发电机零序电流过大原因.docx

发电机零序电流过大的原因分析发电机零序电流过大的原因分析一、概述 不少小型发电厂，将发电机中性点引出接在一条公共的中性线上，再与主变 压器低压侧中性点共用一个接地装置接地发电机中性点这种运行方式带来中 性线电流过大，给发电机、主变压器的经济安全运行造成极为不良的影响三 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 电流大小相等才会是零线电流为零比如说三相都是电阻负载（三相电阻炉） ， 都是电容负载（补偿电容） ，或者三相电机造成零线电流还有一个原因是三 次谐波，三次谐波在零线上叠加，即使三相平衡，零线仍然有电流，但是此电 流很小 二、分析中性线电流过大的原因 小型发电机由于结构和制造工艺上的原因，其主磁通在空气隙中的分布只能 是近似正弦波的平顶波，其中含有较大比重的高次谐波分量，特别是三次谐波 分量因此在定子绕组中除感应出基波电势外，还会感应出一定数量的其他高 次谐波分量，其中以三次谐波分量比重最大，即定子绕组中的感应电势亦为近 似正弦波的平顶波 若电厂所选用的发电机规格、型号、生产厂家不完全一样，则每台发电机 产生的三次谐波电势值及相位值均不相同；若电站所选用的发电机为同一生产若电站所选用的发电机为同一生产 厂家的同规格、型号的机型，也会因为各台机组的转速特性、左右开度等不完厂家的同规格、型号的机型，也会因为各台机组的转速特性、左右开度等不完 全相同的工况而导致各台发电机的三次谐波电势值及相位值均不相同。

全相同的工况而导致各台发电机的三次谐波电势值及相位值均不相同 此外，对三次谐波电势来说，在其承载感性负荷时（变压器）所产生的电 极反应是起助磁作用的现在电站将各台发电机的中性点，用一条公共的中性 线联接在一起，并与主变压器低压侧中性点共用一个接地装置接地这样发电 机便通过接地装置与主变压器的低压侧中性点联接，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进一步的加强而中性线阻抗又 很小，所以必然会产生中性线电流，严重情况下其值可达到或超过发电机相电 流值 三、三次谐波电流的危害 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绕组中通过时，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，效率降低同时长期热效应必将 加速电缆的绝缘老化，使电气设备运行寿命缩短 3.1 为了更直观地说明三次谐波电流所引起的额外损耗，现将一小型水电站 作的一些测试情况作范例介绍如下 某小型水电站装机 1×160kW，配用 SL－200/10 型主变压器 1 台，发电机引 出线采用 4 根长 67m、截面面积为 70mm2 的铜芯绝缘导线，中性线与主变压 器低压侧中性点共用一个接地装置接地。

测试时，先将主变压器高压的所有跌 落式熔断器全部拉断，然后启动水轮发电机组并建立空载电压，随后将发电机 的主控开关投入，使发电机及主变压器处于空载运行状况用钳形电流表对中 性线电流 I 进行多次测量，取其平均值为 233A之后主变压器的空载损耗 W1(测量)为 0.957kW，较变压器生产厂家所提供的空载损耗 W2(0.54kW)要大得 多该小型水电站的年投运时间 T 约为 7000h，则可以算出中性线和主变压器 每年所增加的额外电能损耗1）中性线的额外年电能损耗 A1 查《电工手册》得 70mm2 的铜芯导线单位电阻 r0 为 0.28Ω/km，则线电阻 R 为：R＝r0L＝0.28×0.067＝0.0188Ω 则年额外电能损耗为： A1＝I2×R×103×T＝2332×0.0188×10－3×7000＝7144kWh （2）主变压器的额外年电能损耗 A2 A2＝(W1－W2)×T＝(0.957－0.540)×7000＝2919kWh  此外，三次谐波电流在通过发电机绕组时也要引起额外损耗的产生，高次谐 波磁通通过有关金属部件、油箱、外壳形成回路时还会引起附加铁损的产生 所以实际上由于三次谐波电流的存在，所造成的额外年电能损耗要远远超出以 上所计算的两项额外损耗之和。

 额外损耗的大量产生，使主变压器、发电机、中性线的温升大幅度增加，每 当夏季高温时期主变压器的温升经常会超出规程要求(允许温升值为 55℃)，这 样必然会大大加快主变压器绝缘的老化速度，即必将使主变压器的使用寿命大 大降低发电机在夏季运行温升同样偏高，中性线发热严重 ，都会使其使用寿 命大为减少 3.2 降低电站出力，造成资源浪费 因为三次谐波电流仅在低压侧，借助中性线形成回路流动，即三次谐波电 流仅在低压侧作环流循环流动，并未输入电网，所以发电机的定子绕组的额定 电流值是一定的这一环流在定子绕组中通过，则势必要减少发电机的真正输 出容量，使其不能满出力向电网送电，否则发电机就将出现过负荷运行工况， 大大地降低发电机的利用率，并且难以实现用提高发电机运行功率因数值(发电 机运行功率因数值，最高可将 cosφ 值提高到 0.9～0.95)的方法，来抢发更多的 有功功率 四、解决对策 谐波电势决定于发电机结构，但是发电机出厂后一般不能改动，因此只能增 加谐波电流回路的阻抗值实践证明，将各发电机中性点直接接地改为经电抗实践证明，将各发电机中性点直接接地改为经电抗 器接地是一种很好的方法。

既有效地抑制了中性线电流，又保证了发电机及其器接地是一种很好的方法既有效地抑制了中性线电流，又保证了发电机及其 中性点设备的安全可靠运行，取得了很好的效果改进中性点接线后用示波器中性点设备的安全可靠运行，取得了很好的效果改进中性点接线后用示波器 观察，发电机相电压波形明显得到改善而趋于正弦形，其幅值与额定相电压也观察，发电机相电压波形明显得到改善而趋于正弦形，其幅值与额定相电压也 明显趋于一致实践证明，该方法简便，成本低廉，在运行中不消耗有功功率；明显趋于一致实践证明，该方法简便，成本低廉，在运行中不消耗有功功率； 由于谐波电势主要以三次谐波为主，而电抗器对谐波电流呈现的阻抗值是基波由于谐波电势主要以三次谐波为主，而电抗器对谐波电流呈现的阻抗值是基波 的三倍这样就有效地抑制了谐波电流值，而对基波电流不会有太大的影响这样就有效地抑制了谐波电流值，而对基波电流不会有太大的影响 要消除以上各项缺陷，最简便可靠的方法就是改变发电机中性点的运行方 式，即将发电机的中性线拆除，使三次谐波电流无法形成回路因为在运行中 将发电机中性线拆除后，发电机便成为三相三线制运行方式(发电机中性点不作 接地处理)，原发电机的接地保护可利用发电机的三相电压表作指示。

原发电机的接地保护可利用发电机的三相电压表作指示这样改变 后虽然在各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 ，但因已经没有中性线作为通路，则无法形成回路，故中性线电流也就不会 产生，从而消除了因三次谐波电流存在所引起的额外电能损耗、发(变)电设备运 行温升过高、发电机出力受阻等缺陷的产生 ，提高了发电机、主变压器运行的 经济性和安全性改变发电机中性点的运行方式，仅需将其中性线拆除即可，其他接线则一律 保持不变，即主变压器低压侧中性点，仍然按照要求作直接接地不变，并由主变压器低压侧中性点引出中性线，以解决电站本身 220V 及近区 380/220V 的供 用电问题4 月月 2 日设计院意见日设计院意见：可能原因（1）负荷不平衡 （2）机组启动时有电感元件作用，如晶闸管 （3）系统谐振对本发电机组的冲击 因本厂用电负荷较小，负荷不平衡的原因并不能引起较大零序电流，故排除 此原因机组启动时由机组启动柜启动的，查看机组资料发现，电感引起的作 用很小，不会超过相电流的 20%，也排除第二种可能 未有详细资料验证第三种原因，建议用专用检测设备检测机组运行时的零序 电压 原则上设计院人员同意如上做法，把零线拆除，低压用电由变压器中性线构 成回路。

具体做法设计院人员未给出解决方案以下关于发电机保护的设计规范以下关于发电机保护的设计规范第三章 发电机的保护 第 3.0.1 条 本条说明对发电机的哪些故障及异常运行方式应装设相应的保护 对于发电机定子绕组相间短路，字子绕组匝间短路和发电机外部的短路故障， 应分别装设主保护和后备保护，对于定子绕组接地、过电压、过负荷，发电机 失磁和励磁回路一点二点接地应装设异常运行保护，必要时还可以装设辅助保 护 对于发电机匝间短路按本规范第 3.0.5 条规定，在有条件装设横联差动保护的发 电机应装设横联差动保护，以保护匝间短路，对于没有条件装设横联差动保护 的发电机不要求装设专用匝间短路保护按目前国产发电机设计情况，定子绕 组为星形接线，有并联分支，在中性点有分支引出端子发电机有 QF-3-2、QFK- 3-2、QFG-3-2、TOC-6075/2、QF-25-2、QF-25-2、TQG-25-2 等多种机型，有装设 横联差动保护的条件另外，匝间短路危害严重，统计表明在中小机组上发生 匝间短路的频次也多，而横联差动保护构成简单，保护动作的安全可靠性好， 可有效地保护发电机匝间短路和定子绕组断线故障，故规定在有条件时应装设 横联差动保护。

本条之八，对励磁电流异常下降或消失称为失磁故障，符合习惯叫法，其保护 继电器国内外部称作失磁保护，即要求失磁保护既保护发电机完全失去励磁， 又保护部分失去励磁的故障 关于逆功率保护，对于大型机组需要装设逆功率保护，而对于小型机组我国多 年来的作法是，当主汽门关闭时，在主控制室给出声光信号，由运行值班员根据实际情况，做出判断处理，或重新挂闸送汽恢复运行，或跳开发电机主开关 也有一些工程采用主汽门掉闸联跳发电机主开关的作法中小型机组这样处理 方式一般说是合适的，并未发现造成某种严重后果，因此不必规定装设逆功率 保护另外应当说明，按规范的编写方式，对于有特殊要求的发电机，并未排 除，即不禁止装设诸如逆功率或其它保护装置自然，如无“特殊”可言，则 应当按标准办事 第 3.0.2 条 本条说明保护出口动作方式其中， “解列”适用于发电机外部短路 故障保护和某些异常运行方式如失磁保护，保护出口动作于发电机断路器或母 联(分段)断路器，不动作于灭磁开关，这样汽轮发电机组在运行中甩掉了基本负 荷，但还可以带厂用电在定频率、额定电压下稳定运行，如果需要可以随时并 网恢复供电而“停机”不仅要断开发电机断路器，并且要动作于灭磁开关， 还要停原动机。

在发电机内部发生短路故障时，保护应动作于停机在实际工 程设计中，有时两种保护出口方式并存，有时只用一种，本章条文中有具体规 定 第 3.0.3 条 本条说明对发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障应装设的保 护装置 作为发电机的主保护，对不同类型和特点的发电机应配置相应的保护装置对 于 1MW 以上的发电机，规定应装设纵联差动保护；对于 1MW 及以下的发电机， 根据不同情况选择下列保护中的一种：过电流、低电压、电流速断、低压过流、 纵联差动保护等 第 3.0.4 条 关于发电机定子绕组单相接地的条文 关于发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值，本规范定为 4A如果电机 制造厂家给出了这个数值，则以制造厂数据为准，鉴于一般情况下，制造厂未 规定发电机定子绕组单相接地故障接地电流允许值，所以参照原不电部标准 《继电保护和安全自动装置规程》SDJ6-83 表 2.2.4，按发电机额定电压为 6kV 考虑接地电流允许值为 4A 发电机中性点有不接地、经消弧线圈接地或经电阻接地等接地方式，讨论发电 机是否装设有选择性的接地保护，不考虑消弧线圈的补偿作用，因为消弧线圈 有退出运行的可能，应按实际运行可能出现的单相接地电流值是否大于允许值 确定。

“对于发电机变压器组应装设保护区不小于 90%的定子接地保护”的规定，电 力系统各部门多年来都是按此执行的 第 3.0.5 条 关于发电机匝间短路装设横联差动保护的规定 如第 3.0.1 条的。