二、選擇接地方式的因素

1、與電力系統的關系

      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，允許發電機組帶故障繼續運行2h，便于組織搶修或減負荷停機，從而避免或減小對系統的沖擊和對用戶的影響。

      我國早期電力發展滯后，電力網小，單機所占比重較大，單機突然切除對電網沖擊大，嚴重影響用戶負荷。采用消弧線圈接地上述優點是明顯的，是與我國的電力系統狀況相適應的。改革開放以來，我國電力系統得到了迅速發展，盡管單機容量越來越大，但其容量占所接入的系統容量比重卻相對較小，單機故障保護動作于發信、轉移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時停機，對系統不產生沖擊或沖擊很小，同時由于系統備用容量較大，不會切除系統用戶。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”進行設計的電站已成為現實。采用消弧線圈延長發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信、轉移負荷盡快停機或跳閘、滅磁瞬時停機，目前的電力系統是允許的，從而為發電機中性點接地多提供了一種選擇方式。由此看來，電力系統是影響發電機中性點接地方式選擇的一個主要因素。

      僅就滿足系統要求來看，無法確定兩種接地方式孰優孰劣。

2、與制造生產的關系

      由于消弧線圈在我國已有多年的運行歷史，生產制造不成問題。但在電站采用接地變高阻接地的方式呈上升趨勢，發電機組用戶采用這種接地方式的也為數不少案例。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消弧線圈容量的1/3~1/6。同時接地變不像消弧線圈需調節分接頭，制造較簡單。因而接地變較消弧線圈應該是經濟的。但接地變多在大中型機組選用，使用數量小，生產廠家較少。又由于訂貨數量小，廠家不愿意接受，生產模具設計制造一套成本高，接地變及保護裝置要價也就較高，限制了推廣使用。當然，事實上能否做到經濟，取決于今后的接地方式發展實踐。接地方式的選擇不是一個純技術的問題，經濟指標也很重要。

      接地變容量小，可以和保護繼電器放在一個箱體內，占地面積小，便于布置，這在水電站也是一個優點。

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

      在我國，較大型機組的中性點接地，不少設計單位尊重發電機廠意見，或由主機廠設計，配套供貨。所以發電機廠的設計經驗和習慣也是影響發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，一般分動態過電壓和傳遞過電壓及諧振過電壓，發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，只要設計時參數取得適當，能滿足繼電保護的要求，對設備不會構成威脅。當回路容抗和感抗接近時，如果發生單相接地或斷路器不同期操作，會在發電機相接的變壓器或電壓互感器之間出現諧振過電壓，危及發電機絕緣。但實際發生的機率很小，尚未發現因采用消弧線圈產生危險過電壓的實例。

      已有的動態過電壓研究結果是基于暫態網絡分析儀進行的，對其結果的認識也不一致。圖4中曲線①是GE公司P.G.Brown等人研究的結果，曲線②是我國清華大學的實驗結果，曲線3是美國M.V.Hadded等人研究的結果。上述③條曲線都是對應發電機中性點消弧線圈接地的情況，當發生單相故障時發生重燃，甩負荷等條件下，頻率偏離工作頻率時最大暫態過電壓。由于是全補償，電感和電容處于諧振狀態，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計算模擬。曲線④為接地變高阻接地時的最大暫態過電壓。

      從圖4中可以看到，由于忽略消弧線圈的電阻成分，過電壓倍數較高。正如研究者所述，試驗結果偏高，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，保證暫態過電壓不超過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論，并非長期運行的工作狀態，持續時間短，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越。實際我國發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于另一種接地方式。 

2、發電機定子接地保護問題

（1）重復接地的必要性

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

① 不易發現接地故障。如果發生接地故障，沒有進行重復接地，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，可能會對系統造成嚴重的影響。

② 危及人身安全。如果發電機系統沒有重復接地，則當發生單相接地故障時，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電機設備，可能造成電擊傷和生命危險。

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

（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，參照我國有關發電機單相接地電流允許值的規定，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。但實際上大多數廠家按120MW及以下的發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）發電機定子100%接地保護

       發電機100%定子接地保護構成方式有多種形式。較傳統的是基波零序和三次諧波共同構成的。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。但按發電機對地電容為C0=0.1μF，發電機中性點發生接地故障，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發生變化，一般趨于復雜化，理論和實踐都發現難于調整，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

      在電力系統中，勵磁回路是一種關鍵的設備，其主要作用是為發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備較為復雜且接地故障風險較高，因此采用勵磁回路接地保護來保障系統的安全穩定運行。

      勵磁回路接地保護的基本原理是通過對勵磁回路的監測，當出現接地故障時，保護系統能夠及時發現并切斷故障電源，避免故障擴大，保證電力系統的穩定運行。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，及時關閉勵磁回路電源。

總結：

      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點，但裝置造價要高一些。從發展趨勢看，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，根本達不到減小發電機定子繞組絕緣破壞時對發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勢，一是減少占地面積，二是發電機組啟停機容易。發電機組采用何種接地方式，一般應作具體比較確定。