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小型低壓水輪發(fā)電機的諧波電流及其抑制

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小型低壓水輪發(fā)電機的諧波電流及其抑制

1 問(wèn)題提出

  在幾百kW,400V的小型機組運行中,我們曾觀(guān)測到發(fā)電機中性線(xiàn)電流增大的實(shí)例。如興義市興西湖管理所楓洞電站1號400kW機組,有時(shí)其中性線(xiàn)電流高達幾百安,常常將按規格配置的發(fā)電機中性線(xiàn)接地扁鐵(40×4mm)燒成暗紅,中性線(xiàn)發(fā)熱、燙手甚至熔化,嚴重威脅著(zhù)發(fā)電機及其中性點(diǎn)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(xiàn)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)電機的絕緣受到極大的威脅。因為中性線(xiàn)電流I0與負荷電流幾乎無(wú)關(guān),即使讓兩臺發(fā)電機空載并聯(lián)運行,中性線(xiàn)I0仍很大。進(jìn)一步用示波器觀(guān)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(xiàn)拆除,再次用示波器觀(guān)察,發(fā)電機相電壓波形仍如圖1所示,但其幅值有時(shí)甚至遠遠高于發(fā)電機出口線(xiàn)電壓水平。這樣高的電壓在發(fā)電機上長(cháng)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(xiàn)電流過(guò)大的方法。頻譜分析儀| 電池測試儀| 相序表| 萬(wàn)用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表|

 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(xiàn)不僅在不對稱(chēng)運行中致使其出現中性點(diǎn)位移時(shí),具有保證運行人員安全的作用,而且能在此時(shí)使發(fā)電機三相電壓趨于平衡,保證發(fā)電機的安全運行及可靠供電,因為中性線(xiàn)電流是不對稱(chēng)運行時(shí)諧波電勢致使中性點(diǎn)出現位移電壓而引起的。從圖1中我們可以看出,這是一個(gè)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(méi)有相應的通路或這個(gè)通路上有較大的阻抗時(shí)則不會(huì )產(chǎn)生較大的諧波電流。

  • 電壓事件記錄儀MI2193
  • 手持式三相電力質(zhì)量分析儀MI2392
  • 功率諧波分析儀MI2092/電力質(zhì)量分析儀MI2192/MI2292
  • 三相電力諧波分析儀MI2092

      在單臺發(fā)電機帶直配負荷運行時(shí),若負荷側中性點(diǎn)接地,則諧波電流要經(jīng)過(guò)負荷阻抗才能構成回路,這個(gè)阻抗值是較大,因此這種運行方式的中性線(xiàn)電流不大,一般在30A以下(這時(shí)中性線(xiàn)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(jīng)過(guò)升壓變壓器向線(xiàn)路送電時(shí),情況就有所不同。由于10/0.4kV的變壓器一般為Y/Yno-12接線(xiàn),變壓器低壓側中性點(diǎn)直接接地,這就與中性點(diǎn)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80mΩ左右。因此即使諧波電勢只有幾伏到幾十伏,也會(huì )產(chǎn)生較大的零序電流。如果這時(shí)拆除變壓器中性線(xiàn),則發(fā)電機中性線(xiàn)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(lián)后經(jīng)升壓變壓器向外供電。發(fā)電機和變壓器中性點(diǎn)都直接接地或用零序線(xiàn)引到配電盤(pán)再集中接地,這樣不僅發(fā)電機與變壓器中性點(diǎn)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。這就是運行中小型發(fā)電機組產(chǎn)生中性線(xiàn)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(chǎng)后一般不能改動(dòng),因此只能增加諧波電流回路的阻抗值。實(shí)踐證明,將各發(fā)電機中性點(diǎn)直接接地改為經(jīng)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(xiàn)電流,又保證了發(fā)電機及其中性點(diǎn)設備的安全可靠運行,取得了很好的效果。改進(jìn)中性點(diǎn)接線(xiàn)后用示波器觀(guān)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(shí)踐證明,該方法簡(jiǎn)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(huì )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(mǎi)到合適的電抗器時(shí),可用現成材料自制。自制時(shí)鐵心和線(xiàn)圈數據、尺寸等應根據現場(chǎng)條件進(jìn)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(xiàn)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(shí),中性點(diǎn)位移就會(huì )很大,不但影響供電質(zhì)量,而且對設備和運行人員也有危險。因此其匝數最好做成可以改變的,以便根據運行情況增減匝數,調整電抗值,從而取得最佳效果。另外,為了保證運行人員的安全,安裝該電抗器時(shí)最好用一圍欄將其圍住,運行中改變匝數以在圍欄外即可進(jìn)行為好。

  • 發(fā)布人:2011/2/28 10:12:00897 發(fā)布時(shí)間:2011/2/28 10:12:00 此新聞已被瀏覽:897次