400V发电机中性线电流的控制措施

400V 发电机中性线电流产生原因及控制措施 随着国家节能减排工作的深入开展，各地新上了一批以化工废气、沼气或煤层瓦斯气为主的220V/400V小型发电机，经济效益、社会效益明显。但在运行过程中，发现存在中性线电流过大的问题。下面谈谈中性线电流产生的原因和应该采取的措施。

1．中性线电流产生的原因

发电机出口电压为400V 时，其接线方式有三相三线制和三相四制两种制式。为了能够向220V 负荷供电，小型发电机都采用中性点直接接地方式的三相四线制接线方式，在这种接线方式下，中性线中有可能会产生很大的电流。产生的原因是：一是三相负荷不平衡时，中性线上就有零序电流；二是发电机绕组中的3次及3的倍数次谐波电势产生的谐波电流（以下简称3次谐波电流），中性线中的3次谐波电流等于各相线中3次谐波电流的3倍。

单台发电机带直配负荷运行时，若负荷侧中性点接地，则3次谐波电流要经过负荷阻抗才能构成回路，这个阻抗值较大，因此这种运行方式的中性线电流不大。

多台机组并联运行时，3次谐波电流可以母线和发电机之间形成环流，此时的阻抗很小。当多台发电机并联运行时，理想情况下，负荷分配均匀、功率因数相同、相位相同，各机组的3次谐波电势互相互相抵消，不会形成环流；但是，由于发电机制造工艺上的差异，使各发电机的谐波分量幅值不同，或各发电机所承担的负荷不同，以及无功功率分配不均匀等，从而使各台发电机的电势相位不同，合成的3次谐波电势在并联运行机组的中性线上形成较大的中性线电流。 中性线上流过的总电流为三相负荷不平衡电流（基波零序电流）和3次谐波电流的叠加。

2．中性线电流过大的危害

（1) 影响发电机的寿命和效率。严重时可能烧毁中性线，使发电机发热，造成绝缘老化加剧，影响发电机的寿命。

（2）导线载流量下降。高次谐波电流作用于导线上，则会使导线产生集肤效应，使导线载流量下降。

3、限制措施

中性线中的3次谐波是有害的，必须加以控制。由于制造上的原因，要从发电机结构上完全克服3次谐波电流是有困难的，故必须从发电机的运行方式及系统上采取一引起措施限制3次谐波电流。

（1）中性线引出线上加装隔离开关，以切断3次谐波的环流回路，见图1。在运行中，可根据中性线上的谐波电流大小和分布情况，断开一些发电机中性线的隔离开关，使这些发电机运行于三相三线制，未断开的发电机运行于三相四线制，承担220V 负荷。此时系统中至少保持一台发电机运行于三相四线制。但缺点是：单相负荷集中于个别发电机，增加了这样发电机的三相负荷的不平衡度。当发电机系统中发生单相接地故障时，短路电流减小，此时应考虑对继电保护和熔断器的影响。

图1 中性点引出线上加装隔离开关示意图

（2）中性点引出线上加装电抗器，可以有效地限制3次谐波电流，见图2。其缺点是加电抗器后，引起负荷中性点偏离，加大了三相电压的不平衡度，降低了单相短路保护的灵敏系数。从限制3次谐波电流的角度看，接地电抗器的阻值越大越好，但从减小中性点电压偏离的角度看，电抗器的阻值越小越好。所以电抗器的阻值选择要兼顾二者的要求。

接地电抗器的选择：额定电流按发电机额定电流的25%考虑，同时满足当电抗器通过额定电流时，其上的电压降不大于10V 。

图2 中性点引出线上加装电抗器的示意图

（3）在励磁回路中加装直流均压线，使无功负荷分配趋向平衡，有效抑制3次谐波。

4．案例

某公司新上4台500KW 的沼气发电机，2台1组，通过1台1000KV A 、10KV/0.4KV的升压变压器并入10KV 系统，401、402开关是并网点。主接线见图3：

图3 主接线图

正常时，两台发电机通过10/0.4kV的升压变压器（Y/Yno接线）并网运行，变压器低压侧中性点直接接地，发电机中性点没有接地。为减少中性线上的电流，采取了以下措施：

（1） 设计时该变电所没有接220V 单相用电负荷。

（2） 4014合上，4024拉开。即任何时候只有一台发电中性线刀闸合上。

（3） 中性线上接了一台电抗器。

用钳型电流表测得通过1#发电机中性线的电流仍高达50A-60A 。

在电力系统分析中，一般认为发电机没有零序电势源，零序电流也不能流通，那是针对中性点没有引出的发电机。当400V 发电机采用三相四线制方式时，3次谐波电流有了通路，与采用Y/Y0接线组别升压变压器形成了零序电流通路。这条通路中限制零序电流的电抗是中性点外接电抗、发电机和变压器的零序电抗，发电机的零序电抗较小，几百kW 的机组一般为几十毫欧，变压器的零序电抗也不大，1000kV A 、10/0.4kV的变压器低压侧零序电抗约为80mΩ左右。因此，当外接电抗值较小时，即使3次谐波电势只有几伏到几十伏，也会产生较大的零序电流。如果这时拆除变压器中性线，则发电机中性线电流就会下降并趋于零。

当发电机和变压器中性点都直接接地时，接地网成为零序网络的一部分，此时，即使断开中性线，零序通路仍然存在，在发电机谐波电势差的作用下，中性点上仍有较大的电流。

因该变电所没有220V 单相负荷，为了消除中性线电流，目前4014、4024都拉开。

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