某核电厂柴油发电机中性点接地分析

李 虎

（上海核工程研究设计院)

某核电厂柴油发电机中性点接地分析

李 虎

（上海核工程研究设计院)

本文介绍了某核电厂柴油发电机中性点接地的作用及方法，并通过实例阐述了接地变压器和接地电阻容量的分析方法和过程。

核电厂；柴油发电机；接地变压器；容量

0 引言

某核电厂内备用电源系统由两台相同的备用柴油发电机组组成。该交流电源用于向纵深防御所需的非安全有关负荷提供电源。在发生主发电机跳闸同时失去厂外电源事件时，厂内备用电源系统向经选定的电厂永久非安全有关负荷提供交流电源。此时，正常交流电源不能向1E 级蓄电池充电器供电，厂内备用电源系统向1E 级直流和不间断电源系统提供交流电源。在电厂运行于冷停堆和换料等反应堆半充水运行期间，厂内备用电源可向支持余热排出所需的厂内设备提供交流电源。另外，该系统的设计允许操作员在发生主发电机跳闸、同时失去厂外电源的时候向经选定的基于电厂投资保护目的的电厂永久非安全有关负荷提供交流电源。

鉴于柴油发电机是在特定场合用于向核电厂纵深防御和投资保护设备提供交流电源，因此如何确保发电机系统可靠安全运行就变得非常重要。在孤岛运行时，中压发电机系统接地故障引起的过电压对电气设备的损坏是比较严重的；而此时往往要求发电机系统能持续运行一段时间（一般要求两周以上时间），因此核心解决思路是选择合适的接地方式来限制过电压水平，并合理选择后续保护继电器等检测手段。

同步发电机系统接地的主要目的是保护交流柴油发电机和相关设备，以免遭受异常电气条件的损坏。备用柴油发电机中性点通过单相接地变压器和二次电阻接地，并配备合适的保护继电器。

1 分析方法

首先，根据中压系统设置要求合理选择柴油发电机中性点接地变压器电压和电阻的额定电压，即选择变压器的一次和二次电压；然后，根据各工艺专业提供的用电数据和设计手册计算系统容抗值Xcg和接地电阻Rn，即确定发电机、电动机和动力中心变压器的设备功率和电缆长度，计算总单相对地电容，计算接地电阻；接着，确定电阻额定值和中性点接地变压器额定kVA值，即计算电阻值，计算电阻二次电流，计算电阻额定功率，计算变压器连续额定kVA值；最后，核实中性点接地变压器的一次电流是否满足验收准则，即计算接地变压器的一次电流，确认变压器初级电流满足验收准则。

2 假设条件和验收准则

由于在进行柴油发电机中心点接地计算时，基本处于初步设计阶段，部分设计输入暂时无法准确提供，为了不影响计算的准确性，特此进行了部分合理假设：①电缆长度的选取是合适的；②避雷器、PT和CT等元器件的对地电容暂不考虑。

发电机系统通过具有二 次电阻的变压器进行接地，遵循以下准则：

1) 当线对地故障电流为5～15A之间时，机械应力和故障损坏处于可接受范围。

2)为使减少瞬态电压处于安全水平，电阻值应少于容抗值，即Xcg/Rn≥1。

图1 为在采用接地变压器和二次电阻进行接地的系统中，在故障处或断路器触点两端发生多次电弧重燃时，所产生的瞬态电压（以发电机额定相电压峰值的百分比表示）。

图1

3 某核电厂柴油发电机中性点接地分析

根据某核电厂的初步设计文件资料，备用柴油发电机所供电设备电容值详见表1，系统图见图2，柴油发电机、电动机和动力中心变压器的电缆截面和电缆长度等参数详见表2。

柴油发电机额定线电压为10.5kV，中性点接地变压器一次电压选定为10.5 kV /√3，二次电压为240 V，该二次电压可根据继电器而定。

根据表1和表2的数据，可以计算系统容抗Xcg和接地电阻值Rn。首先计算系统总对地电容

系统总对地容抗为

中性点对地容抗Xcg等效于三相容抗的并联，即为

图2 系统图

表1 柴油发电机所供电设备电容值

表2 电缆电容值

为了降低过电压水平，容抗接地电阻比例Xcg/Rn取为1.2，则

在连续接地故障时，电流会经过二次电阻流通。必须确定电流值以指定电阻额定值和变压器额定kVA值，假设最大中性点电压等于相电压，则

因此，连续额定电流值选为200A。

电阻额定功率按以下方式计算

同理，电阻额定功率可以按照变压器额定电压乘以额定电流进行计算，因此，选择50kVA变压器。

最后需要确定所选的变压器及二次电阻是否满足验收准则，发电机单相故障的中性点接地变压器的一次电流为

处于5～15A之间。

发电机中性点接地变压器和接地电阻值的计算结果汇总如表3所示，满足第2节的验收准则。

表3 计算结果

4 结束语

本文首先介绍了某核电厂内备用电源系统的配置和系统功能，其主要是在特定场合用于向核电厂纵深防御和投资保护设备提供交流电源。准确地计算和选择接地变压器和接地电阻的容量是保证柴油发电机完成其系统功能和系统设计经济合理的基础。本文详细阐述了接地变压器和接地电阻容量的计算方法和过程，并给出了验收准则。在用电负荷和电缆长度确定的前提下，本文介绍的分析和计算方法可直接用于柴油发电机接地系统的设计、选型和厂房布置，其研究方法也可作为其他柴油发电机接地系统设计和分析的重要参考。

2016-08-15）