電站運(yùn)行中性線電流過大的危害與對(duì)策,水利水電論文

電站運(yùn)行中性線電流過大的危害與對(duì)策,水利水電論文本文將根據(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，具體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2250kW共500kW,水庫庫容約100萬m3.杉木溪電站2007年開場(chǎng)動(dòng)工建設(shè)，2018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線路長約15km,此10kV線路供小溪鄉(xiāng)各村用電，與各農(nóng)村臺(tái)變構(gòu)成供電用電網(wǎng)絡(luò)。小溪鄉(xiāng)屬國家級(jí)自然保衛(wèi)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)中性線構(gòu)成回路，產(chǎn)生的3次及3的倍數(shù)次諧波電流〔下面統(tǒng)稱為諧波電流〕，三相諧波電流在中性線上疊加，構(gòu)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、繞組和中性線構(gòu)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)，構(gòu)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)只要這一條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構(gòu)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，進(jìn)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、外殼構(gòu)成回路時(shí)還會(huì)產(chǎn)生附加鐵損。因而，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。十分是夏季高溫時(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，因而這一環(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，能夠采用提高發(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)華而不實(shí)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,短路電流保衛(wèi)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，保衛(wèi)人身和設(shè)備安全。因而，只要阻斷發(fā)電機(jī)和變壓器低壓側(cè)中性線電流回路，就能夠解決運(yùn)行中中性線電流過大的問題。詳細(xì)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)母線上獲得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)不提供應(yīng)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，因而也無需用電。廠房內(nèi)漏水很小，一年內(nèi)大多數(shù)時(shí)間也不需要排水，因而，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，能知足防汛要求。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，構(gòu)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)智能過壓過流保衛(wèi)器杉木溪電站采用的是KPT-6118型過壓過流保衛(wèi)器，保衛(wèi)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，在這里，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)智能過壓過流保衛(wèi)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。同機(jī)會(huì)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℃。3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，因而能夠采用一次接線改變方式方法或者自動(dòng)裝置和設(shè)備接線改變方式方法，有效解決杉木溪電站運(yùn)行中中性線電流過大問題。以下為參考文獻(xiàn)[1]楊斌文。電力系統(tǒng)中諧波的