第２５卷第１期 江西电力职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｖ０１．２５ Ｎｏ．１ Ｍａｌ＂．２０１２ ２０１２年３月 发电机出口三次谐波电压异常情况分析 黄 瑛．刘友仁 （江西省电力科学研究院，江西南昌３３００９６） 摘要：电压互感器的原边中性点不直接接地时。在电压互感器二次侧进行的谐波测试会发现３次谐 波电压异常情况。现结合某电厂发电机出口的实测数据，分析当ＰＴ一次侧中性点不直接接地时二次侧３次 谐波电压出现异常的原因。 关键词：发电机；电压互感器；谐波 中图分类号：ＴＭ３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—００９７（２０１２）０卜０００５一ｏ３ ０ 引言 谐波是电能质量的重要指标之一。谐波超标 如图１所示。发电机型号ＴＦＬＱＱ—ＫＤ３５０、额定容量 ３５０ＭＷ、额定电压２３ｋＶ、额定电流１０３９５Ａ。发电机 出口共有３组ＰＴ，ｌＰＴ、２ＰＴ型号为ＣＥ一６，一次侧中 会使电能的生产、传输和利用效率降低，使电气 设备过热、产生振动和噪声 加速设备绝缘老化． 缩短使用寿命，严重时甚至会烧毁设备。谐波测 试的目的是发现谐波超标点。建立电力系统谐波 性点直接接地，均为计量、测量、保护回路用；３ＰＴ型 号为ＰＥ一１，为发电机定子接地保护用ＰＴ，ＰＴ一次 侧中性点接至发电机中性点。经４ＰＴ原边接地，因 原边阻抗值很大，相当于经大阻抗接地。３组Ｐ，ｒ ２３ｋＶ，ＩＯＯＶ，１００Ｖ ——管理档案，查清谐波源，分析谐波超标原因，并 按照国家或行业的有关规定提出治理意见．以维 ——护电力系统及电力设备的安全经济运行。谐波测 试在电力系统中已属于常规测试项目，目前电压、 电流的谐波测试主要是在电压、电流互感器二次 变比均为。厅 ．厅 。 侧进行的，电压以相电压为测试对象。当电压互 感器的中性点直接接地时。在二次侧所测的相电 压可以真实地反映一次侧的谐波情况：但当电压 互感器的原边中性点不直接接地时，在电压互感 器二次侧进行的谐波测试会发现３次谐波电压异 图１＃５发电机出口主接线图 常的情况。本文结合某电厂发电机出口的实测数 据，分析当ＰＴ一次侧中性点不直接接地时二次侧 ３次谐波电压异常的原因。 测试地点：＃５发电机出口电度计量屏。测试采 用定时方式，测试时长为２４小时，每次测量时间间 隔１分钟，持续时间３ｓ，测试三相电压和电流的２、 １测试数据分析 测试对象为某电厂＃５发电机出口．出口接线图 ３、５、７、９、１１、１３、１５等次谐波分量，取３ｓ平均值，实 测值取９５％概率大值。 测试结果如表１、表２所示。 收稿日期：２０１１－１２—０５ 作者简介：黄瑛（１９８２一），女，江西南昌人，工程师 ６ 江西电力职业技术学院学报 第２５卷 袭１ ＃５发电机出口谐波电压百分比及电流值 基波 潞 髓 电压１３￣５ｋＶ０９１％８＇１４％０３４％Ｑｌ２殇Ｑｌ Ｑ２ｏ％Ｑ１ ０９４％８．１ 电流『Ａ ８２０２ １５２ １１９４ １３９２ ８８２ １９４ ６８５ ５．０４ ０２９／ 从测试结果可以看出．＃５发电机组出口３次谐 波电压含量特别高，造成ＴＨＤ值远远超过国标规定 （ＧＢ７５５—２００８第９．１１．２规定）的５％的限值。３次谐 波电流大小与５次谐波电流大小接近，占基波电流 的比例较小，没有明显异常的情况。 ２谐波的危害 谐波对于旋转电机的影响：谐波电压或电流会 在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯 中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的存在，定子 和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的 损耗大。另外。谐波电流还会增大电机的噪声和产生 脉动转矩。总而言之，会使电机损耗增大，发热增加， 过载能力、寿命和效率降低。 谐波对测量表计的影响：会使测量设备如电压 表、电流表、电度表等造成测量误差，干扰计费电表 的准确性。 由于发电机出口谐波电压超标．会对发电机组 及接至的电度计量屏的表计测量造成不良影响，因 此．有必要对３次谐波超标原因进行分析。并提出解 决方案。 ３原因排查 由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对 称。铁芯也很难做到绝对均匀，这会使发电机出口３ 次谐波含量增大。但此次测试结果表明，３次谐波电 压偏大．而３次谐波电流并未出现明显异常。为排查 谐波超标原因。对该电厂＃５发电机组出口谐波电压 进行了重新测试。测试时，在接有三组ＰＴ电压回路 的＃５发电机保护屏上进行测试接线，同时对１ 、 ２ＰＴ、３ ＰＩＩ的二次侧电压回路分别进行测量，经测试 数据对比。测试结果如表２所示： 表２＃５发电机出口３组ＰＴ电能质量测试结果情况比对 从测试结果比对可以看出。在１ＰＴ、２ＰＴ二次侧 的电压回路上所得到的试验结果，３次谐波电压幅 值含量分别为１．５１％、１．５０％，ＴＨＤ值分别为１．５３％、 １．５２％，均满足国标要求。从３ＰＴ二次回路引线的测 试结果可发现，３次谐波超高，这与初次测试值类 似。比对结果表明，发电机出口谐波电压在国标限值 内，初次测试结果超标是由于＃５发电机电度计量屏 因改造接线错误所致，误将发电机定子接地保护用 的３ＰＴ作为计量用ｌ 引入电度计量屏，造成测试 数据异常。如长期运行，电度计量屏内仪表会因引入 ３ＰＴ电压回路造成３次谐波电压偏大，引起计量误 差；而本该接至３ 的发电机定子接地保护，当定 子接地电压降低，会造成计量表计电压骤降而定子 保护拒动。 ４理论分析 现对ＰＩ＇一次侧中性点不直接接地造成二次侧 ３次谐波异常的原因进行分析。参照文献［１】，ＰＴ可 看成是一个空载运行的小变压器。当不考虑铁芯的 磁滞影响时。当原边电压为正弦波 ＝√２ ｔｏｔ （１） 由电磁感应定律 ：Ｎｔ ，其中Ｎ，是ＰＴ原边线圈 “‘ 匝数， 是磁通。由此可以推出 ＝一 Ⅳ１ ｃｏｓ ＝ 一 ｓ 、 一 ２ （２） 得出：正弦电压下磁通也是正弦的．磁通相位滞后电 压７ｒ／２。 由图２所示的磁化曲线可以对应得出此磁通的 励磁电流波形。将励磁电流近似表达为：／＝Ａ 柏 ，则 ｆ＝Ａ￣．ｓｉｎ（ 詈）＋Ｂ￣￣ｓｉｎ （ 一詈’ （３） 计及：ｓｉｎ３ ＝—３ｓｉｎａ￣ｔ －ｓｉｎ３ｖｇｔ ———（４） 将（４）式代入（３）式变换为： ＋学 耐一 竿 ｓ耐一 皿 ｆ一 ＋皿 一要） 由（５）式可以看出，励磁电流已发生畸变，增加 了３次谐波分量，且３次谐波分量的峰值与基波峰 值重合．构成尖顶波 ＰＩ’副边感应电势为 第１期 黄瑛等：发电机出口三次谐波电压异常情况分析 ７ －Ｎ：警 ｄｓｉｎ（ｏ２ｔ一 ） Ｅ２ 一Ｎ ２ －——— （６） 流提供一畅通的零序通路，如果 （７） 压真实地反映一次侧的电压情况，就必须为励磁电 一次侧经大阻抗 接地，妨碍了励磁电流中的３次谐波分量的流通，就 会在磁通中产生３次谐波成份，从而造成副边感应 电势的３次谐波成份明显增大，造成测试偏差，这种 情况下所测得的３次谐波电压不能真实地反映一次 侧的电压情况。 其中Ⅳ２为ＰＴ副边线圈匝数，将（２）式代人（６）式得： －Ｎ２ 彩ｃｏｓ（彩ｆ一 ）＝Ｎ２ ．国ｓｉｎ（ｅｏｔ－￣） 这时， 副边感应电势与原边所加的电压一样 为正弦波，其相位与原边电压相位相反。 ｆ “ ｔ－ 巴 。靠－ ／；Ｉ● 一 厂 ０｝｝ ０＼ ∥ ｌ 一；ｆ｛Ｉ ＼ ｌ 一；： ：Ｉ◆ ｌ ： ２ － ● （Ｉ） 一 ｔ 图２ 电压、磁通为正弦波时ＰＴ励磁回路电压、 电流、磁通变化曲线 由以上公式推导可知，当在ＰＴ原边施加一个 正弦电压时，为保证副边电势为正弦波，励磁电流中 必须含有３次谐波分量。如果ＰＴ原边为直接接地 时，就为３次谐波分量提供了通路：当ＰＴ原边不直 接接地时，零序阻抗增大，使３次谐波电流的通路受 阻。如果励磁电流中不含３次谐波分量时，如图３所 示，当电流为正弦波ｊ＝√２，ｓｉｎｃｏｔ，将磁化曲线近似 表达为 ＝Ｃｉ—Ｄｉ ＝ｘ／２ＪＣｓｉｎ ｃｏｔ—Ｄ（４２Ｉｓｉｎ ｒｏｔ）。， 将（４）式代人其中化简得 ＝ ｓｉｎ ＣＯｔ＋ ｓｉｎ ３ｒｏｔ ｆ８） 副边感应电势为： Ｅ ：－Ｎ， 煎璺！ ± ！ 。 ＝＿Ｎ２ ｃｏｃｏｓｃｏｔ－３Ｎ２ ０９００８３ｃｏｔ （９） ＝Ｎ２ ｒｏｓｉｎ（ｃｏｔ一芸）＋３二 Ｎ２ ｒｏｓｉｎ（３ｏｘ一芸）‘ 从式（８）、式（９）中可以看出，当励磁电流中不含 ３次谐波分量时，铁芯中的磁通和副边绕组的感应 电势都含３次谐波成份。并且电势中的３次谐波含 量为磁通中的３倍。 从上述分析可知。要使ＰＴ二次侧所测的相电 １Ｉ◆ ◆‘ ｌ， ．／ 掌Ｉｆ Ｉ 。 Ｏ ｌ Ｉ ｏ Ｉｔ． 二＿ ‘’ 叶 一 。’ ： ： Ｉ＇ 『ｔ 图３电流为正弦波时ＰＴ励磁回路电压、电流、磁通的变化曲线 ５结论 此次对某电厂＃５发电机出口谐波的测试中．因 其电度计量屏改造接线错误，误将发电机定子接地 保护用的３ＰＴ做为计量用ｌＰＴ引入电度计量屏。造 成测试数据异常。３ＰＴ一次侧经大阻抗接地，妨碍了 励磁电流中３次谐波分量的流通。在磁通中产生３ 次谐波成份，从而造成副边感应电势的３次谐波成 份明显增大，出现测试偏差，在这种情况下所测得的 ３次谐波电压不能真实反映一次侧的电压情况。 谐波测试工作现为电力系统的常规测试项目， 在今后的测试工作中，有必要先核对接线方式．分清 ＰＴ组别后再进行测试。 参考文献： 【１】胡斌．小电流接地系统中电压互感器一次侧中性点未直 接接地情况下所测谐波异常分析［Ｊ］．湖北电力，２００８，３２（６）： ７５—７６． 【２】王维俭，鲁华富．三次谐波电压式定子接地保护的运行和 改进［Ｊ１．中国电力，１９９８（２）． ［３】卢琪，熊伟，行生．提高三次谐波电压式定子接地保护运行 可靠性的研究［Ｊ１．电网技术，１９９６，２０（１１）：５９—６１，６７． 【４】王杰明，雍芳．发电机定子接地保护中三次谐波电压的研 究［Ｊ】．宁夏电力，２００８（４）：１１－１３，２６． 【５】王维俭．电气设备继电保护原理与应用【Ｍ】．北京：中国电 力出版社，１９９６． （下转第１０页） １０ 江西电力职业技术学院学报 第２５卷 微安表并采用全屏蔽试验引线，其测量接线见图１、 图２所示。只有这样。才能真正解决均压环给上节避 雷器测量造成的误差。 表３改进前后试验数据对比 圈１ 搭设架子时避霄器试验接线图 图２改进后的避雷器试验接线图 （３）对２２０ｋＶ升压站氧化锌避雷器重新进行 抽查，试验数据见表３所示。 ２２ｋＶ Ｉ段母线氧 化锌避雷器 从表３可以看出，改进试验方法后的试验数据 均明显降低，原超标的数据绝大部分均在标准范围 内，其中只有一节超过５０１￣Ａ，但已更换处理。 ２２０ｋＶ ＩＩ段母线 氧化锌避雷器 ４结束语 Ａ Ｂ Ｃ Ａ Ｂ Ｃ—Ａ Ｂ Ｃ Ａ Ｂ Ｃ 行设备存在的安全隐患，将事故隐患消灭在萌芽状 态。提高企业的经济效益。 参考文献 通过改进试验方法，既消除了主要影响因素．又 提高了氧化锌避雷器绝缘检测的准确度。避免了因 上上上下下下工上上下下下 试验数据不准造成误判断而延误设备投运时间：同 ５ Ｏ ５，２ ｎ ｕ ４—一０ 儿 坞 ６ ２ ８ Ｏ ２ ¨ 时。改进测量方法后，不需要搭设试验脚手架，也不 需拆除设备引线，减少了工作量，提高了工作效率。 只有提高各项预防性试验准确度，才能有效预防运 ４ ７ ３ ［１］ＤＩ＿／１＂５９６—１９９６．电气设备预防性试验规程［Ｓ】． ４∞ 盯 一 一卯 ０盯 ０ ５ ２ （上接第７页） Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｕｎｕｓｕａｌ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｅｓｔ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＨＵＡＮＧ Ｙｉｎｇ，ＬＩＵ Ｙｏｕ－ｒｅｎ （Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ｔｏ ｆｉｎｄｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｕｎｕｓｕａｌ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｔ ｔｕｒｎｓ ｏｕｔ ｗｈｅｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｉｄｅ ａｒｅ ｎｏｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｇｒｏｕｎｄｅｄ，ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｎ ｉｔｓ ｓｅｃｏｎｄ ｓｉｄｅ ｃａｎ＇ｔ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｗａｖｅ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｔｈｉｒｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ
