引 言

本文將根據永順縣小溪鄉杉木溪村的杉木溪電站的實際情況，分析杉木溪電站運行情況，詳細闡述杉木溪電站中性線電流過大的原因，并且針對這一問題提出相應的解決對策。

1 杉木溪電站概述

杉木溪電站位于永順縣小溪鄉杉木溪村， 距酉水河主河道 1.5km,杉木溪電站集雨面積 22.5km2,設 計 水 頭 38m,運 行水頭 32~46m,裝機容量 2×250kW 共 500kW,水庫庫容約 100萬 m3.

杉木溪電站 2007 年開始動工建設，2009 年主體工程完工。 電站發電機出口電壓為 400V,采用三相四線制，發電機至變壓器低壓側中性線在發電機機旁盤處作接地連接， 發電機母線采用單母線接線方式， 兩臺發電機分別經出口開關接入400V 發 電 機 母 線 ,再 通 過 主 變 壓 器 （容量 為 630kVA）升 壓 至10kV, 經 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。

1.1 10kV 線路情況

杉木溪電站至明溪口變電站 10kV 線路長約 15km,此10kV 線路供小溪鄉各村用電，與各農村臺變形成供電用電網絡。 小溪鄉屬國家級自然保護區，10kV 線路沿途環境復雜，高山林密，線路未經過農電改造，一遇下雨，經常跳閘。

1.2 杉木溪電站運行情況

杉木溪電站建成后，在開機并網后空載運行時，每臺機組中性線電流在 90A 左右，負荷加到額度負荷運行時，每臺機組額度電流為 390A,一號機中性線電流 132A,二號機中性線電流 149A,發電機母線至變壓器中性線電流為 281A,遠超過國家規定的中性線電流不能超過線電流 25%的規定， 曾出現過發電機機旁盤中性線接地接頭處發熱發紅情況， 只好臨時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電機的中線點直接引出， 接在公共中性線上， 然后再與主變壓器低側中性點共用一個接地裝置接地。 很容易對發電機以及主變壓器的正常運行造成不利影響。 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生的原因。 通過分析，導致中性線電流過大的原因如下：

（1）發電機出口電壓為 400V,采用 三 相 四 線 制 供 電 ,發電機母線處接入的站用電， 由于站用電負荷不平衡而產生了中性線電流。

（2）發電機三相繞組中的 3 次及 3 的倍數次諧波電勢，在發電機并網運行后，一部分通過發電機三相相線、變壓器低壓繞組、變壓器中性點、中性線與發電機中性線形成回路，產生的 3 次及 3 的倍數次諧波電流（以下統稱為諧波電流），三相諧波電流在中性線上疊加，形成 3 倍的諧波電流，加大了中性線電流；另一部分（兩臺機組并網情況下），通過發電機母線、兩臺機組相線、繞組和中性線形成回路，諧波電流在兩臺機組相線、繞組和中性線內流動，形成環流。

（3）機組在并網發電運行后，電站與變電 站 距 離 15km,此范圍內只有這一條 10kV 線路供小溪鄉全鄉用電， 環境復雜，10kV 線路沿途供各農村自然村，農村用戶三相負荷分配極不平衡，導致發電機、變壓器負荷嚴重不對稱，產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形成回路， 并且以中性線電流的形式表現出來。 電流從發電機定子繞組及主變壓器低壓線組中經過，會造成較大損耗，從而使得變壓器和發電機的溫度升高，影響其共組效率。

三次諧波電流在通過發電機繞組時會產生額外損耗，另外，高次諧波磁通過有關金屬部件、機座、外殼形成回路時還會產生附加鐵損。 因此，額外年電能損耗要遠遠超出以上所計算的兩項額外損耗之和。

額外損耗的大量產生，導致主變壓器、發電機、中性線的溫度迅速升高。 特別是夏季高溫時期，主變壓器溫度的快速升高會明顯超出規程要求（允許溫升值為 55℃），這樣會導致變壓器迅速老化。 發電機在夏季運行溫升同樣偏高、中性線發熱嚴重，都會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

三次諧波電流僅在低壓側作環流循環流動， 并未輸入電網，但是由于發電機的定子繞組的額定電流值是定值，因此這一環流在定子繞組中通過， 會造成發電機的真正輸出容量的減少。 否則，發電機將出現過負荷運行工況，導致發電機利用率降低，水量充足時，會產生大量棄水。 對此，可以采用提高發電機運行功率因數值的方式來搶發更多的有功功率， 減少棄水的產生。

4 解決辦法及效果評價

通過上述中性線電流產生的原因分析，在發電機、變壓器組成的 400V 系統內，發電機中性點和變壓器低壓側中性點用中性線相連接主要作用：①給站用 220V 負荷提供電源；②在400V 系統運行中出現其中一相發生金屬性接地故障時，另外兩相電壓對地升高至 400V,中性線電壓升高為 220V,短路電流保護開關能迅速切除故障設備， 另外兩相和中性線電壓不致升高，保護人身和設備安全。 因此，只要阻斷發電機和變壓器低壓側中性線電流回路， 就可以解決運行中中性線電流過大的問題。 具體解決辦法如下：

4.1 一次接線改變

發電機中性線從發電機引出后，在發電機機旁盤處解開，不接地也不與變壓器低壓側中性線連接； 變壓器低壓側中性線從變壓器低壓側中性點引至發電機機旁盤處接地， 站用電從發電機機旁盤處的發電機母線上取得 400V、220V 電源。

由于 2 臺發電機中性線沒有接地， 發電機不提供給站用電供電，電站站用電主要靠外來電源提供，考慮到此電站發電機母線除站用電外無直供負荷，在發電機停機期間，屬于關門無人值守，因此也無需用電。 廠房內漏水很小，一年內大多數時間也不需要排水，因此，電站只配備了一臺電動抽水泵和柴油機抽水泵作為備用，能滿足防汛要求。

一次接線改變后，發電機并網運行期間，發電機三相與變壓器低壓側三相相連接，通過變壓器低壓側中性線接地；在發電機開機建立電壓后至并網前中性點沒有接地問題， 發電機外殼與基座、金屬引水管道、蝸殼相連接，形成外殼接地，對人身安全沒有影響，發電機開機建立電壓后到并網時間很短，發生單相接地故障幾率很小。

4.2 自動裝置和設備接線改變

4.2.1 勵磁裝置發電機勵磁裝置三相勵磁電源直接取自發電機側三相電源，只需要把勵磁三相電源中性線從原接線處解開，與發電機中性線連接即可。

4.2.2 同期并網裝置杉木溪電站機組同期并網裝置采用 DZZB-D 型微電腦并網裝置，每臺機組配置一臺，此同期并網裝置接線簡單，第一對接線端子、第二對接線端子分別接系統側、發電機側同名相（這 里 直 接接 入同 名 相 400V 電 源 ,但 要 注意 不 得 接 反 ），第 三對接地空閑，第四對端子為合閘輸出端子。

4.2.3 調速器系統杉木溪電站采用的是微機調速器， 系統側頻率接線不須改動， 發電機機頻接線只要把原接地線改接至發電機中性線連接，不要接地即可。

4.2.4 發電機智能過壓過流保護器杉木溪電站采用的是 KPT-6118 型過壓過流保護器，保護器工作電壓直接從系統側獲取 220V 電源，不用改變，發電機測量電壓直接從發電機相電壓獲取，在此，需要從原來的中性線解開，與發電機中性線相連接，三相電流輸入和其他接線不需要改變。

其他測量表計，如電壓表、有功功率表、電能表，都是接入380V 電源，無須改動。 上述接線檢查無誤后，進行開機試驗，檢查調速器裝置、勵磁裝置及同期并網裝置、發電機智能過壓過流保護器等裝置運行情況，在檢查同期并網裝置時，先拉開發電機斷路器靠母線側隔離開關（發電機開關合上后，因其串聯的隔離開關已經拉開，實際并沒有與系統并列），進行并網操作，檢查正確性。

試驗正確無誤后，進行機組并列操作。 機組并列完成后，不帶負荷和帶負荷進行實測， 每臺發電機中性線電流小于0.2A,機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不對稱的中性線電流。結果非常滿意。同時機組運行期間，水輪發電機組推力軸瓦、徑向軸瓦溫度明顯下降 2~3℃。

3 結 語

杉木溪電站運行中中性線電流過大會導致降低電站出力，造成水資源浪費以及引起額外損耗，因此可以采用一次接線改變方法或者自動裝置和設備接線改變方法， 有效解決杉木溪電站運行中中性線電流過大問題。

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