小水电站中性线电流过大的防治.docx

运行与维护SMALLHYDROPOWER2012No3,TotalNo165

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小水电站中性线电流过大的防治

陈创新(茂名市粤能水电有限公司广东茂名525000)

近年来，随着国家能源结构的不断调整和电力市场对能源需求的不断增大，广大农村(特别是偏远山区)兴建了许多机组出口电压400V、单机容量800kW以下的小水电站。这些小水电站主要为直接接地系统，即将发电机中性点引出线接在1条公共的中性线上，再与变压器低压侧中性线公用1个接地地网。这些电站普遍存在中性线电流偏大的问题，常常造成发电机、变压器效率降低及温升提高，中性线过度发热等。

1中性线电流过大的现象及分析

1.1现象

广东省高州市大西电站为2台500kW低压机组，公用1台1250kVA主变上网的扩大单元接线。经现场检测，随着单台机组负荷的增加(或2台机组并联运行增加负荷),发电机中性线及变压器中

发电机中性点电流200

发电机中性点电流

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机组负荷(kW)

图1单机运行中性线电流(改造前)

收稿日期：2012-02-27

作者简介：陈创新(1979-),男，工程师，主要从事小水电的投资建设、运行管理工作。

Email:chenxxc@

性线产生的电流越来越大，最高时接近250A(见图1、图2),导致中性线(引出圆钢φ20)长期发烫、发红。用示波器测量发电机出口电压波形图，发现每相电压波形顶端出现不规则的平顶，且每相波形基本一致。

300

发电机中性点电流25031号机组中性点电流2号机组中性点电流主变中性点电流

发电机中性点电流

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机组负荷(kW)

图2两台机并联运行中性线电流(改造前)

1.2原因分析

大西电站机组的三相电流电压基本一致，显而易见，中性线电流不是由于发电机三相负荷不平衡而引起的。这个较明显的平顶波里面含有较大的三次谐波电势分量和少量的其他高次谐波分量，这从谐波分析仪的检测结果中也得到了证实。

由于低压水轮发电机定子线圈采用星形加中性线引出，相电势中存在三次谐波电势，这样三次谐波电势经发电机线圈、变压器线圈、中性线导线形成闭合回路，产生三次谐波电流。这条回路中限制谐波电流的电抗主要是发电机和变压器的零序电抗。经设备厂家提供，大西发电机的零序电抗为25MO,主变压器的零序电抗为80MQ。虽然谐波电势只有几十伏，但也会产生较大的零序电流。

1.3中性线回路谐波产生原因

1.3.1小型水轮发电机结构和制造工艺不合理

小水电2012年第3期(总第165期)运行与维护

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发电机的线圈一般是被嵌入线槽中，由于这些线槽不可能严格按正弦形分布，从而使得产生的磁动势是畸变的1],因此发电机也被认为是谐波源。机组并联运行时，每台发电机制造工艺和结构不能做到绝对一致，这样就会产生谐波叠加，增加谐波电势的强度。

1.3.2电力变压器结构和制造工艺不合理

由于变压器铁芯的饱和与磁化曲线的非线性，使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波[2]。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。

这两个方面产生的谐波都是客观存在的，对于水电站来说，无法消灭或减轻，只能通过增加谐波回路阻抗来达到限制谐波电流的目的。

2防治措施的利弊分析

三次谐波电流利用中性线形成回路，以中性线电流的形式表现出来。该电流在发电机定子绕组及主变压器低压线组中通过时，必将引起巨大的额外损耗产生，使发电机、主变压器的运行温升增大，效率降低。要有效抑制中性线电流过大则要有效抑制谐波，其中主要是抑制三阶谐波的产生。针对增加谐波回路阻抗的思路，有以下几种解决方法：

2.1切断变压器和发电机中性线的连线

优点：将发电机或变压器的中性线拆除，使三次谐波电流无法形成回路，即相当于谐波回路阻抗无限大，故中性线电流也就不会产生。

缺点：这样改变后，一旦发生发电机或变压器发生内部短路，或者三相负荷不平衡