大源渡水电站发电机中性点电压测量浅析

周中华

（湖南省水运建设投资集团有限公司 长沙市 410004）

1 概 述

大源渡水电站位于湖南省衡山和衡东两县交界处的湘江干流上，距衡山县城12 km，是湖南省交通系统办电的首个试点工程，工程总投资20 亿元人民币，装机为4 台30 MW 的灯泡贯流式机组，机组设备全部由奥地利ELIN 公司、奥地利MCE 公司、德国SULZER 公司提供，1998年12月，首台机组并网发电，1999年10月，4 台机组全部投入运行。

大源渡水电站机组、主变一次接线方式为#1G、#2G 带#1B 的扩大单元接线及#3G、#4G 带#2B 的扩大单元接线。发电机-变压器组共用的保护配置有：发-变组大差动保护、100%定子接地保护、主变中性点零序保护、10.5 kV 母线接地保护。

2 问题的提出

为了实现发电机定子100%的接地保护，在发电机母线上特设有零序变压器，使得发电机正常运行时中性点上有一个基波零序电压，在发电机系统中任何一点，以至使发电机的中性点发生接地，保护都会发生动作。又为了不影响电机绝缘，一般限制零序电压不得大于相电压的15%，即0.15Uφ=0.15×6=0.9（kV）,为此目的，大源渡水电站相关技术人员进行了现场测量零序电压，使用配电盘上的表计测量母线上的线电压及相电压，进行几何作图与代数计算，结果不准。使用标准表计，在母线PT 的二次进行线电压及相电压测量，又进行几何作图与代数计算，结果准多了。后来使用了指针式的万能表，在发电机的中性上直接测量，#1G、#2G 为1 190 V，#3G 为1 088 V，这个数值是包括有3 次谐波在内，所以偏大。

3 中性点电压测量

3.1 配电盘上表计测量

3.1.1 #1G、#2G 共用一条母线

使用配电盘上的表计，测量这个母线上的线电压UAB=UBC=UCA=10 kV，得U+=10/1.732=5.77 kV，又测得相电压UA=5 kV、UB=7 kV、UC=6.1 kV,用几何作图及代数方法，分析计算零序电压相量，并加以校核。

3.1.1.1 几何作图

首先作一个正直角复数坐标，横轴为实数坐标记为Re，纵轴为虚数坐标记为Jy，Re 及Jy 相交点为原点的记为O。

（1）以O 点为圆心作圆，U+=5.77 kV 为半径，与横轴正方向相交点记为A；

（2）在圆与横轴Re 方向的交点为圆心，用■3U+为半径，在圆上画弧，分别交圆于B、C；

（3）以A 点为圆心，UA长为半径，向圆内画弧；

（4）以B 点为圆心，UB长为半径，向圆内画弧；

（5）以C 点为圆心，UC长为半径，向圆内画弧。

这三个弧本要交于一点，有时因测量不准，交了三点，成了三角形，取三角形外接圆的中心记为Z，此点即为平均值。三个弧过交时，此OZ 长为偏大的零序电压。如图1。

图1 配电盘表计测量电压相量图

若三个弧交不到一点，则零序电压偏小，此时用代数方法，无法计算。

3.1.1.2 代数方法： 由线电压及三相电压计算零序电压及相角

零序电压绝对值U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（52+72+6.12-102）/3〕0.5=1.93（kV）

零序电压相角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

零序电压相量

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

校核三相电压

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）

与测量值比误差，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

可见此测量值不准，误差太大，最大者达到15.2%，不可信赖。

3.1.2 #3G、#4G 共用一条母线

使用配电盘上的表计测量，母线上的线电压UAB=UBC=UCA=10 kV，得U+=10/1.732=5.77 kV，测得相电压UA=5.2 kV、UB=6.9 kV、UC=5.6 kV。

3.1.2.1 几何作图

因测得不准，三个相电压在圆内仍过交三点，可知其零序电压偏大。

3.1.2.2 代数方法： 由线电压及三相电压计算零序电压及相角

零序电压绝对值U0=〔（UA2+UB2+UC2-UAB2）/3〕0.5=〔（5.22+6.92+5.62-102）/3〕0.5=1.41（kV）

零序电压相角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

零序电压相量

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

校核三相电压

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）

与测量值比误差，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

误差同样较大，最大者达到6.8%，需要使用标准表计进行测量。

3.2用标准表计测量

3.2.1 #1G、#2G 共用母线上测量

使用标准表计，在这个母线PT 上测量，线电压UAB=UBC=UCA=10.3 kV，得U+=10.3/1.732=5.95 kV，测得相电压UA=5.25 kV、UB=6.72 kV、UC=5.95 kV。

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3.2.1.1 几何作图

因测量出的数值较为准确，三个相电压所画的弧交于一点，如图2。

3.2.1.2 代数方法： 由线电压及三相电压计算零序电压及相角

图2 标准表计测量电压相量图

零序电绝对值

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

零序电压相角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）

校核三相电压

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）

与测量值比误差，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

与测量值相比，三相中最大误差仅-1%，已相当准确了，此方法可以信赖。

3.2.2 #3G、#4G 共用母线上测量

使用标准表计，在这个母线PT 上测量，线电压UAB=UBC=UCA=10.3 kV，得U+=10.3/1.732=5.95 kV，测得相电压UA=5.25 kV、UB=6.81 kV、UC=5.8 kV。

3.2.2.1 几何作图

因测量出的数值较为准确，三个相电压的弧交于一点。

3.2.2.2 代数方法： 由线电压及三相电压计算零序电压及相角。

零序电压绝对值

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

零序电压相角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

零序电压相量

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

校核三相电压

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）

与测量值比误差，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

与测量值相比，三相中最大误差仅-2.7%，比较准确，此方法可以信赖。

3.3 在发电机的中性上直接测量

后来技术人员使用指针式万能表在发电机的中性点进行了直接测量。#1G、#2G 为1 190 V，#3G 为1 088 V，#4G 在检修中，没有进行测量。这个值比用标准表由三相测量得出的值偏大，其原因是：发电机中心点上有3 次谐波，一般约（200～300）V，叠加到一次基波上，经万能表整流后而指示。用电磁式的标准表，测量的仅是基波电压成分，故要小些。发电机的定子接地保护，高次谐波已经过滤，是基波电压整流后作用于保护。此值不是发电机定子接地保护所反应的数值，是发电机中性点设备在运行中所承受的对地电压值。

4 结 语

发电机零序电压与母线电压相比较，其值只有百分之十几，很难测量准确，需要使用标准表计测量。作为发电机定子接地保护的零序电压，应采用上述标准表计测量值。作为发电机中性点设备在运行中所承受的电压值，应在发电机中性点上直接测量，用配电盘上表计测量出的值偏差较大，不可信赖。