并列运行的柴油发电机中性点接地研究

摘要：在国外大中型发电厂中，经常采用柴油发电机作为黑启动电源。根据启动负荷的大小，需要多台柴油发电机并列运行。本文通过对并列运行的柴油发电机中性点接地方式的分析与研究，给出推荐的柴油发电机组中性点接地方案。

关键词：;中性点接地方式;并列运行;柴油发电机;黑启动

1 引言

电力系统中性点接地方式是决定系统运行方式，防止系统事故的重要因素，也是电气系统实现安全、经济运行的基础。当电厂采用柴油发电机组作为黑启动电源时，根据启动负荷的大小，需要多台柴油发电机并列運行。多台并列运行的柴油发电机组中性点接地方式选择，是黑启动电源设计中的难点，也是柴油发电机安全运行的关键。本文以沙特某新建联合循环电站为例，对并列运行的黑启动柴油发电机组中性点接地方式进行分析，并给出推荐的柴油发电机组中性点接地方案。

2 工程概况

本项目为沙特阿拉伯某新建联合循环电站工程，设计采用国际标准。该项目新建5个Block单元，每个Block单元为811MW，每个单元配置2台燃机发电机、2台余热锅炉、1台汽轮发电机。每台发电机分布通过升压变压器升压后接入380kV电网。本项目设置了8台柴油发电机，并列运行，作为电站及附近工厂黑启动电源及保安电源。

3 柴油发电机中性点接地方式分析

3.1柴油发电机中性点接地方式选择

中性点接地方式的选择，与系统的电压等级、单相接地短路电流、过电压保护与绝缘配合、继电保护配置、设备选型等有关。

3.1.1 柴油发电机中性点接地型式

根据IEEE Std 665-1995《发电厂接地导则》5.3.1条规定，常用的发电机中性点接地型式及其分析如下：

（1） 高电阻接地（经配电变压器接地），

即柴油发电机中性点经单相变压器接地，电阻接在此变压器二次侧。主要用于柴油发电机-变压器单元接线时，柴油发电机中性点的接地。此方式下接地短路电流被限制在5～10A。

（2） 高电阻接地（经中性点电阻接地）

即柴油发电机中性点直接经高电阻接地。其作用与接地方式1等同。

（3） 低电阻接地（经中性点电阻接地）

即柴油发电机中性点直接经低电阻接地，适用于柴油发电机不经升压变压器直接与系统相连，可以承受数百安的接地短路电流，保证了接地保护可靠动作

（4） 低电抗接地（经中性点电抗接地）

即柴油发电机中性点经电抗接地，和中性点经低电阻接地类似，此接地方式可承受较大的单相接地短路电流。

（5） 谐振接地（经接地故障全中和器接地）

即柴油发电机中性点经接地故障全中和器接地，同过单相变压器二次侧的电抗器来限制并消除接地短路电流，甚至将接地固定电流消除为零。主要用于柴油发电机-变压器单元接线时，柴油发电机中性点的接地。

（6） 高电阻接地（经接地变压器接地）

此接地方式应用于无中性点引出的角形绕组的柴油发电机，通过接地变二次侧电阻限制接地短路电流。

（7） 中电阻接地（经接地变压器接地）

此接地方式与方式6类似。

（8） 不接地

即柴油发电机中性点不接地，仅允许比其他接地方式更小的接地短路电流，且在开关操作或电弧接地故障时，易产生过大的瞬态过电压，因此，较少采用。

本项目柴油发电机绕组为Y型接线，且所有柴油发电机经黑启动母线直接与厂用中压母线相连，非柴油发电机-变压器单元接线。因此，柴油发电机中性点接地方式可初步考虑选用以下接地方式：

- 阻接地（经中性点电阻接地;

- 阻接地（经中性点电阻接地）;

- 抗接地（经中性点电抗接地）;

3.1.2柴油发电机单相接地短路电流计算

经短路电流计算，本项目单台柴油发电机单相短路电流为125A，8台柴油发电机运行时总接地短路电流为125A×8=1000A。

根据IEEE std C37.101-2006《柴油发电机接地保护导则》第5条表2可知：

接地故障电流为400～1200A时，采用柴油发电机低电阻接地，不仅可以降低三次谐波电流的幅值，而且有效地减小了接地故障电流。

根据IEEE std C62.92.2-2017《电气系统中性点接地应用导则.第二部分：同步柴油发电机系统接地》3.2.1条规定，在柴油发电机中性点和地之间接入低电阻或接地变压器，实现柴油发电机低电阻接地，相对高电阻接地而言，有更小的暂态过电压。

综上所述，本项目柴油发电机中性点设计采用经低电阻接地。电阻与系统对地电容构成并联回路，增大零序电抗，限制单相接地短路电流，同时又能提供足够的电流和零序电压，便于接地保护可靠动作。

3.2中性点接地运行方式

柴油发电机并列运行时，每台柴油发电机的中性点如何运行，是本节研究的重点。

多台柴油发电机并列时，若每台柴油发电机的中性点分别经电阻接地。在短路计算时，总零序阻抗为单台柴油发电机零序阻抗的1/8，计算的单相接地短路电流较单台急剧增加;并且多点接地时继电保护比较复杂。因此，在柴油发电机并列运行时，不推荐采用分别经电阻多点接地，即每台柴油发电机中性点不能同时接地。

根据IEEE 142《工业和商业电力系统接地推荐实施规程》1.6.6条规定，当多个接地电阻接地后，若总接地故障电流超过1000A，每台柴油发电机的中性点不能同时接地，应将多个柴油发电机的中性点连接到一个公用中性点接地母线，公用中性点接地母线再经阻抗接地。

根据IEEE Std C62.92.2-2017《电气系统中性点接地应用导则.第二部分：同步柴油发电机系统接地》5.3条规定，2台及以上柴油发电机接于柴油发电机电压母线时，应避免采用柴油发电机中性点经接地变接地的接线，选用了以下两种中性点接地方案：

方案一：仅有1台柴油发电机中性点接地，其余柴油发电机中性点不接地。此时，每台柴油发电机中性点接地电阻有以下两种设计方案：

（1）仅有一台柴油发电机中性点设置接地电阻，其余柴油发电机中性点不设置接地电阻;

（2）每台柴油发电机中性点均设置接地电阻;

很显然，（1）接地电阻设计方式不可取，原因是若此台柴油发电机因故退出运行时，其相应设置的中性点电阻也应当随之退出运行，則会造成柴油发电机组失去中性点。因此，应考虑每台柴油发电机中性点均配置接地电阻，但仅有一台柴油发电机的中性点接地电阻投入运行。为此，应在每台柴油发电机中性点与接地电阻之间设置隔离装置。

方案二：所有柴油发电机中性点接到一个公用中性点接地母线，公用中性点接地母线经惟一电阻或电抗接地。由于机组特性和外部回路差异，若柴油发电机与公用中性点接地母线直接连接，则由于电压差在中性线中产生环流，容易引起保护误动作。因此，为避免产生环流，同时，当某一台柴油发电机退出运行时，其对应的中性点也应与公用中性点接地母线断开，故每个柴油发电机中性点应考虑设置隔离装置。

另外，当中性点接地的柴油发电机因故退出运行时，另一台柴油发电机的中性点隔离装置要在前一台的柴油发电机中性点退出运行时闭合。若隔离装置采用手动操作隔离开关，两台柴油发电机的中性点电阻切换期间，则存在连续安全操作的风险，柴油发电机组的中性点由经电阻接地变为不接地。因此，为防止柴油发电机失去中性点，无论采用方案一还是方案二，柴油发电机中性点隔离装置宜采用电动操作的隔离开关、断路器、真空接触器等，以实现中性点接地的快速、自动切换，保证中性点接地连续、惟一。

5. 小结

综上所述，当发电厂黑启动电源为多台发电机并列运行时，需根据接地电流大小，合理选择中性点接地方式，无特殊要求时，推荐采用低电阻接地方式，并采用以下两种接线的接地方案：

（1）每台发电机的中性点连接到一个中性点母线，中性点母线经唯一电阻接地。

（2）仅1台发电机中性点经电阻接地，其余发电机中性点不接地。

以上两种方案均应在每个发电机中性点设置电动操作的隔离开关、断路器、真空接触器等切换隔离装置，防止中性点失地，同时实现对柴油发电机组的灵活控制，提高运行的安全性和检修的便利性。

作者简介

何晓庆，工程师，青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司从事大中型火力发电厂、光热发电站、联合循环电站、光伏/风力发电站、变电站、海水淡化工程等工程的电气一次专业设计与技术研发工作。