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電站運(yùn)行中性線電流過大的危害與對(duì)策
很多小型水電站將發(fā)電機(jī)的中線點(diǎn)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(diǎn)共用一個(gè)接地裝置接地，下面是小編速記整理的一篇探究電站運(yùn)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(shí)際情況，分析杉木溪電站運(yùn)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(duì)這一問題提出相應(yīng)的解決對(duì)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(jì)水頭38m,運(yùn)行水頭32~46m,裝機(jī)容量2×250kW共500kW,水庫庫容約100萬m3.
杉木溪電站2007年開始動(dòng)工建設(shè)，2009年主體工程完工。電站發(fā)電機(jī)出口電壓為400V,采用三相四線制，發(fā)電機(jī)至變壓器低壓側(cè)中性線在發(fā)電機(jī)機(jī)旁盤處作接地連接，發(fā)電機(jī)母線采用單母線接線方式，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)分別經(jīng)出口開關(guān)接入400V發(fā)電機(jī)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(zhǎng)約15km,此10kV線路供小溪鄉(xiāng)各村用電，與各農(nóng)村臺(tái)變形成供電用電網(wǎng)絡(luò)。小溪鄉(xiāng)屬國(guó)家級(jí)自然保護(hù)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(yùn)行情況
杉木溪電站建成后，在開機(jī)并網(wǎng)后空載運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)機(jī)組中性線電流在90A左右，負(fù)荷加到額度負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)機(jī)組額度電流為390A,一號(hào)機(jī)中性線電流132A,二號(hào)機(jī)中性線電流149A,發(fā)電機(jī)母線至變壓器中性線電流為281A,遠(yuǎn)超過國(guó)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(jī)機(jī)旁盤中性線接地接頭處發(fā)熱發(fā)紅情況，只好臨時(shí)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(jī)的中線點(diǎn)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(diǎn)共用一個(gè)接地裝置接地。很容易對(duì)發(fā)電機(jī)以及主變壓器的正常運(yùn)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(jī)出口電壓為400V,采用三相四線制供電,發(fā)電機(jī)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(jī)三相繞組中的3次及3的倍數(shù)次諧波電勢(shì)，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行后，一部分通過發(fā)電機(jī)三相相線、變壓器低壓繞組、變壓器中性點(diǎn)、中性線與發(fā)電機(jī)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(tái)機(jī)組并網(wǎng)情況下)，通過發(fā)電機(jī)母線、兩臺(tái)機(jī)組相線、繞組和中性線形成回路，諧波電流在兩臺(tái)機(jī)組相線、繞組和中性線內(nèi)流動(dòng)，形成環(huán)流。
(3)機(jī)組在并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)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(jī)、變壓器負(fù)荷嚴(yán)重不對(duì)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(jī)定子繞組及主變壓器低壓線組中經(jīng)過，會(huì)造成較大損耗，從而使得變壓器和發(fā)電機(jī)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(jī)繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外損耗，另外，高次諧波磁通過有關(guān)金屬部件、機(jī)座、外殼形成回路時(shí)還會(huì)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(jì)算的兩項(xiàng)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(jī)、中性線的溫度迅速升高。特別是夏季高溫時(shí)期，主變壓器溫度的快速升高會(huì)明顯超出規(guī)程要求(允許溫升值為55℃)，這樣會(huì)導(dǎo)致變壓器迅速老化。發(fā)電機(jī)在夏季運(yùn)行溫升同樣偏高、中性線發(fā)熱嚴(yán)重，都會(huì)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(fèi)
三次諧波電流僅在低壓側(cè)作環(huán)流循環(huán)流動(dòng)，并未輸入電網(wǎng)，但是由于發(fā)電機(jī)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(huì)造成發(fā)電機(jī)的真正輸出容量的減少。否則，發(fā)電機(jī)將出現(xiàn)過負(fù)荷運(yùn)行工況，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)利用率降低，水量充足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量棄水。對(duì)此，可以采用提高發(fā)電機(jī)運(yùn)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(píng)價(jià)
通過上述中性線電流產(chǎn)生的原因分析，在發(fā)電機(jī)、變壓器組成的400V系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)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(yùn)行中出現(xiàn)其中一相發(fā)生金屬性接地故障時(shí)，另外兩相電壓對(duì)地升高至400V,中性線電壓升高為220V,短路電流保護(hù)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(hù)人身和設(shè)備安全。因此，只要阻斷發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)中性線電流回路，就可以解決運(yùn)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(jī)中性線從發(fā)電機(jī)引出后，在發(fā)電機(jī)機(jī)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(diǎn)引至發(fā)電機(jī)機(jī)旁盤處接地，站用電從發(fā)電機(jī)機(jī)旁盤處的發(fā)電機(jī)母線上取得400V、220V電源。
由于2臺(tái)發(fā)電機(jī)中性線沒有接地，發(fā)電機(jī)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(jī)母線除站用電外無直供負(fù)荷，在發(fā)電機(jī)停機(jī)期間，屬于關(guān)門無人值守，因此也無需用電。廠房?jī)?nèi)漏水很小，一年內(nèi)大多數(shù)時(shí)間也不需要排水，因此，電站只配備了一臺(tái)電動(dòng)抽水泵和柴油機(jī)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(jī)并網(wǎng)運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)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(jī)開機(jī)建立電壓后至并網(wǎng)前中性點(diǎn)沒有接地問題，發(fā)電機(jī)外殼與基座、金屬引水管道、蝸殼相連接，形成外殼接地，對(duì)人身安全沒有影響，發(fā)電機(jī)開機(jī)建立電壓后到并網(wǎng)時(shí)間很短，發(fā)生單相接地故障幾率很小。
4.2自動(dòng)裝置和設(shè)備接線改變
4.2.1勵(lì)磁裝置發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置三相勵(lì)磁電源直接取自發(fā)電機(jī)側(cè)三相電源，只需要把勵(lì)磁三相電源中性線從原接線處解開，與發(fā)電機(jī)中性線連接即可。
4.2.2同期并網(wǎng)裝置杉木溪電站機(jī)組同期并網(wǎng)裝置采用DZZB-D型微電腦并網(wǎng)裝置，每臺(tái)機(jī)組配置一臺(tái)，此同期并網(wǎng)裝置接線簡(jiǎn)單，第一對(duì)接線端子、第二對(duì)接線端子分別接系統(tǒng)側(cè)、發(fā)電機(jī)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(duì)接地空閑，第四對(duì)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(jī)調(diào)速器，系統(tǒng)側(cè)頻率接線不須改動(dòng)，發(fā)電機(jī)機(jī)頻接線只要把原接地線改接至發(fā)電機(jī)中性線連接，不要接地即可。
4.2.4發(fā)電機(jī)智能過壓過流保護(hù)器杉木溪電站采用的是KPT-6118型過壓過流保護(hù)器，保護(hù)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(jī)測(cè)量電壓直接從發(fā)電機(jī)相電壓獲取，在此，需要從原來的中性線解開，與發(fā)電機(jī)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(cè)量表計(jì)，如電壓表、有功功率表、電能表，都是接入380V電源，無須改動(dòng)。上述接線檢查無誤后，進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn)，檢查調(diào)速器裝置、勵(lì)磁裝置及同期并網(wǎng)裝置、發(fā)電機(jī)智能過壓過流保護(hù)器等裝置運(yùn)行情況，在檢查同期并網(wǎng)裝置時(shí)，先拉開發(fā)電機(jī)斷路器靠母線側(cè)隔離開關(guān)(發(fā)電機(jī)開關(guān)合上后，因其串聯(lián)的隔離開關(guān)已經(jīng)拉開，實(shí)際并沒有與系統(tǒng)并列)，進(jìn)行并網(wǎng)操作，檢查正確性。
試驗(yàn)正確無誤后，進(jìn)行機(jī)組并列操作。機(jī)組并列完成后，不帶負(fù)荷和帶負(fù)荷進(jìn)行實(shí)測(cè)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)中性線電流小于0.2A,機(jī)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(shí)不對(duì)稱的中性線電流。結(jié)果非常滿意。同時(shí)機(jī)組運(yùn)行期間，水輪發(fā)電機(jī)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(yùn)行中中性線電流過大會(huì)導(dǎo)致降低電站出力，造成水資源浪費(fèi)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(dòng)裝置和設(shè)備接線改變方法，有效解決杉木溪電站運(yùn)行中中性線電流過大問題。
參考文獻(xiàn)
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