关于发电机中性线接地电流产生原因及控制措施

关于发电机中性线接地电流产生原因及控制措施近年来，我国小水电事业快速发展，各地新建了一批以220V/400V为主的小型发电机，经济效益和社会效益显著。然而，在运行过程中，小型水轮发电机中性线接地电流较大。这些发电机的出口电压一般都是40kV，经过变压器升压为10kV或35kV并并入电网。有些发电机中性线电流甚至高达几百安，使得按规定截面配置的中性线发热烫手，威胁着电流互感器等的安全运行。经试验分析，认为这是由发电机中存在的谐波电势所引起的。本文就水轮发电机中性线接地电流产生原因及控制措施作浅述。2中性线电流控制措施为了控制中性线电流，采取以下措施：(1)加装中性点接地电阻。根据电流大小，选用合适的电阻值，使中性点电位与大地电位相等，从而限制中性线电流的大小。(2)采用三相三线制接线方式。这种接线方式下，中性线不直接接地，中性线电流为零。(3)采用谐波滤波器。谐波滤波器能够滤除电网中的谐波电流，从而减小中性线电流。(4)采用特殊的绕组结构。这种结构能够减小3次谐波电势的大小，从而减小中性线电流。(5)采用晶闸管整流器。晶闸管整流器能够减小谐波电流的大小，从而减小中性线电流。如果使用单相整流电路，则应在接感性负载时采用奇次谐波滤波器，在接容性负载时采用偶次谐波滤波器。如果使用三相全控桥6脉整流器，则应在变压器原边及供电线路上采用谐波滤波器。综上所述，为了控制水轮发电机中性线接地电流，可以采用加装中性点接地电阻、采用三相三线制接线方式、采用谐波滤波器、采用特殊的绕组结构和采用晶闸管整流器等措施。单台发电机在带直配负荷运行时，如果负荷侧中性点接地，那么3次谐波电流需要通过负荷阻抗才能形成回路。由于这个阻抗值较大，因此这种运行方式的中性线电流不大。多台机组并联运行时，3次谐波电流可以在母线和发电机之间形成环流，此时的阻抗较小。在理想情况下，多台发电机并联运行时，负荷分配均匀、功率因数相同、相位相同，各机组的3次谐波电势互相抵消，不会形成环流。但是由于发电机制造工艺上的差异，各发电机的谐波分量幅值不同，或各发电机所承担的负荷不同，以及无功功率分配不均匀等，从而使各台发电机的电势相位不同，合成的3次谐波电势在并联运行机组的中性线上形成较大的中性线电流。扩容后，我的两台发电机中性线产生较大的电流，主要原因是制造工艺上存在较大的差异，扩容后也没有经过严格的测试。中性线上流过的总电流是由三相负荷不平衡电流（基波零序电流）和3次谐波电流的叠加所组成。中性线电流过大会导致导线载流量下降，同时也会影响发电机的寿命和效率。严重时可能会烧毁中性线，使发电机发热，进而造成绝缘老化加剧，影响发电机的寿命。为了控制中性线中的3次谐波，必须采取措施。由于制造上的原因，要完全克服3次谐波电流是有困难的，因此必须从发电机的运行方式及系统上采取措施限制3次谐波电流。其中一种措施是在中性线引出线上加装隔离开关，以切断3次谐波的环流回路。在运行中，可以根据中性线上的谐波电流大小和分布情况，断开一些发电机中性线的隔离开关，使这些发电机运行于三相三线制，未断开的发电机运行于三相四线制，承担220V负荷。但这种方法的缺点是，单相负荷会集中于个别发电机，增加了这些发电机的三相负荷的不平衡度。当发电机系统中发生单相接地故障时，短路电流减小，此时应考虑对继电保护和熔断器的影响。另一种措施是在中性点引出线上加装电抗器，可以有效地限制3次谐波电流。但是加电抗器后，会引起负荷中性点偏离，增加了三相电压的不平衡度，降低了单相短路保护的灵敏系数。从限制3次谐波电流的角度看，接地电抗器的阻值越大越好，但从减小中性点电压偏离的角度看，电抗器的阻值越小越好。因此，选择电抗器的阻值时要兼顾二者的要求。本文讨论了选择接地电抗器的问题。根据实际情况，我们建议选择额定电流为发电机额定电流的25%的接地电抗器，并确保在额定电流通过时，其上的电压降不超过10V。此外，我们建议在励磁回路中加装直流均压线，以实现无功负荷分配的平衡，并有效抑制3次谐波。这将有助于提