横锦电站3号机组中性点电流问题分析和处理

俞恩惠，孙见波

(水利部农村电气化研究所，浙江 杭州 310012)



横锦电站3号机组中性点电流问题分析和处理

俞恩惠，孙见波

(水利部农村电气化研究所，浙江 杭州 310012)

1 概 述

小型水轮低压发电机组绝大部分是将发电机中性点和主变压器中性点共用一个接地网(见图1)。

图1 低压发电机组中性点与主变中性点相连接地

横锦电站3号机组(500 kW，400 V出线)中性点按图1所示接线方法，并网以后不带负荷的情况下，零序电流为185 A。因为零序电流较大，针对这一情况，把发电机中性点与接地断开，在不同负荷的情况下，测中性点对地电压，测试结果如下所示(见表1)。

表1 发电站在不同负荷下中性点对地电压情况

发电机中性点和变压器中性点之间阻抗很小，测试结果表明，三相电流基本平衡，随着机端电流的增加，发电机中性点对地电压增加，中性点电流也随之越来越大。

2 原因分析

三相电流大小相等，不一定完全代表三相平衡，只有三相负载类型相同，且三相电流大小相同，零序电流才会是零，如三相都是电阻负载，或者是电机负载。横锦电站3号机组三相出线电流几乎相等，针对整个大电网来讲，负载类型不是考虑的主要原因，造成零序电流过大的主要原因是高次谐波中的三次谐波。

发电机的中性点与变压器的中性点通过电缆连接再接地，主变压器这个集中、强大的感性负载将使发电机的三次谐波电势得到更一步的加强，而2个中性点的电缆阻抗又很小，所以必然会产生中性点电流，甚至会超过出线电流。

通过仪器测得发电机三相谐波畸变率(见表2)。

表2 发电机三相谐波总畸变率和三次谐波畸变率情况

测试结果表明，ABC三相三次谐波畸变率都略微有点大。

谐波产生的电势决定于发电机本身的生产工艺，所以发电机出厂以后很难从根源上消除发电机产生的谐波。

3 中性点电流过大的危害

由于三次谐波的原因，产生了谐波电势，通过2个中性点连接的电缆以电流的形式表现出来，该电流在发电机定子绕组和变压器低压绕组中通过时，必将引起额外的损耗。同时，大电流引起温度升高，长时间运行加速了绝缘的老化，缩短了发电机和变压器的寿命；而且高次谐波作用于导线上，会使导线产生集肤效应，使导线载流量下降。

4 如何限制中性点电流

(1)发电机中性点不接地。最简单最直观的方法是拆除发电机的中性线，发电机就为三相三线的运行模式。改变以后，虽然在发电机定子绕组中仍然会有大小不等、相位不同的三次谐波电势存在，但已经没有中性线作为通路，无法形成回路。中性点电流就不存在，消除了因为中性点电流产生的额外损耗、发电机运行温升过高等缺陷，提高了发电机的运行效率。

(2)加电抗器。将发电机通过电抗器再接地。横锦电站3号发电机谐波畸变率大于5%，略微有点偏大。运用该方法以后，用示波器观察电压波形应该会有很大改善，基本接近正弦波。由于谐波电势主要是通过三次谐波表现出来，而电抗器对谐波电流呈现的阻抗值是基波的3倍，这样就有效地抑制了谐波电流值，对基波电流不会有太大的影响。为了安全，安装电抗器时，最好用围栏将其围住。

(3)发电机中性点另外接地(电站选用方法)接线方法如下所示(见图2、图3)。

图2 发电机中性点与接地网2相连

图3 主变中性点与接地网1相连

重新铺设1个接地网，与原来接地网完全脱离，发电机中性点接到新的接地网上。2个接地网之间会产生一定的阻抗，产生的间隙电阻相当于具有无穷大容量的1个“热电阻”，从而减小了谐波电流。

5 结 语

小型水轮发电机组由于发电机本身内部工艺上的问题，造成零序电流过大，在很多电站都出现过。如何避免由于零序电流过大等问题引起的生产安全问题，需要我们在机组试运行环节引起高度重视。

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责任编辑 吴 昊

2015-07-01

俞恩惠(1987-)男，助理工程师，主要从事水电站自动化监控调试工作。 E_mail：ehyu@hrcshp.org