龙一联燃气电站零排电流过高的治理

杨旭升 刘军

1大庆油田采油九厂 2大庆油田设计院

1 发电站现状

龙一联燃气发电站2010年建成并投产运行，2台燃气发电机功率为600 kW，出口电压为0.4 kV，经过0.4/6 kV 2 000 kVA变压器（型号为S11—M—2000/6 0.4/6.3±5%DYn11）升压后与35/6 kV变电所并网运行。运行一段时间后，发现并网柜零母排电流高达1 000 A，电压为10 V，配电柜局部发热。经过谐波测试，发现3、9、15、21次谐波均严重超标。三相电流和电压均平衡，不存在相角差；零母排电流均较大，电压却较小。两面配电柜敞开时互相接触振动较大，配电柜内局部发热，采用红外线温度测试仪测试温度从60℃到110℃不等，威胁着发电机及其中性点设备的安全运行。因此，有必要寻找一种抑制发电机中性线电流过大的方法。

2 问题的分析

针对上述问题，分别对2台发电机组运行、1台发电机组运行、2台不运行仅用变压器单端供电三种情况进行测试。

2.1 数据分析

（1）2台发电机组均正常运行。测试数据中，现实中线平均电流为926 A（测试点为汇流零排），零线对地电压为12 V，电压波形正常，电流波形失真（1.87＞1.4）。功率因数 pf＝0.94。表明并不是所有提供的功率都被消耗，存在一定数量的无功功率。电流超前（电容性负载）或滞后（感应性负载）。N线电压谐波畸变率为1 539%，主要为3（2n+1）（n＝0，1，2…）倍的电压谐波源。N线电流谐波畸变率为2 079%，主要为3（2 n+1）（n＝0，1，2…）倍的电流谐波源。k＝9.2，表示谐波电流的数量，也有资料表示由于谐波电流造成的变压器潜在损耗的数值。电压总谐波畸变率6.7%（＞5%），电流总谐波畸变率35.7%，k＝2.8。从图1、图2的测试可以看出，电流、电压、功率相对平衡；但是对不平衡度进行测试后发现瞬时电流平衡度超过国标（国标∑u＜2%）。初步估计为存在短时间谐波，但是也可能原因为2个谐波源的同次谐波电流在同一相上叠加产生的，短时间谐波主要引起电压和电流不平衡。

图1 电流电压测试

图2 功率和电能测试

（2）1台发电机组正常运行。零线电流为515 A，电压将为7.97 V。电流波形失真，功率因数pf＝0.94。N线电压谐波畸变率为1 412%，电压总谐波畸变率为4.7%（＜5%），不超标。N线电流谐波畸变率为2 502%。

（3）发电机组停止运行（所测数据为变电所送电状态）。数据表示零排电流基本归零，此数据与周围所有与该配电柜有接触的导线物件（如拖把、挡板等）测试的电流接近。N线电压谐波畸变率为1209%。N线电流谐波畸变率为194%，pf=72.5。电流存在不平衡，电压总谐波畸变率0.6%（＜5%），电流总谐波畸变率为208.3%，k=76.8，各相电流均存在谐波。

（4）三种运行情况分析。停电后，零排电流基本为0，但是电流谐波明显消失，柜体温度降低。根据以上数据，判断零序电流谐波产生热源，谐波源主要为发电机产生。

2.2 理论分析

（1）发电机结构分析。磁场磁极的非正弦分布是由于电枢有齿、槽造成非平滑表面引起的，因此发电机结构也会引起谐波。

（2）发电机、变压器中性线作用分析。中性线电流是不对称运行时谐波电势致使中性点出现位移电压而引起的，若仅存在谐波电势而没有相应的通路或这个通路上有较大的阻抗时，则不会产生较大的谐波电流。

（3）零序电流通路分析。当发电机单机运行并经过升压变压器向线路送电时，由于升降压变压器低压侧中性点与工作接地的发电机构成了零序电流通路，限制零序电流的电抗主要是变压器的零序电抗，因此只要谐波电势存在，就会产生较大的零序电流。

3 措施及改进

（1）完善发电机的结构设计。磁场非正弦分布引起的谐波电势，通过采用隐极式转子，励磁绕组分散布置，让主机磁场波形比较接近正弦形；定子采用短距和分布绕组削弱5、7次谐波。减小定子槽开口，采用斜槽的方法削除齿谐波电势。

（2）加装电抗器。发电机出厂后无法改动，因此只能增加谐波电流回路的阻抗值。在后期改造中，将各发电机中性点直接接地改为经电抗器接地。为有效限制中线电流，综合考虑电抗器的容量以及电感在电抗器上引起的电压降，同时保证中线截面不小于相线的1/2。

（3）试验谐波治理装置。目前，采油九厂进行谐波治理后，功率因数达到0.93以上，电压总谐波畸变率小于5%，谐波电流允许值满足《大庆油田配电网谐波污染防治技术管理规定》的规定。

（4）完善继电保护控制系统。将保护断路器更换为四极（增加N线），同时设置继电保护就近保护方式，增加靠近变压器侧的延时保护。