價體系。

　　2.1評分體系

　　由于每個評價因素的量綱不同，所以針對指標建立評分體系來量化評價因素的好壞。本文采用百分制評分體系，100分即最優，0分即最劣。

　　2.1.1接地故障電流

　　接地故障電流的評分主要是從其對發電機鐵芯的損害程度出發，由于電流對鐵芯的損壞與電流值的平方值成正比[17]，所以用二次函數來描述分數與電流的關系。

　　2.2評價指標權重

　　在確定指標權重時，若采用專家打分法或者直接定性地給出權重，評價結果易帶有主觀性。為了提高決策的科學性、合理性，本文引入一致矩陣法。

　　2.2.1評價指標權重的確立

　　本文的評價體系中有3個評價指標：接地故障電流、基波零序電壓保護靈敏度、傳遞過電壓和中性點位移電壓兩者的較大值，分別記為p1、p2、p3。組合型接地的目的就是為了限制接地故障電流，防止發電機定子鐵芯被燒傷，本文將接地故障電流作為權重最高的評價指標;考慮實際中傳遞過電壓造成多起保護誤動的實例，確定其重要性僅次于故障電流;而基波零序電壓保護靈敏度重要性為三者中最低。

　　3實例計算

　　從算例的結果來看，選取合適的組合型接地方式參數相比于只計及電流的組合型接地方式有以下優缺點：1)有效降低了接地故障電流，減小了對定子鐵芯的危害;2)提高了保護動作所能允許的最大過渡電阻，增大了基波零序電壓保護的靈敏度;3)采用優化組合型接地方式會增加傳遞過電壓和中性點位移電壓，但UL0+UN=1.093UN<3UN，Udisp0<0.1UN，滿足電力系統的規程規定。

　　4結論

　　本文對發電機組合型接地方式的參數優化設計進行了分析探討，主要做了以下工作：1)對組合型接地方式下的單相接地故障電流、傳遞過電壓、中性點位移電壓、基波零序電壓保護靈敏度進行了理論分析，建立了評價指標;2)計及3個評價指標，利用一致矩陣法建立了組合型接地方式綜合評價體系，但指標的評分標準僅為初步探索，還需進一步研究;3)利用實際算例進行了分析計算，計算結果表明參數的選取結果能有效降低接地故障電流，提高保護靈敏度，同時兼顧了保護對傳遞過電壓和中性點位移電壓的要求。除了本文所分析的內容以外，組合型接地方式也會對注入式保護的誤差產生影響，且其參數設計還有更多需要探討的地方。

　　參考文獻：

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　　作者：賈文超，曹嵩