電站運行中性線電流過大的危害與對策
很多小型水電站將發(fā)電機的中線點直接引出，接在公共中性線上，然后再與主變壓器低側(cè)中性點共用一個接地裝置接地，下面是小編速記整理的一篇探究電站運行中性線電流過大問題的論文范文，歡迎閱讀參考。
引言
本文將根據(jù)永順縣小溪鄉(xiāng)杉木溪村的杉木溪電站的實際情況，分析杉木溪電站運行情況，詳細(xì)闡述杉木溪電站中性線電流過大的原因，并且針對這一問題提出相應(yīng)的解決對策。
1杉木溪電站概述
杉木溪電站位于永順縣小溪鄉(xiāng)杉木溪村，距酉水河主河道1.5km,杉木溪電站集雨面積22.5km2,設(shè)計水頭38m,運行水頭32~46m,裝機容量2×250kW共500kW,水庫庫容約100萬m3.
杉木溪電站2007年開始動工建設(shè)，2009年主體工程完工。電站發(fā)電機出口電壓為400V,采用三相四線制，發(fā)電機至變壓器低壓側(cè)中性線在發(fā)電機機旁盤處作接地連接，發(fā)電機母線采用單母線接線方式，兩臺發(fā)電機分別經(jīng)出口開關(guān)接入400V發(fā)電機母線,再通過主變壓器(容量為630kVA)升壓至10kV,經(jīng)10kV高壓熔斷器接入10kV線路，電能送入15km外的明溪口變電站，接入電網(wǎng)。
1.110kV線路情況
杉木溪電站至明溪口變電站10kV線路長約15km,此10kV線路供小溪鄉(xiāng)各村用電，與各農(nóng)村臺變形成供電用電網(wǎng)絡(luò)。小溪鄉(xiāng)屬國家級自然保護區(qū)，10kV線路沿途環(huán)境復(fù)雜，高山林密，線路未經(jīng)過農(nóng)電改造，一遇下雨，經(jīng)常跳閘。
1.2杉木溪電站運行情況
杉木溪電站建成后，在開機并網(wǎng)后空載運行時，每臺機組中性線電流在90A左右，負(fù)荷加到額度負(fù)荷運行時，每臺機組額度電流為390A,一號機中性線電流132A,二號機中性線電流149A,發(fā)電機母線至變壓器中性線電流為281A,遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的中性線電流不能超過線電流25%的規(guī)定，曾出現(xiàn)過發(fā)電機機旁盤中性線接地接頭處發(fā)熱發(fā)紅情況，只好臨時加大中性線線徑的辦法解決。
2中性線電流過大的原因
很多小型水電站將發(fā)電機的中線點直接引出，接在公共中性線上，然后再與主變壓器低側(cè)中性點共用一個接地裝置接地。很容易對發(fā)電機以及主變壓器的正常運行造成不利影響。為了徹底解決杉木溪電站中性線電流過大的問題，需要分析中性線電流產(chǎn)生的原因。通過分析，導(dǎo)致中性線電流過大的`原因如下：
(1)發(fā)電機出口電壓為400V,采用三相四線制供電,發(fā)電機母線處接入的站用電，由于站用電負(fù)荷不平衡而產(chǎn)生了中性線電流。
(2)發(fā)電機三相繞組中的3次及3的倍數(shù)次諧波電勢，在發(fā)電機并網(wǎng)運行后，一部分通過發(fā)電機三相相線、變壓器低壓繞組、變壓器中性點、中性線與發(fā)電機中性線形成回路，產(chǎn)生的3次及3的倍數(shù)次諧波電流(以下統(tǒng)稱為諧波電流)，三相諧波電流在中性線上疊加，形成3倍的諧波電流，加大了中性線電流;另一部分(兩臺機組并網(wǎng)情況下)，通過發(fā)電機母線、兩臺機組相線、繞組和中性線形成回路，諧波電流在兩臺機組相線、繞組和中性線內(nèi)流動，形成環(huán)流。
(3)機組在并網(wǎng)發(fā)電運行后，電站與變電站距離15km,此范圍內(nèi)只有這一條10kV線路供小溪鄉(xiāng)全鄉(xiāng)用電，環(huán)境復(fù)雜，10kV線路沿途供各農(nóng)村自然村，農(nóng)村用戶三相負(fù)荷分配極不平衡，導(dǎo)致發(fā)電機、變壓器負(fù)荷嚴(yán)重不對稱，產(chǎn)生了較大的中性線電流。
3中性線電流的影響與危害
3.1三次諧波電流引起額外損耗
三次諧波電流利用中性線形成回路，并且以中性線電流的形式表現(xiàn)出來。電流從發(fā)電機定子繞組及主變壓器低壓線組中經(jīng)過，會造成較大損耗，從而使得變壓器和發(fā)電機的溫度升高，影響其共組效率。
三次諧波電流在通過發(fā)電機繞組時會產(chǎn)生額外損耗，另外，高次諧波磁通過有關(guān)金屬部件、機座、外殼形成回路時還會產(chǎn)生附加鐵損。因此，額外年電能損耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以上所計算的兩項額外損耗之和。
額外損耗的大量產(chǎn)生，導(dǎo)致主變壓器、發(fā)電機、中性線的溫度迅速升高。特別是夏季高溫時期，主變壓器溫度的快速升高會明顯超出規(guī)程要求(允許溫升值為55℃)，這樣會導(dǎo)致變壓器迅速老化。發(fā)電機在夏季運行溫升同樣偏高、中性線發(fā)熱嚴(yán)重，都會使其使用壽命大為減少。
3.2降低電站出力，造成水資源浪費
三次諧波電流僅在低壓側(cè)作環(huán)流循環(huán)流動，并未輸入電網(wǎng)，但是由于發(fā)電機的定子繞組的額定電流值是定值，因此這一環(huán)流在定子繞組中通過，會造成發(fā)電機的真正輸出容量的減少。否則，發(fā)電機將出現(xiàn)過負(fù)荷運行工況，導(dǎo)致發(fā)電機利用率降低，水量充足時，會產(chǎn)生大量棄水。對此，可以采用提高發(fā)電機運行功率因數(shù)值的方式來搶發(fā)更多的有功功率，減少棄水的產(chǎn)生。
4解決辦法及效果評價
通過上述中性線電流產(chǎn)生的原因分析，在發(fā)電機、變壓器組成的400V系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電機中性點和變壓器低壓側(cè)中性點用中性線相連接主要作用：①給站用220V負(fù)荷提供電源;②在400V系統(tǒng)運行中出現(xiàn)其中一相發(fā)生金屬性接地故障時，另外兩相電壓對地升高至400V,中性線電壓升高為220V,短路電流保護開關(guān)能迅速切除故障設(shè)備，另外兩相和中性線電壓不致升高，保護人身和設(shè)備安全。因此，只要阻斷發(fā)電機和變壓器低壓側(cè)中性線電流回路，就可以解決運行中中性線電流過大的問題。具體解決辦法如下：
4.1一次接線改變
發(fā)電機中性線從發(fā)電機引出后，在發(fā)電機機旁盤處解開，不接地也不與變壓器低壓側(cè)中性線連接;變壓器低壓側(cè)中性線從變壓器低壓側(cè)中性點引至發(fā)電機機旁盤處接地，站用電從發(fā)電機機旁盤處的發(fā)電機母線上取得400V、220V電源。
由于2臺發(fā)電機中性線沒有接地，發(fā)電機不提供給站用電供電，電站站用電主要靠外來電源提供，考慮到此電站發(fā)電機母線除站用電外無直供負(fù)荷，在發(fā)電機停機期間，屬于關(guān)門無人值守，因此也無需用電。廠房內(nèi)漏水很小，一年內(nèi)大多數(shù)時間也不需要排水，因此，電站只配備了一臺電動抽水泵和柴油機抽水泵作為備用，能滿足防汛要求。
一次接線改變后，發(fā)電機并網(wǎng)運行期間，發(fā)電機三相與變壓器低壓側(cè)三相相連接，通過變壓器低壓側(cè)中性線接地;在發(fā)電機開機建立電壓后至并網(wǎng)前中性點沒有接地問題，發(fā)電機外殼與基座、金屬引水管道、蝸殼相連接，形成外殼接地，對人身安全沒有影響，發(fā)電機開機建立電壓后到并網(wǎng)時間很短，發(fā)生單相接地故障幾率很小。
4.2自動裝置和設(shè)備接線改變
4.2.1勵磁裝置發(fā)電機勵磁裝置三相勵磁電源直接取自發(fā)電機側(cè)三相電源，只需要把勵磁三相電源中性線從原接線處解開，與發(fā)電機中性線連接即可。
4.2.2同期并網(wǎng)裝置杉木溪電站機組同期并網(wǎng)裝置采用DZZB-D型微電腦并網(wǎng)裝置，每臺機組配置一臺，此同期并網(wǎng)裝置接線簡單，第一對接線端子、第二對接線端子分別接系統(tǒng)側(cè)、發(fā)電機側(cè)同名相(這里直接接入同名相400V電源,但要注意不得接反)，第三對接地空閑，第四對端子為合閘輸出端子。
4.2.3調(diào)速器系統(tǒng)杉木溪電站采用的是微機調(diào)速器，系統(tǒng)側(cè)頻率接線不須改動，發(fā)電機機頻接線只要把原接地線改接至發(fā)電機中性線連接，不要接地即可。
4.2.4發(fā)電機智能過壓過流保護器杉木溪電站采用的是KPT-6118型過壓過流保護器，保護器工作電壓直接從系統(tǒng)側(cè)獲取220V電源，不用改變，發(fā)電機測量電壓直接從發(fā)電機相電壓獲取，在此，需要從原來的中性線解開，與發(fā)電機中性線相連接，三相電流輸入和其他接線不需要改變。
其他測量表計，如電壓表、有功功率表、電能表，都是接入380V電源，無須改動。上述接線檢查無誤后，進行開機試驗，檢查調(diào)速器裝置、勵磁裝置及同期并網(wǎng)裝置、發(fā)電機智能過壓過流保護器等裝置運行情況，在檢查同期并網(wǎng)裝置時，先拉開發(fā)電機斷路器靠母線側(cè)隔離開關(guān)(發(fā)電機開關(guān)合上后，因其串聯(lián)的隔離開關(guān)已經(jīng)拉開，實際并沒有與系統(tǒng)并列)，進行并網(wǎng)操作，檢查正確性。
試驗正確無誤后，進行機組并列操作。機組并列完成后，不帶負(fù)荷和帶負(fù)荷進行實測，每臺發(fā)電機中性線電流小于0.2A,機旁盤至變壓器中性線電流小于0.8A,基本上為站用電使用時不對稱的中性線電流。結(jié)果非常滿意。同時機組運行期間，水輪發(fā)電機組推力軸瓦、徑向軸瓦溫度明顯下降2~3℃。
5結(jié)語
杉木溪電站運行中中性線電流過大會導(dǎo)致降低電站出力，造成水資源浪費以及引起額外損耗，因此可以采用一次接線改變方法或者自動裝置和設(shè)備接線改變方法，有效解決杉木溪電站運行中中性線電流過大問題。
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