關(guān)于發(fā)電機(jī)中性線接地電流產(chǎn)生原因及控制措施

溫學(xué)平

摘 要:近年來,我國的小水電事業(yè)發(fā)展迅速,各地新上了一批以220V/400V為主的小型發(fā)電機(jī),經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益明顯。但在運(yùn)行過程中,小型水輪發(fā)電機(jī)中性線接地電流較大,這些發(fā)電機(jī)的出口電壓一般都是40kV,經(jīng)變壓器升壓為10kV或35kV并入電網(wǎng),有的發(fā)電機(jī)中性線電流甚至高達(dá)幾百安,使得按規(guī)定截面配置的中性線發(fā)熱燙手,威脅著電流互感器等的安全運(yùn)行,經(jīng)試驗(yàn)分析,認(rèn)為這是由發(fā)電機(jī)中存在的諧波電勢(shì)所引起的。本文就水輪發(fā)電機(jī)中性線接地電流產(chǎn)生原因及控制措施作淺述。

關(guān)鍵詞:水輪發(fā)電機(jī)中性線電流控制措施

中圖分類號(hào):TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(a)-0132-01

清遠(yuǎn)市迎咀水庫管理所一級(jí)電站2臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組,型號(hào):TSWN85/31-8,功率320KW(原來250KW,后經(jīng)擴(kuò)容增至320KW),電壓0.4KV,2臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)低壓母線匯流后,通過一臺(tái)升壓變壓器變成10KV后送入電網(wǎng)。變壓器型號(hào):S9-1250KVA/11-0.4。

1 中性線電流產(chǎn)生原因

(1)發(fā)電機(jī)出口電壓為400V時(shí),其接線方式有三相三線制和三相四制兩種制式。為了能夠向220V負(fù)荷供電,小型發(fā)電機(jī)都采用中性點(diǎn)直接接地方式的三相四線制接線方式,在這種接線方式下,中性線中有可能會(huì)產(chǎn)生很大的電流。產(chǎn)生的原因是。

①三相負(fù)荷不平衡時(shí),中性線上就有零序電流。②發(fā)電機(jī)繞組中的3次及3的倍數(shù)次諧波電勢(shì)產(chǎn)生的諧波電流(以下簡(jiǎn)稱3次諧波電流),中性線中的3次諧波電流等于各相線中3次諧波電流的3倍。③晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、充電裝置、鋁電解槽、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用,給電網(wǎng)造成了大量的諧波。晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%;接容性負(fù)載時(shí)則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明:由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。

(2)單臺(tái)發(fā)電機(jī)帶直配負(fù)荷運(yùn)行時(shí),若負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)接地,則3次諧波電流要經(jīng)過負(fù)荷阻抗才能構(gòu)成回路,這個(gè)阻抗值較大,因此這種運(yùn)行方式的中性線電流不大。

(3)多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí),3次諧波電流可以母線和發(fā)電機(jī)之間形成環(huán)流,此時(shí)的阻抗很小。當(dāng)多臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),理想情況下,負(fù)荷分配均勻、功率因數(shù)相同、相位相同,各機(jī)組的3次諧波電勢(shì)互相抵消,不會(huì)形成環(huán)流;但是,由于發(fā)電機(jī)制造工藝上的差異,使各發(fā)電機(jī)的諧波分量幅值不同,或各發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的負(fù)荷不同,以及無功功率分配不均勻等,從而使各臺(tái)發(fā)電機(jī)的電勢(shì)相位不同,合成的3次諧波電勢(shì)在并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的中性線上形成較大的中性線電流。我所2臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)過擴(kuò)容后中性線產(chǎn)生較大的電流,主要原因是制造工藝上存在較大的差異,擴(kuò)容后也沒有經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試。

(4)中性線上流過的總電流為三相負(fù)荷不平衡電流(基波零序電流)和3次諧波電流的疊加。

3中性線電流過大的危害

(1)導(dǎo)線載流量下降。高次諧波電流作用于導(dǎo)線上,則會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生集膚效應(yīng),使導(dǎo)線載流量下降。(2)影響發(fā)電機(jī)的壽命和效率。嚴(yán)重時(shí)可能燒毀中性線,使發(fā)電機(jī)發(fā)熱,造成絕緣老化加劇,影響發(fā)電機(jī)的壽命。

4控制措施

中性線中的3次諧波是有害的,必須加以控制。由于制造上的原因,要從發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)上完全克服3次諧波電流是有困難的,故必須從發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式及系統(tǒng)上采取措施限制3次諧波電流。

(1)中性線引出線上加裝隔離開關(guān),以切斷3次諧波的環(huán)流回路,見圖1。在運(yùn)行中,可根據(jù)中性線上的諧波電流大小和分布情況,斷開一些發(fā)電機(jī)中性線的隔離開關(guān),使這些發(fā)電機(jī)運(yùn)行于三相三線制,未斷開的發(fā)電機(jī)運(yùn)行于三相四線制,承擔(dān)220V負(fù)荷。此時(shí)系統(tǒng)中至少保持一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行于三相四線制。但缺點(diǎn)是:單相負(fù)荷集中于個(gè)別發(fā)電機(jī),增加了這樣發(fā)電機(jī)的三相負(fù)荷的不平衡度。當(dāng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí),短路電流減小,此時(shí)應(yīng)考慮對(duì)繼電保護(hù)和熔斷器的影響。

(2)中性點(diǎn)引出線上加裝電抗器,可以有效地限制3次諧波電流,見圖2。其缺點(diǎn)是加電抗器后,引起負(fù)荷中性點(diǎn)偏離,加大了三相電壓的不平衡度,降低了單相短路保護(hù)的靈敏系數(shù)。從限制3次諧波電流的角度看,接地電抗器的阻值越大越好,但從減小中性點(diǎn)電壓偏離的角度看,電抗器的阻值越小越好。所以電抗器的阻值選擇要兼顧二者的要求。

接地電抗器的選擇:額定電流按發(fā)電機(jī)額定電流的25%考慮,同時(shí)滿足當(dāng)電抗器通過額定電流時(shí),其上的電壓降不大于10V。

(3)在勵(lì)磁回路中加裝直流均壓線,使無功負(fù)荷分配趨向平衡,有效抑制3次諧波。

5結(jié)語

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一。因此,為了確保發(fā)電機(jī)的安全,針對(duì)發(fā)電機(jī)中性線電流產(chǎn)生原因,采取相對(duì)應(yīng)的控制措施,把發(fā)電機(jī)的接地電流限制在一定范圍內(nèi),使故障點(diǎn)不產(chǎn)生電弧或者電弧瞬間熄滅,避免接地故障發(fā)展成為相間或匝間短路,燒壞定子鐵芯和繞組絕緣。