霍克锂电池发电机出口谐波电压超标原因分析

可改写为：常见的大型发电机定子接地保护里，极常见的是基波加上三次谐波的定子接地保护。当中基波零序电压保护针对机端到中性点这段范围为85%至95%区域的定子绕组单相接地故障，它也叫作95%定子接地保护；三次谐波定子接地保护针对中性点到机端15%至30%区域出现的定子绕组单相接地故障，它也被称作100%定子接地保护。

按照DL/T 684大型发电机变压器继电保护整定计算导则所规定的情况，基波零序电压保护会致使动作朝着停机方向进行；然而三次谐波定子接地保护却会让动作朝着信号方向开展。

1存在的问题

某个电厂的320MW级别的2号机组，其投运的时间是在1994年10月。在2021年8月的时候，2号发电机完成了大修，对定子线圈予以修复，对定子铁芯也进行了修复，对转子护环同样进行了修复，还更换了出口PT以及CT。并且在8月17日7时，2号发电机开展空载升压试验，当发电机机端的电压上升到9500V左右时，发变组保护A盘、B盘报告出“三次谐波定子接地保护报警动作”，就如同图1所显示的那样。

图1 三次谐波定子接地保护报警波形

把发电机中性点在当地开展检查，绝缘不存在异常给查找到没有。持续朝着发电机额定电压20000V将电压缓慢升高，在升压的进程当中，发电机中性点电压基本上没有什么变化，幅度最大值上升到0.8V；发电机机端开口三角电压显著上升起来了啊，在达到发电机额定电压时上升到8V，“PT断线报警”出现了。用人工方式进行录波，通过波形从中能够明显看出来三次谐波波形；并且PT星形侧波形也开始产生形变了啦，出现三次谐波尖波趋势，三次谐波分量是基波分量7%左右，就如同图2所展示的那样。

图2额定电压时发电机机端PT波形

2 引起机端电压波形畸变的可能因素

因该电厂2号发电机出现电压波形畸变，是在启机升压过程中，且并未带任何负载，所以不考虑负载因素。同步发电机定子线圈采用合理布置方式，可大量减少5次谐波和7次谐波，发电机采用星形接线方式，可消除3次谐波影响。一般情况下，同步发电机产生的谐波非常小。结合该厂2号发电机出口一次系统图（见图3），考虑到该厂2号发电机大修过程中，更换了定子线圈，更换了发电机中性点接地压变TV5，还更换了TV1、TV2、TV3。更深层次剖析可知：其一，于更换定子线圈进程里，未曾对先前线圈位置的空间分布予以改变，并且施行短距以及分布绕组等谐波抑制举措，故而因定子线圈绕组三相不对称致使发电机出口电压不均衡的概率较低；其二，在额定电压状态下，机端的三次谐波显著多于中性点的，契合发电机中性点接地的情形，然而经现场再次核查后，未发觉发电机中性点存在任何绝缘异常状况；其三，鉴于电压互感器接线方式以及自身特性会对机端谐波电压测试结果产生影响，所以初步论断由电压互感器自身特性以及接线方式导致该电厂发电机出口PT电压畸变的可能性较高。

图3 发电机出口一次接线图

3机端电压波形畸变原因判定

电厂二号发电机出口之处，设置有三组电压互感器，分别是TV1、TV2以及TV3，相关情况可见图3 。

对现场一次系统展开全面检查之后，得知TV1、TV2、TV3 这三组压变的中性点都没有接地，把三组压变中性点全都接地以后，再次升至额定电压去测量，发现三次谐波分量正常，机端电压波形不存在畸变情况。

3.1电压互感器三次谐波的产生

PT正常工作之时，于50Hz交变电磁场作用的状况下，会出现磁滞现象，常常能够观察到波形畸变，这是由互感器本身特性所决定的 。

设PT原边电压即发电机电压为正弦波：

不计绕组电阻，此时铁芯磁通为：

将激磁电流与磁通的关系用 表示后，进行展开，并取前三项得到：

能够从上面这个式子看出来，要是PT处于磁化曲线非线性的部分进行工作，那么在激磁电流里面，除了基波之外，还会产生以三次谐波作为主要成分的高次谐波。

除去上面所提到的繁杂的数学公式，还能够变换成一种简易的理解方式：因为PT铁芯材料存有磁滞回线，就如同图4展示的那样 。

图4硅钢材料典型B/H曲线

当PT处于图3里b至e点开展工作时，铁芯磁通密度还未达到饱和状态，PT工作磁化曲线能够被视作线性情况，在这个时候，PT励磁电流能够被看成是正弦波，并且互感器二次侧三次谐波含量并不高。就拿本次电厂升压异常现象作为例子来说，从图6能够观察到，当发电机机端电压上升到9500V的时候，发电机机端PT电压之中三次谐波分量对于基波分量而言大约是2.6%，其幅值大概为0.8V，这远远小于图2中升至20000V额定电压时的3.85V。

图6机端电压为9500V时发电机机端PT波形

 

和CT相反，PT在额定电压时工作，这时磁通密度近乎饱和，就是说着发电机电压提到额定的时候，发电机机端的PT肯定在图3里a到d点工作，铁芯的磁通密度饱和，PT工作的磁化曲线被看作是非线性的，励磁电流出现谐波，尤其是三次谐波，进而让波形呈现尖顶，就像图7显示的那样。

图7铁芯饱和时磁通Φ、一次电动势E、与励磁电流 关系图

 

3.2外回路对三次谐波的影响

在额定电压工作状体之下，发电机自身会产生三次谐波电压，然而，于正常运行之际，在发电机机端PT二次侧，三次谐波数量并不多，并且，它也不会致使相电压波形出现畸变。这是因为存在外回路对地阻抗所述的缘由 。

发电机，其属于一次高压设备，封闭母线同样是一次高压设备，这些设备对地电容，以及发电机中性点接地变接地阻抗，共同构成了三次谐波电流通路，所以，发电机机端PT二次侧三次谐波分量将会发生变化。

图8发电机机端PT三次谐波电流分布图

如图8（a）所示，发电机机端PT绕组一、二次接线正确，此时，励磁绕组虽存在三次谐波电压源，不过通过接地点以及地网，发电机中心点与PT绕组一、二次被连接到了一起，进而为三次谐波电流形成了通路，所以大大降低了三次谐波对PT产生的影响。

在这一回升压不正常的事件里头，因发电机机端PT绕组一次侧没接地，发电机三次谐波分布呈现出如图8（b）所示那样，没办法形成通路，既然如此，发电机机端PT励磁绕组当中的三次谐波电压源就会叠加到PT二次侧以及发电机中性点上，进而对PT生成波形造成严重影响。

4 结论

发电机机端PT中性点是一定要接地的，不然PT在正常运行之际所产生的三次谐波电压会全都叠加于二次侧，致使保护装置里电压波形严重失真，进而会造成100%定子接地保护误动，此外，当机端PT自产3U0大于8V时，还会造成机端PT断线误动作，从而闭锁发电机后备保护，引发严重后果 。