大源渡水電站發(fā)電機中性點電壓測量淺析

周中華

（湖南省水運建設投資集團有限公司 長沙市 410004）

1 概 述

大源渡水電站位于湖南省衡山和衡東兩縣交界處的湘江干流上，距衡山縣城12 km，是湖南省交通系統(tǒng)辦電的首個試點工程，工程總投資20 億元人民幣，裝機為4 臺30 MW 的燈泡貫流式機組，機組設備全部由奧地利ELIN 公司、奧地利MCE 公司、德國SULZER 公司提供，1998年12月，首臺機組并網(wǎng)發(fā)電，1999年10月，4 臺機組全部投入運行。

大源渡水電站機組、主變一次接線方式為#1G、#2G 帶#1B 的擴大單元接線及#3G、#4G 帶#2B 的擴大單元接線。發(fā)電機-變壓器組共用的保護配置有：發(fā)-變組大差動保護、100%定子接地保護、主變中性點零序保護、10.5 kV 母線接地保護。

2 問題的提出

為了實現(xiàn)發(fā)電機定子100%的接地保護，在發(fā)電機母線上特設有零序變壓器，使得發(fā)電機正常運行時中性點上有一個基波零序電壓，在發(fā)電機系統(tǒng)中任何一點，以至使發(fā)電機的中性點發(fā)生接地，保護都會發(fā)生動作。又為了不影響電機絕緣，一般限制零序電壓不得大于相電壓的15%，即0.15Uφ=0.15×6=0.9（kV）,為此目的，大源渡水電站相關(guān)技術(shù)人員進行了現(xiàn)場測量零序電壓，使用配電盤上的表計測量母線上的線電壓及相電壓，進行幾何作圖與代數(shù)計算，結(jié)果不準。使用標準表計，在母線PT 的二次進行線電壓及相電壓測量，又進行幾何作圖與代數(shù)計算，結(jié)果準多了。后來使用了指針式的萬能表，在發(fā)電機的中性上直接測量，#1G、#2G 為1 190 V，#3G 為1 088 V，這個數(shù)值是包括有3 次諧波在內(nèi)，所以偏大。

3 中性點電壓測量

3.1 配電盤上表計測量

3.1.1 #1G、#2G 共用一條母線

使用配電盤上的表計，測量這個母線上的線電壓UAB=UBC=UCA=10 kV，得U+=10/1.732=5.77 kV，又測得相電壓UA=5 kV、UB=7 kV、UC=6.1 kV,用幾何作圖及代數(shù)方法，分析計算零序電壓相量，并加以校核。

3.1.1.1 幾何作圖

首先作一個正直角復數(shù)坐標，橫軸為實數(shù)坐標記為Re，縱軸為虛數(shù)坐標記為Jy，Re 及Jy 相交點為原點的記為O。

（1）以O 點為圓心作圓，U+=5.77 kV 為半徑，與橫軸正方向相交點記為A；

（2）在圓與橫軸Re 方向的交點為圓心，用■3U+為半徑，在圓上畫弧，分別交圓于B、C；

（3）以A 點為圓心，UA長為半徑，向圓內(nèi)畫??；

（4）以B 點為圓心，UB長為半徑，向圓內(nèi)畫弧；

（5）以C 點為圓心，UC長為半徑，向圓內(nèi)畫弧。

這三個弧本要交于一點，有時因測量不準，交了三點，成了三角形，取三角形外接圓的中心記為Z，此點即為平均值。三個弧過交時，此OZ 長為偏大的零序電壓。如圖1。

圖1 配電盤表計測量電壓相量圖

若三個弧交不到一點，則零序電壓偏小，此時用代數(shù)方法，無法計算。

3.1.1.2 代數(shù)方法： 由線電壓及三相電壓計算零序電壓及相角

零序電壓絕對值U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（52+72+6.12-102）/3〕0.5=1.93（kV）

零序電壓相角cos∠AOZ=（U+2+U02-UA2）/（2U+·U0）=（5.772+1.932-52）/（2×5.77×1.93）=0.5396

cos∠AOZ=57.3440

θ=1800+57.3440=237.3440

零序電壓相量

ù0=U0∠θ=1.93∠237.3440=1.93 （cos237.3440+jsin237.3440）=-1.041-j1.625（kV）

校核三相電壓

ùA=ù++ù0=5.77-1.041-j1.625=4.729-j1.625=5∠（-18.960）（kV）

ùB=h2ù++ù0=0.5（-1-j3）×5.77-1.041-j1.625=-3.926-j6.622=7.698∠239.340(kV)

ùC=hù++ù0=0.5（-1+j3）×5.77-1.041-j1.625=-3.926+j3.372=5.175∠139.340（kV）

與測量值比誤差，A 相δA=1-5/5=0,B 相δB=1-7.698/7=-0.100, C 相δC=1-5.175/6.1=0.152

可見此測量值不準，誤差太大，最大者達到15.2%，不可信賴。

3.1.2 #3G、#4G 共用一條母線

使用配電盤上的表計測量，母線上的線電壓UAB=UBC=UCA=10 kV，得U+=10/1.732=5.77 kV，測得相電壓UA=5.2 kV、UB=6.9 kV、UC=5.6 kV。

3.1.2.1 幾何作圖

因測得不準，三個相電壓在圓內(nèi)仍過交三點，可知其零序電壓偏大。

3.1.2.2 代數(shù)方法： 由線電壓及三相電壓計算零序電壓及相角

零序電壓絕對值U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（5.22+6.92+5.62-102）/3〕0.5=1.41（kV）

零序電壓相角cos∠AOZ=（U+2+U02-UA2）/（2U+·U0）=（5.772+1.412-5.22）/（2×5.77×1.41）=0.5065

cos∠AOZ=59.570

θ=1800+57.3440=239.570

零序電壓相量

ù0=U0∠θ =1.41 ∠239.570=1.41（cos239.570+jsin239.570）=-0.714-j1.216（kV）

校核三相電壓

ùA=ù++ù0=5.77-0.714-j1.216=5.056-j1.216=5.2∠（-13.520）（kV）

ùB=h2ù++ù0=0.5（-1-j3）×5.77-0.714-j1.216=7.18∠239.920（kV）

ùC=hù++ù0=0.5（-1+j3）×5.77-0.714-j1.216=5.22∠133.590（kV）

與測量值比誤差，A 相δA=1-5.2/5.2=0,B 相δB=1-7.18/6.9=-0.040, C 相δC=1-5.22/5.6=0.068

誤差同樣較大，最大者達到6.8%，需要使用標準表計進行測量。

3.2用標準表計測量

3.2.1 #1G、#2G 共用母線上測量

使用標準表計，在這個母線PT 上測量，線電壓UAB=UBC=UCA=10.3 kV，得U+=10.3/1.732=5.95 kV，測得相電壓UA=5.25 kV、UB=6.72 kV、UC=5.95 kV。

嚴把質(zhì)量關(guān)，爭創(chuàng)一流食品企業(yè)；圍繞質(zhì)量安全，全力構(gòu)建質(zhì)量安全體系。汪記始終堅定不移地履行著自己的責任和承諾，誠信經(jīng)營，尋求發(fā)展，依靠技術(shù)的不斷創(chuàng)新，設備設施的更新升級，大踏步地向先進邁進。

3.2.1.1 幾何作圖

因測量出的數(shù)值較為準確，三個相電壓所畫的弧交于一點，如圖2。

3.2.1.2 代數(shù)方法： 由線電壓及三相電壓計算零序電壓及相角

圖2 標準表計測量電壓相量圖

零序電絕對值

U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（5.252+6.722+5.952-10.32）/3〕0.5=0.823（kV）

零序電壓相角cos∠AOZ=（U+2+U02-UA2）/（2U+·U0）=（5.952+0.8232-5.252）/（2×5.95×0.823）=0.8697

cos∠AOZ=29.580

θ=1800+29.580=209.580

ù0=U0∠θ=0.823∠209.580=0.823 （cos209.580+jsin209.580）=-0.716-j0.406（kV）

校核三相電壓

ùA=ù++ù0=5.95-0.716-j0.406=5.234-j0.406=5.25∠（-4.4350）（kV）

ùB=h2ù++ù0=0.5（-1-j3）Х5.95-0.716-j0.406=6.673∠236.420（kV）

ùC=hù++ù0=0.5 （-1+j 3）Х5.95-0.716-j0.406=6.013∠127.870（kV）

與測量值比誤差，A 相δA=1-5.25/5.25=0,B 相δB=1-6.673/6.72=-0.007, C 相δC=1-6.013/5.95=-0.010

與測量值相比，三相中最大誤差僅-1%，已相當準確了，此方法可以信賴。

3.2.2 #3G、#4G 共用母線上測量

使用標準表計，在這個母線PT 上測量，線電壓UAB=UBC=UCA=10.3 kV，得U+=10.3/1.732=5.95 kV，測得相電壓UA=5.25 kV、UB=6.81 kV、UC=5.8 kV。

3.2.2.1 幾何作圖

因測量出的數(shù)值較為準確，三個相電壓的弧交于一點。

3.2.2.2 代數(shù)方法： 由線電壓及三相電壓計算零序電壓及相角。

零序電壓絕對值

U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（5.252+6.82+5.82-10.32）/3〕0.5=0.704（kV）

零序電壓相角cos∠AOZ=（U+2+U02-UA2）/（2U+·U0）=（5.952+0.7042-5.252）/（2×5.95×0.704）=0.830 4

cos∠AOZ=33.860

θ=1800+33.860=213.860

零序電壓相量

ù0=U0∠θ=0.704∠213.860=0.704 （cos213.860+jsin213.860）=-0.722-j0.485（kV）

校核三相電壓

ùA=ù++ù0=5.95-0.722-j0.485=5.228-j0.485=5.25∠（-5.30）（kV）

ùB=h2ù++ù0=0.5 （-1-j3）×5.95-0.722-j0.485=6.742∠236.740（kV）

ùC=hù++ù0=0.5（-1+j 3）×5.95-0.722-j0.485=5.955∠128.380（kV）

與測量值比誤差，A 相δA=1-5.25/5.25=0,B 相δB=1-6.742/6.81=-0.010, C 相δC=1-5.955/5.8=-0.027

與測量值相比，三相中最大誤差僅-2.7%，比較準確，此方法可以信賴。

3.3 在發(fā)電機的中性上直接測量

后來技術(shù)人員使用指針式萬能表在發(fā)電機的中性點進行了直接測量。#1G、#2G 為1 190 V，#3G 為1 088 V，#4G 在檢修中，沒有進行測量。這個值比用標準表由三相測量得出的值偏大，其原因是：發(fā)電機中心點上有3 次諧波，一般約（200～300）V，疊加到一次基波上，經(jīng)萬能表整流后而指示。用電磁式的標準表，測量的僅是基波電壓成分，故要小些。發(fā)電機的定子接地保護，高次諧波已經(jīng)過濾，是基波電壓整流后作用于保護。此值不是發(fā)電機定子接地保護所反應的數(shù)值，是發(fā)電機中性點設備在運行中所承受的對地電壓值。

4 結(jié) 語

發(fā)電機零序電壓與母線電壓相比較，其值只有百分之十幾，很難測量準確，需要使用標準表計測量。作為發(fā)電機定子接地保護的零序電壓，應采用上述標準表計測量值。作為發(fā)電機中性點設備在運行中所承受的電壓值，應在發(fā)電機中性點上直接測量，用配電盤上表計測量出的值偏差較大，不可信賴。