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龍一聯(lián)燃氣電站零排電流過高的治理

2014-05-23 07:14楊旭升劉軍
油氣田地面工程 2014年9期
關鍵詞:配電柜零序電勢

楊旭升 劉軍

1大慶油田采油九廠 2大慶油田設計院

1 發(fā)電站現(xiàn)狀

龍一聯(lián)燃氣發(fā)電站2010年建成并投產運行,2臺燃氣發(fā)電機功率為600 kW,出口電壓為0.4 kV,經過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變電所并網運行。運行一段時間后,發(fā)現(xiàn)并網柜零母排電流高達1 000 A,電壓為10 V,配電柜局部發(fā)熱。經過諧波測試,發(fā)現(xiàn)3、9、15、21次諧波均嚴重超標。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)電機及其中性點設備的安全運行。因此,有必要尋找一種抑制發(fā)電機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)電機組運行、1臺發(fā)電機組運行、2臺不運行僅用變壓器單端供電三種情況進行測試。

2.1 數(shù)據分析

(1)2臺發(fā)電機組均正常運行。測試數(shù)據中,現(xiàn)實中線平均電流為926 A(測試點為匯流零排),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(電容性負載)或滯后(感應性負載)。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;但是對不平衡度進行測試后發(fā)現(xiàn)瞬時電流平衡度超過國標(國標∑u<2%)。初步估計為存在短時間諧波,但是也可能原因為2個諧波源的同次諧波電流在同一相上疊加產生的,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)電機組正常運行。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。N線電流諧波畸變率為2 502%。

(3)發(fā)電機組停止運行(所測數(shù)據為變電所送電狀態(tài))。數(shù)據表示零排電流基本歸零,此數(shù)據與周圍所有與該配電柜有接觸的導線物件(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。根據以上數(shù)據,判斷零序電流諧波產生熱源,諧波源主要為發(fā)電機產生。

2.2 理論分析

(1)發(fā)電機結構分析。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)電機結構也會引起諧波。

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

(3)零序電流通路分析。當發(fā)電機單機運行并經過升壓變壓器向線路送電時,由于升降壓變壓器低壓側中性點與工作接地的發(fā)電機構成了零序電流通路,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,就會產生較大的零序電流。

3 措施及改進

(1)完善發(fā)電機的結構設計。磁場非正弦分布引起的諧波電勢,通過采用隱極式轉子,勵磁繞組分散布置,讓主機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)電機中性點直接接地改為經電抗器接地。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)試驗諧波治理裝置。目前,采油九廠進行諧波治理后,功率因數(shù)達到0.93以上,電壓總諧波畸變率小于5%,諧波電流允許值滿足《大慶油田配電網諧波污染防治技術管理規(guī)定》的規(guī)定。

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

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