小型燃气发电机中性点电流过大原因分析及解决方案

国内不少小型燃气发电厂站将发电机中性点引出线接在一条公共的中性线上，再与主变压器低压侧中性点公用一个接地装置。发电机中性点这种运行方式带来中性线电流过大，给发电机、主变压器的经济安全运行造成极为不良的影响，严重时可能危及人身安全。

【关键词】小型燃气发电机 中性点 电流过大

目前，国内不少小型燃气发电厂站将发电机中性点引出线接在一条公共的中性线上，再与主变压器低压侧中性点公用一个接地装置。发电机中性点这种运行方式带来中性线电流过大，给发电机、主变压器的经济安全运行造成极为不良的影响，严重时可能危及人身安全。三相电流大小相等，不一定完全代表三相平衡。只有三相负载类型相同，且三相电流大小相等才会使中性线电流为零。造成中性线电流还有一个原因是三次谐波，三次谐波在零线上叠加，即使三相平衡，零线仍有电流，但是此电流很小。

1 原因分析

在实际发电机中，由于结构和制造工艺的原因，磁极磁场并非完全按照标准正弦规律分布，一般是呈平顶形分布，因此定子绕组内的感应电动势也不完全是正弦波形，即除了正弦波形的基波外还包含着一系列非正弦量谐波，特别是三次谐波分量。因此在定子绕组中除感应出基波电势外，还会感应出一定量的其他高次谐波分量，其中三次谐波分量比重最大，即定子绕组中的感应电势亦为近似正弦波的平顶波。

此外，对于三次谐波电势来说，在其承载感性负载时所产生的电极反应是起助磁作用的。发电站将各台发电机的中性点用一条公共的中性线联接在一起，并与主变低压侧中性点公用一个接地装置接地，这样发电机便通过接地装置与主变低压侧中性点联接，这就构成了零序电流通路。这条通路中限制零序电流的电抗主要是发电机和变压器的零序电抗，发电机的零序电抗较小，一般几百千瓦的机组零序电抗为几十毫欧，变压器的零序电抗也不大，因此即使谐波电势只有几伏到几十伏，也会产生较大的零序电流，严重情况下其值可达到或超过发电机的相电流值。

现以龙一联发电站为例说明：

龙一联发电站现有两台400V/600KW的发电机，变压器容量为为2000KVA，两台发电机通过并列模块并网送电，两台发电机各相电流均正常，中性线电流分别为1000A，接线图如图1所示。

2 解决方案

三次谐波电流利用中性线形成回路，以中性线电流的形式表现出来。该电流在发电机定子绕组及变压器低压绕组中通过时，必将引起巨大的额外损耗产生，使发电机、变压器的运行温度升高，效率降低。同时长期热效应必将加速电缆的绝缘老化，使电气设备运行寿命缩短。

为了有效的遏制三次谐波，消除中性线电流，制定了以下两种方案：

方案一：谐波电势决定于发电机结构，但是发电机出厂后一般不能改动，因此只能增加谐波电流回路的阻抗值。如果将各台发电机中性点直接接地改为经电抗器接地，这种运行方式既能有效的抑制中性线电流，又能保证发电机及其中性点设备的安全可靠运行；由于谐波电势主要以三次谐波为主，而电抗器对谐波电流呈现的阻抗值是基波的三倍，这样就有效的抑制了谐波电流值，而对基波电流不会有太大的影响。

方案二：要削减中性线电流，最简便可靠的方式就是改变发电机中性点的运行方式，即将发电机中性线拆除，使三次谐波电流无法构成通路。因为在运行中将发电机中性线拆除后，发电机便成为三相三线制运行方式（发电机中性点不作接地处理）。这样改变后虽然在各发电机定子绕组中仍然会有大小不等、相位不同的三次谐波电势存在 ，但因已经没有中性线作为通路，则无法形成回路，故中性线电流也就不会产生，从而消除了因三次谐波电流存在所引起的额外电能损耗、发（变）电设备运行温升过高、发电机出力受阻等缺陷的产生，提高了发电机、主变压器运行的经济性和安全性。

就龙一联发电站而言，经过现场实际观察发现，现场空间比较小，如若加电抗器，施工难度较大，而且电抗器型号的选择也较为繁琐，施工也较为困难，此情况只能改变发电机的运行方式，但是经过现场实际测试发现，发电机并列模块需要取发电机与变压器的相电压作为参考量，如拆去发电机中性线，并列模块则取不到发电机的相电压，因此，我们决定在发电机与开关间加装3组一比一的电压互感器并将电压互感器二次侧接地，通过电压互感器隔绝谐波电流。这样既满足拆除发电机中性线又满足并列模块能取到发电机的相电压的要求。考虑到拆除中性线后，如若发生接地，则一相电压降为零，另外两相电压升高倍，如长期运行对发电机将产生严重危害，所以需考虑加装发电机的过电压保护。

考虑到发电机的防雷保护，根据目前国内外运行经验表明，经过变压器供电的发电机，由于变压器的保护作用，作用在发电机上的过电压比直配线电机低得多，通常能将传递过电压限制到不危险的程度。只要可靠的保护了变压器，一般不需对发电机采取保护措施，所以不需要加装避雷器。

作者单位

大庆市供电二公司生产技术部 黑龙江省大庆市 163711