发电机中性点高阻接地的优点
发电机中性点经接地变压器高阻接地方式，由配电变压器和变压器二次侧并联电阻构成，经隔离开关接入发电机中性点。可根据不同的保护方案配置不同的保护装置。康明斯发电机厂家下面在本文中就主要的设备变压器和电阻器的选择计算进行相应的阐述。
一、接地变压器
1、接地变压器型式选择
接地变压器为单相配电型变压器，所以也称配电变压器，由于其二次侧并联电阻，所构成的接地方式也称配电变高阻接地方式。
根据运行情况，接地变压器可选择油浸式变压器或干式变压器。油浸变压器防潮性和绝缘性好，耐受电压高，但防火要求高，不便于布置；干式变压器有敞露线圈的普通干式变压器和环氧浇注式变压器两种，较油浸变压器要贵。环氧浇注式变压器不适合突然过负荷的情况，但不受环境的影响；普通干式变压器由于线圈敞露，受环境与空气影响较大，容易受潮、积灰，所以要求更高的绝缘性能，但对防火的要求相对较低，能设置在箱体内。环氧树脂与填料混合浇注干式变压器散热条件差，所以长期过负荷能力不如油浸式，但干式变压器线圈的电流密度小，对于接近绝热过程的短时过负荷能力比油浸式强。新型的干式变压器为玻璃纤维全缠绕环氧树脂真空浇注，具有散热性能好、体积小、过载能力大、绝缘水平高的特点。
因接地变压器多数时间运行在接近空载状态下，过负荷时间较短，综合以上因素，宜选干式变。当然，宜选已有生产经验定型生产的干式变型式，进行经济技术比较后确定。
图1 发电机接地变压器结构图
图2 发电机接地变压器原理图
2、接地变压器电压选择
（1）变压器额定电压值
接地变压器一次线圈的最高运行电压为发电机单相接地短路时中性点的对地电压。发电机单相接地短路时中性点的对地电压最大为相电压，即允许相电压1.05 ex。从有关的发电机中性点接地仿真模拟实验结果看，发电机中性点变压器一次侧电压采用相电压和采用高于相电压的两种情况，对暂态过电压的影响几乎没有差别。当机组甩负荷或故障叠加时，发电机中性点可能出现1.5倍相电压的过渡电压。所以，对于18kv级以下的发电机，为留有余地，防止变压器过饱和，接地变一次侧额定电压按发电机线电压选定。因为这样必将使变压器容量的冗余度大，所以对于18kv级及以上的发电机，为节约投资，可选用发电机相电压为接地变的一次侧额定电压值，其额定电压即为发电机相电压。
接地变二次侧电压，按国家标称电压的标准，可选0.4kv或0.23kv电压级，也可根据电阻材料截面积及绕制方式统一考虑确定。为满足继电保护测量电压的需要，在接地变压器可能出现最高电压时，使空载抽头电压等于二次仪用标称电压100v。当发电机额定电压为un，变压器一次侧标称电压为u1，变压器二次侧标称电压为时u2，变压器变比
kb=u1÷u2=un÷100√3.............................(公式1)
（2）变压器工频耐压值
变压器工频耐压值可按两种方法选择。一种是按发电机工频1分钟耐压选取。发电机绕组为全绝缘结构，工频1分钟耐压值根据国标《gb-755-87》规定：“容量小于或等于10mw的机组，试验电压为(2un+1000)v；大于10mw的机组，试验电压为(标称电压为6000-17000v)(2un+3000)v”。另一种接地方法是根据发电机中性点接入负载电阻限制过电压的水平决定的。一般接地电阻的选取，使电阻功率等于电容消耗功率，此时暂态过电压不大于相电压峰值的2.6倍，即发电机额定电压的1.5倍。在选择接地变耐压值时预留15%的裕度，2.6*1.15=3ux，即3倍的相电压。
由于发电机中性点接地装置的投资远比发电机投资小，接地变压器提高一级耐压值，投资增加有限(一般约为变压器投资的10%)，所以一般按第一种方法选择是合适的。当然，具体问题还要具体分析。
3、接地变压器容量的选择
接地变压器容量选择，可先按连续工作计算负荷，再按变压器短时过载能力确定容量。
（1）连续工作计算负荷设接地变负载电阻一次侧值为r，额定电压为u1，电流值为ir，则变压器计算容量
sn=u1÷r............................（公式2）
当接地电阻选择按单相短路接地时电阻功率等与电容功率计算，流过接地变的电流ir等于发电机回路对地总的电容电流ic，即r=13ωco，得
sn=u1ir=u1（un÷√3r）=u1（3un÷√3r）ωc0=√3unu1ωc0（mva）............................（公式3）
式中，un——发电机额定电压，kv；
c0——发电机电压回路每相对地电容，f；
ω——发电机角频率，ω=2πf。
（2）接地变压器短时过负荷倍数的确定
接地变长期运行在接近空载状态，即处于发电机三次谐波和传递过电压的微载状态，当发生接地等不对称故障时，变压器运行时间取决于所在回路继电保护确定的允许带故障运行时间。一般大中型机组均采用故障保护动作跳闸停机，时间非常短。所以在选择变压器容量时，要考虑变压器的短时过负荷能力。
一般工程均按1分钟考虑过负荷运行时间，过负荷系数k差异较大，受变压器型式和机组大小的影响，k=3~6。
若接地变一次额定电压u1为发电机额定电压un，考虑过负荷系数k后，由公式(3)得接地变压器容量
sn= √3unu1ωc0÷k = √3u2nωc0÷k （mva）............................（公式4）
若接地变一次额定电压u1为发电机相电压ux，上式变为
sn= √3unuxωc0÷k =√3u2nωc0÷k（mva）............................（公式5）
上面给出的公式，是以ir等于电容电流ic，即r=1/3ωco为前提条件的。如果电阻选择为了限制接地故障电流或为了满足继电保护装置动作值的要求，必有r≠1/3ωco，此时要以实际电流ir代入公式(2)计算变压器容量，一般不再考虑过负荷系数k。
二、接地变二次负载电阻器
1、接地电阻值的选取
发电机中性点采用高阻接地，一要限制弧光接地过电压的倍数，二要限制故障电流，同时满足继电保护的要求。接地电阻值的选取无疑也是从这两点出发的。
接地电阻测量如图3所示，测量时在被测的土壤中沿直线插入四根探针，并使各探针间距相等，各间距的距离为l，要求探针入地深度为l/20cm，用导线分别从c1、p1、p2、c2各端子与四根探针相连接。若地阻仪测出电阻值为r，则土壤电阻率按下式计算：
ф=2πrl
其中，ф——土壤电阻率（ω·cm）；
l——探针与探针之间的距离(cm)；
r——地阻仪的读数（ω）；
用此法测得的土壤电阻率可近似认为是被埋入探针之间区域内的平均土壤电阻率。
图3 发电机接地土壤电阻率.
图4 发电机接地电阻测试
（1）按暂态过电压选取电阻值
发电机在大修前及局部更换绕组后，其交流耐压标准为额定电压的工1.5倍。因此在运行中，1.5un=2.6ux及以下过电压被认为是安全的，一般作用于发电机的过电压不宜超过2.6倍相电压。
理论分析计算和仿真实验结果得出，当中性点电阻消耗功率等于发电机电压回路电容消耗功率时，发电机弧光过电压和机组故障甩负荷过电压不大于发电机相电压的2.6倍，此时发电机电阻值等于或近似等于发电机电压回路对地总容抗，即
r=xc0=1/3ωc0(ω)............................（公式6）
式中，xc0－发电机电压回路对地总容抗，ω。
表1是3组大型发电机在不同接地电阻值下，发生单相接地故障时产生弧光接地过电压倍数表。
表1中性点不同电阻值与暂态过电压关系
接地电流
最大值
io(a)
中性点接地
电阻
r(ω)
电容c0=1.81μf
