[发明专利]一种防止已建成低压水轮发电机组中性线电流过大的方法

说明书

本发明公开了一种防止已建成低压水轮发电机组中性线电流过大的方法，涉及水电站发电技术领域，在中性线装电抗器办法很好的解决了低压水轮发电机组中性线电流大，发热严重问题；还保证了已建成的低压水轮发电机组还是维持了是中性点直接接地系统，又兼顾解决了在较不利运行工况下发生中性点位移后使得发电机出线端电压升高引起的电压偏差不超过10％。具体方案为：包括以下步骤：在已建成的低压水轮发电机组中性线引出线与升压变压器0.4kV侧中性线引出线套管之间，串联接入一电抗器。还保证了已建成的低压水轮发电机组仍然为中性点直接接地系统，保证单相接地故障时保护能可靠断开发电机实施保护。

技术领域

本发明涉及水电站发电技术领域，更具体地说，它涉及一种防止已建成低压水轮发电机组中性线电流过大的方法。

背景技术

低压水轮发电机组由于结构简单，造价相对较低，对厂房土建要求不高，在农村小型水电站中得到广泛运用。

但是在现有使用设备中，经常出现发电机三相对称性不好，体现出来的就是发电机中性点电位U_N不为零，而经电缆线路将发电机中性点连接至升压变压器低压侧中性点后，由于发电机中性点离变压器中性点间距离很短(约十来米)，连接中线电缆导线截面很大(规范要求中线导线截面大于相线截面1/3～1/2，并且规定零线上不能装开关，不得装熔断器，不容许开路)，故中性线回路阻抗非常低(X_N近似为0)，这样尽管不对称电动势幅值并不大，但其电流I_N数值非常大，有的会达到数百安。图1所示两台500kW低压机组，中性线经两根185mm²铜芯电缆并联通过约15m距离输送至变压器低压侧，投运后中性线电流达到约650A。这样大的中性线电流的热效应引起变压器低压侧中性线套管处，发电机控制屏零线汇流排处及整个接地基础都严重发热，很远都能闻到一种焦臭味，停电后用手触摸这些部位感觉非常烫手，业主因此不敢运行。很多电站在增效扩容采用这种低压机组都碰到这种问题，网上也经常出现电站这方面的求助文章。

很多人认为这种不平衡是由谐波引起并实际存在的，只需要不连接发电机中性线与变压器低压侧中性点即可消除上述中性线电流热效应引起的一系列不良反应，甚至一些国内小水电著名期刊也发表了论文推荐这种取消中性线的办法。本发明说明低压水轮发电机取消中性线(零线)是错误的。中性连线取消后国家规范规定的低压机组应采用中性点直接接地系统就变成了中性点不接地系统，一旦发生引出线上一点接地故障，用户端相电压理论上将由原来的相电压升高√3倍变为线电压，对同一个0.4/0.23KV供电的供区所有用户家用电器造成大面积过电压伤害，引起人畜触电事故。见图5；如果发生用户端负荷不对称运行，则不能经过中性线平衡三相电流，发电机会发生中性点电位位移，引起三相电压不平衡，一些相电压降得很低，引起用户端电气设备出力严重不足；一些相电压升得很高超过额定电压很多，可能对用户造成危险的过电压伤害，见图4；还可能造成系统发生单相接地故障时，接地电流不能经中性线构成回路，电流保护会发生拒动，不能有效保护发电机组。

目前修建的众多低压水轮发电机组三相平衡是相对的，三相不平衡是绝对的；即使是厂家生产的机组三相不平衡度达到要求低于5％U_N，即使要求再高一点三相不平衡度达到达到1％U_e，则对0.4kV机组的不平衡电压也会达到4V。这里的主要矛盾是机组中性点与变压器低压侧中性点间连接电缆由于距离短，导线截面很大其连接直流电阻从电缆手册查得为对应370mm²电缆为0.043Ω/km，连接长度15m，其直流电阻才0.00065Ω；考虑到交流回路感抗为0.4Ω/km，同样15m长度感抗才0.006Ω，为研究问题方便简化，按照电气设备分析方法，忽略其直流电阻则回路总电抗才0.006Ω。正是这个连接回路总电抗太小，按照欧姆定律，回路电流为：I＝U_N/X_N≈4/0.006≈700A。由此可见造成中性线回路电流过大的主要原因是有不平衡电压，而中性线导线短，截面大，感抗太小。

发明内容