[b]0　引言 [/b]　　大型發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)接地方式的研究，很多文獻(xiàn)都作了不同程度的介紹［1～8］。有的進(jìn)行了定性分析［8］，有的給出了定量計(jì)算［1，2，6］。在模型的選擇上有的采用集中參數(shù)電路模型［2］，有的采用準(zhǔn)分布參數(shù)電路模型［1］。在分析方法上有利用暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀（TNA）［2］、對(duì)稱分量法［3，4］和PSPICE電路仿真［1］等方法。在接地方式的選擇上有的偏向高電阻接地［7］，有的則注重消弧線圈接地［4］。文獻(xiàn)［2］使用集中參數(shù)電路模型、利用暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析儀（TNA）對(duì)高電阻和消弧線圈兩種接地方式進(jìn)行了研究，并給出了健全相過(guò)電壓與頻率的變化關(guān)系曲線，但由于集中參數(shù)電路模型過(guò)于簡(jiǎn)化，則會(huì)帶來(lái)不可避免的誤差。而對(duì)稱分量法是建立在穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上，不能準(zhǔn)確地描述暫態(tài)量的關(guān)系。文獻(xiàn)［1］考慮了發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地分布電容的存在，使用準(zhǔn)分布參數(shù)電路模型、利用PSPICE電路仿真軟件對(duì)上述兩種接地方式進(jìn)行了仿真研究，并用多種方法驗(yàn)證了準(zhǔn)分布參數(shù)電路模型的正確性，由于篇幅的限制，有些問(wèn)題沒(méi)有涉及。本文擬在文獻(xiàn)［1］的基礎(chǔ)上使用準(zhǔn)分布參數(shù)電路模型、利用PSPICE電路仿真軟件對(duì)高電阻和消弧線圈兩種接地方式的有關(guān)問(wèn)題作進(jìn)一步探討，基本內(nèi)容為：兩種接地方式在燃弧時(shí)的過(guò)電壓和接地電流；考慮燃弧的暫態(tài)過(guò)程中定子繞組的超瞬變電樞反應(yīng)感抗影響后的電壓和電流；準(zhǔn)分布參數(shù)電路中單元回路形式不同時(shí)的影響，單元電路串聯(lián)個(gè)數(shù)不同時(shí)的影響；消弧線圈電阻的存在、發(fā)電機(jī)頻率的變動(dòng)、每次燃弧時(shí)間的長(zhǎng)短以及多次燃弧等問(wèn)題的影響。并與前人的研究結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了兩種接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了在接地方式的選擇上應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)發(fā)電機(jī)接地方式的選擇具有重要意義。 [b]1　研究對(duì)象、模型、基本假設(shè) [/b] 1.1　研究對(duì)象 　　研究對(duì)象與文獻(xiàn)［1］相同，即二灘電站水輪發(fā)電機(jī)，基本數(shù)據(jù)為：額定頻率PN=550 MW,額定電壓UN=18 kV，額定電流IN=19 630 A，額定功率因數(shù)cosφN=0.9，額定空載電壓時(shí)的勵(lì)磁電流IF0=1 587 A，額定負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁電流IFN=2 709 A，定子繞組每相并聯(lián)支路數(shù)a=6,定子每支路串聯(lián)線圈數(shù)N=27，極對(duì)數(shù)P=21，每相對(duì)地電容C0=1.686 μF，定子每相電阻（75 ℃時(shí)）RS=3.6 mΩ，定子每相漏電感LS=227.05μH，額定頻率fN=50 Hz。消弧線圈接地中性點(diǎn)感抗XN為推薦值XC0/3，高電阻接地中性點(diǎn)電阻RN（從配電變壓器原邊看）亦為推薦值XC0/3，其中XC0為發(fā)電機(jī)每相對(duì)地容抗，因此得LN=2.003 2 H和RN=629.32 Ω。 1.2　電路模型 　　考慮發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地分布電容的存在，采用由單元電路串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布參數(shù)電路模型，圖1中（a）、（b）為兩種單元電路形式。 由6個(gè)（a）單元電路串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布參數(shù)電路如圖2，電感、電阻、電容、電動(dòng)勢(shì)分別為 由6個(gè)（a）單元電路串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布參數(shù)電路如圖2，電感、電阻、電容、電動(dòng)勢(shì)分別為 當(dāng)中性點(diǎn)為消弧線圈接地方式時(shí)，若在A相兩次燃弧，得到B，C相電壓仿真波形圖5和圖6（為體現(xiàn)燃弧切除后電壓恢復(fù)過(guò)程的節(jié)拍振蕩，所取時(shí)間較長(zhǎng)，包含波數(shù)較多，顯得比較密集），從圖中知，單次燃弧的過(guò)電壓與高電阻接地方式的過(guò)電壓接近，重燃的過(guò)電壓要比單次燃弧時(shí)大，顯然也大于高電阻接地時(shí)重燃的過(guò)電壓，并且燃弧切除后的恢復(fù)電壓形成節(jié)拍振蕩，恢復(fù)較慢。圖7為中性點(diǎn)電壓波形，該電壓相當(dāng)于單相電壓的暫態(tài)值，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)的對(duì)地電壓。 表1給出了兩種接地方式的過(guò)電壓和接地電流的數(shù)值比較（過(guò)電壓取B，C相中較大者，下同）。 表1　兩種接地方式的電壓和電流值 高電阻接 地（單燃） 高電阻接 地（重燃） 消弧線圈接 地（單燃） 消弧線圈接 地（重燃） 過(guò)電壓/kV 37.313 37.427 38.700 50.457 接地電流/A 33.036 0 33.205 0 0.558 8 2.348 4 2.2　考慮仿真電路中的電感為超瞬變電樞反應(yīng)電感時(shí)的仿真 　　文［1］中定子繞組的電感取漏電感LS，但在燃弧的暫態(tài)過(guò)程中， 仿真電路中的電感取超瞬變電樞反應(yīng)電感較為合理，考慮這個(gè)因素，則各相電感量要大于LS，我們將燃弧時(shí)定子繞組的超瞬變電感分別設(shè)置為漏電感的2倍（2LS）和4倍（4LS）。仍用電路圖2，在消弧線圈接地方式下重燃與LS對(duì)比仿真計(jì)算，得到表2的結(jié)果，從表中對(duì)比可知：當(dāng)仿真電路采用超瞬變電樞反應(yīng)電感時(shí)，燃弧時(shí)健全相的過(guò)電壓有所增加，而接地電流有所減小。顯然考慮了超瞬變電樞反應(yīng)感抗影響后更接近實(shí)際。 表2　不同LS的電壓和電流 　 LS 2LS 4LS 過(guò)電壓/kV 50.457 51.764 53.795 接地電流/A 2.348 4 1.872 1 1.739 0 2.3　不同的單元電路形式串聯(lián)時(shí)的仿真 　　采用圖1（b）的單元電路，組成由6個(gè)單元電路串聯(lián)而成的分布參數(shù)電路模型，對(duì)其仿真計(jì)算（消弧線圈接地），得到過(guò)電壓和接地電流分別為52.117 kV和2.784 7 A，與表2的第2列（圖2電路的結(jié)果）比較可知，單元回路的形式不同，其結(jié)果便不相同，在實(shí)際中應(yīng)從最壞處考慮。 2.4　由個(gè)數(shù)不同的單元電路串聯(lián)的準(zhǔn)分布參數(shù)電路的仿真 　　采用圖1（a）的單元回路，分別組成由3個(gè)單元串聯(lián)、6個(gè)單元串聯(lián)、10個(gè)單元串聯(lián)、18個(gè)單元串聯(lián)的準(zhǔn)分布參數(shù)電路，與文獻(xiàn)［2］的集中參數(shù)電路進(jìn)行重燃對(duì)比仿真（消弧線圈接地），得到表3的結(jié)果，從表中比較可知，隨著單元電路串聯(lián)個(gè)數(shù)的增加，健全相過(guò)電壓呈增加趨勢(shì)，但其增加的幅度越來(lái)越小，這種增加不是無(wú)限的，必定有個(gè)上限值。顯然，由18個(gè)單元電路串聯(lián)而成的準(zhǔn)分布參數(shù)電路更接近實(shí)際。 表3　個(gè)數(shù)不同的單元電路串聯(lián)時(shí)的電壓和電流 　 集中參數(shù) 3個(gè) 單元串 6個(gè) 單元串 10個(gè) 單元串 18個(gè) 單元串 過(guò)電壓/kV 44.586 47.250 50.457 52.300 52.461 接地電流/A 1.666 0 0.985 5 2.348 4 2.443 6 1.486 1 2.5　考慮消弧線圈電阻時(shí)的仿真 　　實(shí)際的消弧線圈存在一定的電阻，考慮了電阻的存在，對(duì)圖2電路進(jìn)行仿真，得到表4的結(jié)果，可以看出，與消弧線圈串聯(lián)一個(gè)合適的電阻，不僅可使健全相過(guò)電壓大大降低，接近高電阻接地時(shí)的過(guò)電壓值（表1），同時(shí)可使電弧電流（取單次燃弧和重燃時(shí)的較大值）小于或接近消弧線圈接地時(shí)的電弧電流。綜合考慮過(guò)電壓和電弧電流，與消弧線圈串聯(lián)的電阻值在10 Ω（ωLN的1.6%）至40 Ω（ωLN的6.4%）之間，均為較理想的選擇。 表4　消弧線圈串電阻的電壓和電流值 　無(wú)電阻 串電阻/Ω 5 10 20 過(guò)電壓/kV 50.457 42.587 39.934 38.858 接地電流/A 2.348 4 0.767 6 1.268 5 1.493 2 　 串電阻/Ω 30 40 50 100 過(guò)電壓/kV 　38.418 　38.485 　38.868 　38.574 接地電流/A 2.369 0 2.708 4 3.407 2 6.000 9 2.6　發(fā)電機(jī)頻率變動(dòng)時(shí)的仿真 　　考慮到發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)、突然過(guò)載下的發(fā)生接地，其頻率有一個(gè)波動(dòng)范圍，在不考慮發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)幅值變化時(shí)，對(duì)圖2頻率為40 Hz，50 Hz，60 Hz的情況進(jìn)行仿真，結(jié)果如表5。從表中知，頻率變動(dòng)對(duì)高電阻接地時(shí)的過(guò)電壓影響不大，但消弧線圈接地時(shí)過(guò)電壓和燃弧電流均有所增加。通過(guò)對(duì)多個(gè)頻率點(diǎn)的仿真計(jì)算，可得出重燃時(shí)健全相過(guò)電壓標(biāo)幺值與頻率的變化關(guān)系曲線圖8，該圖與文［2］中Brown P G 等人的研究結(jié)果相比較為平坦，這是因?yàn)楸疚牟捎昧藴?zhǔn)分布參數(shù)電路，并考慮了定子繞組的電阻與電感的緣故。 表5　頻率不同時(shí)的電壓和電流 f/Hz 高電阻接地 消弧線圈接地 40 50 60 40 50 60 過(guò)電壓 /kV 38.450 38.731 38.780 55.184 50.457 55.680 接地電 流/A 36.675 35.513 36.695 12.302 2.348 4 12.855 1為消弧線圈接地方式（中性點(diǎn)為純電感）； 2為高阻接地方式； 3為消弧線圈接地方式（中性點(diǎn)電感有一定電阻） 圖8　過(guò)電壓與頻率的關(guān)系曲線 2.7　過(guò)電壓與燃弧時(shí)間長(zhǎng)短的關(guān)系 　　上面的仿真中，第一次及第二次的燃弧時(shí)間均選擇3個(gè)工頻周期。如果燃弧時(shí)間取別的整周期數(shù)（我們又分別做了2，5，7，10個(gè)周期等），仿真結(jié)果與上面沒(méi)有明顯的差別。 2.8　關(guān)于第三次或多次燃弧 　　重燃切除后在A相節(jié)拍振蕩過(guò)電壓的最大幅值處第三次燃弧，在健全相產(chǎn)生的過(guò)電壓與第二次燃弧時(shí)的值差別甚小。用同樣的方法進(jìn)行第四、第五及更多次燃弧，其結(jié)果基本相同。但實(shí)際上這樣的幾率是極小的。 [b]3　結(jié)論 [/b]　?。?） 對(duì)高電阻和消弧線圈兩種接地方式，燃弧后的健全相過(guò)電壓分為三個(gè)階段：一是尖峰，將其展開(kāi)后實(shí)際為一暫態(tài)過(guò)程；二是尖峰過(guò)后燃弧期的過(guò)電壓穩(wěn)態(tài)值，其等于線電壓值；三是燃弧切除后的電壓恢復(fù)階段，高電阻接地方式恢復(fù)較快，這對(duì)系統(tǒng)有利，但對(duì)燃弧點(diǎn)來(lái)說(shuō)，恢復(fù)速度快意味著燃弧點(diǎn)的電離介質(zhì)要承受比較大的電壓沖擊和較大的重燃概率；而消弧線圈接地方式恢復(fù)過(guò)程為節(jié)拍振蕩，恢復(fù)較慢，這對(duì)系統(tǒng)不利，但卻使重燃的概率減小了。 　　（2） 燃弧開(kāi)始時(shí)的尖峰來(lái)源于電容的瞬間放電，與繞組瞬變電感形成暫態(tài)振蕩衰減電流，這樣的電流在各相電阻和電感上均要產(chǎn)生壓降，其疊加在B相和C相電壓上即形成更大的暫態(tài)過(guò)電壓尖峰，該尖峰對(duì)電機(jī)絕緣非常不利。 　?。?） 消弧線圈接地時(shí)燃弧切除后電壓的節(jié)拍振蕩，是由于消弧線圈與電容進(jìn)行能量交換，形成衰減較慢的振蕩電壓，其頻率較接近50 Hz的電源頻率，與電源電壓疊加后形成較大周期的節(jié)拍振蕩電壓。若稍改變消弧線圈的電感或改變電源頻率，拍周期將會(huì)大大縮短。 　?。?） 對(duì)于消弧線圈接地方式，如果在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)或失步等情況下使頻率偏離額定頻率時(shí)發(fā)生燃弧，過(guò)電壓和接地電流均增加。一旦出現(xiàn)這種情況，應(yīng)采取切機(jī)、滅磁等措施，避免該現(xiàn)象發(fā)生。 　?。?） 高電阻接地方式過(guò)電壓較小，單相接地電流較大。在選擇高電阻接地方式作為發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)保護(hù)方式時(shí)，必須針對(duì)接地電流比較大的問(wèn)題，采取相應(yīng)的措施，防止出現(xiàn)鐵心在大電流下的燒蝕。 　?。?） 消弧線圈接地方式過(guò)電壓較大，單相接地電流較小。若采用消弧線圈接地方式作為發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，應(yīng)解決好電弧重燃引起大的過(guò)電壓以及頻率變動(dòng)時(shí)過(guò)電壓和接地電流增加等問(wèn)題。若與消弧線圈串聯(lián)一個(gè)合適的小電阻，可以比較有效地抑制過(guò)電壓，同時(shí)保留接地電流比較小的優(yōu)點(diǎn)。 作者簡(jiǎn)介：李汝良（1956-），男，教授，在河南省商丘師專物理系電機(jī)及其控制專業(yè)工作，現(xiàn)為清華大學(xué)電機(jī)工程系訪問(wèn)學(xué)者，從事電機(jī)暫態(tài)過(guò)程的研究；李義翔（1974-），男，博士生，從事電機(jī)暫態(tài)過(guò)程的研究；王祥珩（1940-），男，教授，博士生導(dǎo)師，從事電機(jī)分析和控制、電氣傳動(dòng)及其自動(dòng)化方面的研究。 [b]參考文獻(xiàn) [/b] 〔1〕　李義翔，王祥珩，王維儉，等.大型發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)接地方式研究的一種新途徑［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1997，21（9） 〔2〕　Brown P G， Johnson I B， Stevenson J R. Generator Neutral Grounding,Some Aspects of Application for Distribution Transformer with Secondary Resistor and Resonant Types［J］.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. 1978,PAS-97（3）：683～694 〔 3〕　王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1996 〔4〕　王維儉，劉俊宏.大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的決擇［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1995，19（6） 〔5〕　王維儉，劉俊宏，湯連湘，等.從三峽發(fā)電機(jī)組安全的觀點(diǎn)分析機(jī)組中性點(diǎn)接地方式［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，1995，15（4） 〔6〕　王維儉，魯華富.大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與定子接地保護(hù)靈敏度關(guān)系的分析計(jì)算［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，1995，15（3） 〔7〕　王志英，容健綱.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1994，18（4） 〔8〕　游高麟.關(guān)于單元接線發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的商榷［J］.電力技術(shù)，1983，16（12） 編輯;何世平