小型低壓水輪發(fā)電機的諧波電流及其抑制_secret

1、小型低壓水輪發(fā)電機的諧波電流及其抑制摘 要：本文從小型水輪發(fā)電機的運行實際出發(fā)，詳細分析了產生諧波電流的原因和抑制諧波電流的方法，具有很好的現實意義。關鍵字：小型水輪發(fā)電機諧波電流抑制1問題提出在幾百kW，400V的小型機組運行中，我們曾觀測到發(fā)電機中性線電流增大的實例。如興義市興西湖管理所楓洞電站1號400kW機組，有時其中性線電流高達幾百安，常常將按規(guī)格配置的發(fā)電機中性線接地扁鐵(404mm)燒成暗紅，中性線發(fā)熱、燙手甚至熔化，嚴重威脅著發(fā)電機及其中性點設備的安全運行。在該站投運之初，運行人員為防止發(fā)電機中性線燒壞，曾將其拆除運行，但不久即發(fā)現，這樣做不但不能保證安全，反而使發(fā)電機的絕緣受

2、到極大的威脅。因為中性線電流I0與負荷電流幾乎無關，即使讓兩臺發(fā)電機空載并聯運行，中性線I0仍很大。進一步用示波器觀察得到幅值不等的發(fā)電機相電壓波形如圖1所示。其最大幅值遠遠高于發(fā)電機相電壓。將發(fā)電機中性線拆除，再次用示波器觀察，發(fā)電機相電壓波形仍如圖1所示，但其幅值有時甚至遠遠高于發(fā)電機出口線電壓水平。這樣高的電壓在發(fā)電機上長期運行，將使發(fā)電機絕緣損壞而燒毀。因此，有必要尋找一種抑制小型水輪發(fā)電機中性線電流過大的方法。圖1發(fā)電機相電壓波形2諧波電流分析發(fā)電機中性線不僅在不對稱運行中致使其出現中性點位移時，具有保證運行人員安全的作用，而且能在此時使發(fā)電機三相電壓趨于平衡，保證發(fā)電機的安全運行及

3、可靠供電，因為中性線電流是不對稱運行時諧波電勢致使中性點出現位移電壓而引起的。從圖1中我們可以看出，這是一個較明顯的平頂波，含有較大的三次諧波電勢分量。若僅存在諧波電勢而沒有相應的通路或這個通路上有較大的阻抗時則不會產生較大的諧波電流。在單臺發(fā)電機帶直配負荷運行時，若負荷側中性點接地，則諧波電流要經過負荷阻抗才能構成回路，這個阻抗值是較大，因此這種運行方式的中性線電流不大，一般在30A以下(這時中性線電流是諧波電流和三相負荷不平衡電流的綜合值)。當發(fā)電機單機運行并經過升壓變壓器向線路送電時，情況就有所不同。由于10/0.4kV的變壓器一般為Y/Yno12接線，變壓器低壓側中性點直接接地，這就與

4、中性點也直接接地的發(fā)電機構成了零序電流通路。這條通路中限制零序電流的電抗主要是發(fā)電機和變壓器的零序電抗，發(fā)電機的零序電抗較小，幾百kW的機組一般為幾十毫歐，變壓器的零序電抗也不大，1000kVA,10/0.4kV的變壓器低壓側零序電抗約為80m左右。因此即使諧波電勢只有幾伏到幾十伏，也會產生較大的零序電流。如果這時拆除變壓器中性線，則發(fā)電機中性線電流很快下降并趨于零。在小型水電站中大多是兩臺及以上機組并聯后經升壓變壓器向外供電。發(fā)電機和變壓器中性點都直接接地或用零序線引到配電盤再集中接地，這樣不僅發(fā)電機與變壓器中性點之間都能構成零序電流通路，而且在發(fā)電機諧波電勢差的作用下形成更大的電流。這就是

5、運行中小型發(fā)電機組產生中性線電流并且增大的原因。3抑制措施諧波電勢決定于發(fā)電機結構，但是發(fā)電機出廠后一般不能改動，因此只能增加諧波電流回路的阻抗值。實踐證明，將各發(fā)電機中性點直接接地改為經電抗器接地是一種很好的方法。興義市興西湖管理所楓洞電站在運行中采用該方法后，既有效地抑制了中性線電流，又保證了發(fā)電機及其中性點設備的安全可靠運行，取得了很好的效果。改進中性點接線后用示波器觀察，發(fā)電機相電壓波形明顯得到改善而趨于正弦形，其幅值與額定相電壓也明顯趨于一致。實踐證明，該方法簡便，成本低廉，在運行中不消耗有功功率；由于諧波電勢主要以三次諧波為主，而電抗器對諧波電流呈現的阻抗值是基波的三倍。這樣就有效地抑制了諧波電流值，而對基波電流不會有太大的影響。為了在小型水電站中推廣使用該方法，在難以買到合適的電抗器時，可用現成材料自制。自制時鐵心和線圈數據、尺寸等應根據現場條件進行選擇，原則是在電抗值盡量小的前提下將零序電流限制在允許值范圍內。如果中性線上所接電抗器電抗值較大，當發(fā)電機帶單相或三相不平衡負荷運行時，中性點位移就會很大，不但影響供電質量，而且對設備和運行人員也有危險。因此其匝數最