橫錦電站3號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)電流問題分析和處理

俞恩惠，孫見波

(水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012)

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橫錦電站3號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)電流問題分析和處理

俞恩惠，孫見波

(水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012)

1 概 述

小型水輪低壓發(fā)電機(jī)組絕大部分是將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和主變壓器中性點(diǎn)共用一個(gè)接地網(wǎng)(見圖1)。

圖1 低壓發(fā)電機(jī)組中性點(diǎn)與主變中性點(diǎn)相連接地

橫錦電站3號(hào)機(jī)組(500 kW，400 V出線)中性點(diǎn)按圖1所示接線方法，并網(wǎng)以后不帶負(fù)荷的情況下，零序電流為185 A。因?yàn)榱阈螂娏鬏^大，針對這一情況，把發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與接地?cái)嚅_，在不同負(fù)荷的情況下，測中性點(diǎn)對地電壓，測試結(jié)果如下所示(見表1)。

表1 發(fā)電站在不同負(fù)荷下中性點(diǎn)對地電壓情況

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和變壓器中性點(diǎn)之間阻抗很小，測試結(jié)果表明，三相電流基本平衡，隨著機(jī)端電流的增加，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)對地電壓增加，中性點(diǎn)電流也隨之越來越大。

2 原因分析

三相電流大小相等，不一定完全代表三相平衡，只有三相負(fù)載類型相同，且三相電流大小相同，零序電流才會(huì)是零，如三相都是電阻負(fù)載，或者是電機(jī)負(fù)載。橫錦電站3號(hào)機(jī)組三相出線電流幾乎相等，針對整個(gè)大電網(wǎng)來講，負(fù)載類型不是考慮的主要原因，造成零序電流過大的主要原因是高次諧波中的三次諧波。

發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與變壓器的中性點(diǎn)通過電纜連接再接地，主變壓器這個(gè)集中、強(qiáng)大的感性負(fù)載將使發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢得到更一步的加強(qiáng)，而2個(gè)中性點(diǎn)的電纜阻抗又很小，所以必然會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)電流，甚至?xí)^出線電流。

通過儀器測得發(fā)電機(jī)三相諧波畸變率(見表2)。

表2 發(fā)電機(jī)三相諧波總畸變率和三次諧波畸變率情況

測試結(jié)果表明，ABC三相三次諧波畸變率都略微有點(diǎn)大。

諧波產(chǎn)生的電勢決定于發(fā)電機(jī)本身的生產(chǎn)工藝，所以發(fā)電機(jī)出廠以后很難從根源上消除發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波。

3 中性點(diǎn)電流過大的危害

由于三次諧波的原因，產(chǎn)生了諧波電勢，通過2個(gè)中性點(diǎn)連接的電纜以電流的形式表現(xiàn)出來，該電流在發(fā)電機(jī)定子繞組和變壓器低壓繞組中通過時(shí)，必將引起額外的損耗。同時(shí)，大電流引起溫度升高，長時(shí)間運(yùn)行加速了絕緣的老化，縮短了發(fā)電機(jī)和變壓器的壽命；而且高次諧波作用于導(dǎo)線上，會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使導(dǎo)線載流量下降。

4 如何限制中性點(diǎn)電流

(1)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地。最簡單最直觀的方法是拆除發(fā)電機(jī)的中性線，發(fā)電機(jī)就為三相三線的運(yùn)行模式。改變以后，雖然在發(fā)電機(jī)定子繞組中仍然會(huì)有大小不等、相位不同的三次諧波電勢存在，但已經(jīng)沒有中性線作為通路，無法形成回路。中性點(diǎn)電流就不存在，消除了因?yàn)橹行渣c(diǎn)電流產(chǎn)生的額外損耗、發(fā)電機(jī)運(yùn)行溫升過高等缺陷，提高了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。

(2)加電抗器。將發(fā)電機(jī)通過電抗器再接地。橫錦電站3號(hào)發(fā)電機(jī)諧波畸變率大于5%，略微有點(diǎn)偏大。運(yùn)用該方法以后，用示波器觀察電壓波形應(yīng)該會(huì)有很大改善，基本接近正弦波。由于諧波電勢主要是通過三次諧波表現(xiàn)出來，而電抗器對諧波電流呈現(xiàn)的阻抗值是基波的3倍，這樣就有效地抑制了諧波電流值，對基波電流不會(huì)有太大的影響。為了安全，安裝電抗器時(shí)，最好用圍欄將其圍住。

(3)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)另外接地(電站選用方法)接線方法如下所示(見圖2、圖3)。

圖2 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)與接地網(wǎng)2相連

圖3 主變中性點(diǎn)與接地網(wǎng)1相連

重新鋪設(shè)1個(gè)接地網(wǎng)，與原來接地網(wǎng)完全脫離，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接到新的接地網(wǎng)上。2個(gè)接地網(wǎng)之間會(huì)產(chǎn)生一定的阻抗，產(chǎn)生的間隙電阻相當(dāng)于具有無窮大容量的1個(gè)“熱電阻”，從而減小了諧波電流。

5 結(jié) 語

小型水輪發(fā)電機(jī)組由于發(fā)電機(jī)本身內(nèi)部工藝上的問題，造成零序電流過大，在很多電站都出現(xiàn)過。如何避免由于零序電流過大等問題引起的生產(chǎn)安全問題，需要我們在機(jī)組試運(yùn)行環(huán)節(jié)引起高度重視。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-07-01

俞恩惠(1987-)男，助理工程師，主要從事水電站自動(dòng)化監(jiān)控調(diào)試工作。 E_mail：ehyu@hrcshp.org