楊旭升 劉軍

1大慶油田采油九廠 2大慶油田設(shè)計(jì)院

1 發(fā)電站現(xiàn)狀

龍一聯(lián)燃?xì)獍l(fā)電站2010年建成并投產(chǎn)運(yùn)行，2臺燃?xì)獍l(fā)電機(jī)功率為600 kW，出口電壓為0.4 kV，經(jīng)過0.4/6 kV 2 000 kVA變壓器（型號為S11—M—2000/6 0.4/6.3±5%DYn11）升壓后與35/6 kV變電所并網(wǎng)運(yùn)行。運(yùn)行一段時間后，發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)柜零母排電流高達(dá)1 000 A，電壓為10 V，配電柜局部發(fā)熱。經(jīng)過諧波測試，發(fā)現(xiàn)3、9、15、21次諧波均嚴(yán)重超標(biāo)。三相電流和電壓均平衡，不存在相角差；零母排電流均較大，電壓卻較小。兩面配電柜敞開時互相接觸振動較大，配電柜內(nèi)局部發(fā)熱，采用紅外線溫度測試儀測試溫度從60℃到110℃不等，威脅著發(fā)電機(jī)及其中性點(diǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，有必要尋找一種抑制發(fā)電機(jī)中性線電流過大的方法。

2 問題的分析

針對上述問題，分別對2臺發(fā)電機(jī)組運(yùn)行、1臺發(fā)電機(jī)組運(yùn)行、2臺不運(yùn)行僅用變壓器單端供電三種情況進(jìn)行測試。

2.1 數(shù)據(jù)分析

（1）2臺發(fā)電機(jī)組均正常運(yùn)行。測試數(shù)據(jù)中，現(xiàn)實(shí)中線平均電流為926 A（測試點(diǎn)為匯流零排），零線對地電壓為12 V，電壓波形正常，電流波形失真（1.87＞1.4）。功率因數(shù) pf＝0.94。表明并不是所有提供的功率都被消耗，存在一定數(shù)量的無功功率。電流超前（電容性負(fù)載）或滯后（感應(yīng)性負(fù)載）。N線電壓諧波畸變率為1 539%，主要為3（2n+1）（n＝0，1，2…）倍的電壓諧波源。N線電流諧波畸變率為2 079%，主要為3（2 n+1）（n＝0，1，2…）倍的電流諧波源。k＝9.2，表示諧波電流的數(shù)量，也有資料表示由于諧波電流造成的變壓器潛在損耗的數(shù)值。電壓總諧波畸變率6.7%（＞5%），電流總諧波畸變率35.7%，k＝2.8。從圖1、圖2的測試可以看出，電流、電壓、功率相對平衡；但是對不平衡度進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn)瞬時電流平衡度超過國標(biāo)（國標(biāo)∑u＜2%）。初步估計(jì)為存在短時間諧波，但是也可能原因?yàn)?個諧波源的同次諧波電流在同一相上疊加產(chǎn)生的，短時間諧波主要引起電壓和電流不平衡。

圖1 電流電壓測試

圖2 功率和電能測試

（2）1臺發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。零線電流為515 A，電壓將為7.97 V。電流波形失真，功率因數(shù)pf＝0.94。N線電壓諧波畸變率為1 412%，電壓總諧波畸變率為4.7%（＜5%），不超標(biāo)。N線電流諧波畸變率為2 502%。

（3）發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行（所測數(shù)據(jù)為變電所送電狀態(tài)）。數(shù)據(jù)表示零排電流基本歸零，此數(shù)據(jù)與周圍所有與該配電柜有接觸的導(dǎo)線物件（如拖把、擋板等）測試的電流接近。N線電壓諧波畸變率為1209%。N線電流諧波畸變率為194%，pf=72.5。電流存在不平衡，電壓總諧波畸變率0.6%（＜5%），電流總諧波畸變率為208.3%，k=76.8，各相電流均存在諧波。

（4）三種運(yùn)行情況分析。停電后，零排電流基本為0，但是電流諧波明顯消失，柜體溫度降低。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，判斷零序電流諧波產(chǎn)生熱源，諧波源主要為發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。

2.2 理論分析

（1）發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)分析。磁場磁極的非正弦分布是由于電樞有齒、槽造成非平滑表面引起的，因此發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)也會引起諧波。

（2）發(fā)電機(jī)、變壓器中性線作用分析。中性線電流是不對稱運(yùn)行時諧波電勢致使中性點(diǎn)出現(xiàn)位移電壓而引起的，若僅存在諧波電勢而沒有相應(yīng)的通路或這個通路上有較大的阻抗時，則不會產(chǎn)生較大的諧波電流。

（3）零序電流通路分析。當(dāng)發(fā)電機(jī)單機(jī)運(yùn)行并經(jīng)過升壓變壓器向線路送電時，由于升降壓變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)與工作接地的發(fā)電機(jī)構(gòu)成了零序電流通路，限制零序電流的電抗主要是變壓器的零序電抗，因此只要諧波電勢存在，就會產(chǎn)生較大的零序電流。

3 措施及改進(jìn)

（1）完善發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。磁場非正弦分布引起的諧波電勢，通過采用隱極式轉(zhuǎn)子，勵磁繞組分散布置，讓主機(jī)磁場波形比較接近正弦形；定子采用短距和分布繞組削弱5、7次諧波。減小定子槽開口，采用斜槽的方法削除齒諧波電勢。

（2）加裝電抗器。發(fā)電機(jī)出廠后無法改動，因此只能增加諧波電流回路的阻抗值。在后期改造中，將各發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地改為經(jīng)電抗器接地。為有效限制中線電流，綜合考慮電抗器的容量以及電感在電抗器上引起的電壓降，同時保證中線截面不小于相線的1/2。

（3）試驗(yàn)諧波治理裝置。目前，采油九廠進(jìn)行諧波治理后，功率因數(shù)達(dá)到0.93以上，電壓總諧波畸變率小于5%，諧波電流允許值滿足《大慶油田配電網(wǎng)諧波污染防治技術(shù)管理規(guī)定》的規(guī)定。

（4）完善繼電保護(hù)控制系統(tǒng)。將保護(hù)斷路器更換為四極（增加N線），同時設(shè)置繼電保護(hù)就近保護(hù)方式，增加靠近變壓器側(cè)的延時保護(hù)。