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1、1并列运行低压发电机中性点接地浅析跟随低碳经济的政策导向，大量绿色能源在开发和利用，一些小型发电机组也应运而生。为满足日常生活用电、小型生产用电的需要，这些发电机发出的电大都与市电接轨，频率为 50 Hz，发电机线圈采用 Y 接法，输出电压采用三相四线制，线电压（两相之间的电压）为 380V，相电压（任意相与中性线之间的电压）为220V。能对三相动力负荷供电，也可为一般的照明和家用电器提供220V 电源，这种供电方式比较灵活，也减少了线路材料的消耗。为了提高用电的安全性，现在使用五线制，供电与三相四线一样，只是将中性线与保护接地线分开。它们是三 根 相 线 ， A 相 、 B 相 和 C相 ，
2、 一 根 中 性 线 或 称 零 线 （ N 线 ） ， 一 根 地 线 （ PE 线 ） 。由于市电的 380/220V 系统都是中性点直接接地系统，故这些小型发电机也普遍采取中性点直接接地的方式（也有把几台发电机的中性线连接而不接地的）。一般来说，中性线都有电流流过，我们称之为零序电流，这电流主要包括：三相负荷不相等产生的不平衡电流；由负荷的非线性特性产生的谐波电流，三相电压不对称引起的不平衡电流当 A、 B、C 三 相 的 电 源 、 负 载 完 全 对 称 ， 中 性 线 (N 线 )中 没 有电 流 流 过 ； 即 便 是 三 相 接 的 都 是 单 相 负 荷 ， 只 要 它 们
3、都 相 等 ， 对 称的 三 相 线 路 流 入 中 性 线 的 电 流 的 矢 量 和 总 是 为 零 。 如 果 三 相 负 载不 对 称 ， 中 性 线 的 电 流 矢 量 和 便 不 为 零 ， 负 荷 的 中 性 点 与 电 源 的绿荫深处2中 性 点 之 间 出 现 电 压 差 ， 中 性 线 便 有 不 平 衡 电 流 流 回 电 源 。 事 实 上 ，中 性 线 总 是 有 电 流 的 ， 即 使 是 在 负 荷 平 衡 之 时 也 是 如 此 。 因 为 ，负 荷 平 衡 只 是 说 对 于 频 率 为 50 Hz 的 基 波 说 的 ， 而 对 于 高 次 谐 波却 不 一
4、 定 。 许 多 负 荷 都 具 有 非 线 性 性 质 ， 有 铁 芯 的 电 感 性 负 载 ，常 用 的 电 子 调 压 、 调 速 、 高 频 装 置 等 等 ， 它 们 的 非 线 性 都 是 造 成 电源 波 形 畸 变 的 原 因 ， 电 路 中 畸 变 波 形 是 复合周期振动函数 Y（T），用 傅 立 叶 级 数 分 解 ：第一项为直流分量，第二项为基波，第三项是100Hz 频率的二次谐波，三次谐波则为 150Hz，四次谐波则为200Hz，依次类推。我们把二次谐波及以后的各次谐波统称为高次谐波，谐波频率是基频的整倍数。电 源 也 是 产 生 高 次 谐 波 的 另 一 源 头
5、 ， 发 电 机 本 身 也 会 产 生 谐 波电 势 ： 因 为 要 使交流发电机的磁极产生完全正弦分布的磁场难以做到，定子和转子、定子线槽都存在气隙，在气隙中除了基波磁通以外，还存在高次谐波磁通；另外，发 电 机 、 变 压 器 绕 组 的 分 布 ， 变压 器 铁 芯 的 饱 和 程 度 等 都 可 能 是 产 生 高 次 谐 波 的 原 因 。 不过，由于磁场对磁极中心对称。直流、偶数谐波已相互抵消，余下的只有谐波的奇数分量； 电 压 中 含 有 高 次 谐 波 ， 并 不 一 定 会 在 电 路 中 产 生 同 样 的 高 次 谐波 电 流 ， 设 备 的 接 线 方 式 ， 非 线
6、 性 负 载 的 阻 抗 对 各 次 谐 波 有 不 同影 响 ， 有 的 电 路 对 某 次 谐 波 有 遏 制 作 用 ， 有 的 却 助 长 了 某 次 谐 波 的流 通 。 如三次及三的整倍数次的谐波电流在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内（无中性线时）不可能出现三次及三3的整倍数次的谐波电流。又如非正弦交流电压或电流正、负两半波对时间轴是对称的，不会含直流分量和偶次谐波分量。并且幅值随频率的升高而锐减，直到忽略。在 Y 形 接 法 中 ， 虽 然 每 一 相 线 圈 中 可 能 有 三 次 谐 波 电 压 存 在 ，如 果 没 有 中 性 线 ， 三 次 谐 波 电 流
7、不 会 流 通 ， 但 是 ， 如 果 有 中 性 线 ，它 们 必 然 要 在 中 性 线 内 流 过 ， 而 且 ，三 次 及 三 的 整 倍 数 的 更 高 次谐 波 具 有 零 序 电 流 性 质 ， 各 相 的 电 流 不 但 不 能 抵 消 ， 而 且 在中性线中还会相互叠加，能达到相谐波电流的三倍。三 次 及 三 的 整 倍 数次 谐 波 电 流 的 大 小 与 谐 波 电 动 势 大 小 成 正 比 ， 与 回 路 中 对 应 的 阻 抗大 小 成 反 比 。三 次 及 三 的 整 倍 数 谐 波 对 电 网 的 影 响 ：谐 波 电 流 在 电 路 和 电 源 设 备 中 流
8、 通 ， 会 在 电 路 和 设 备 的 直 流 电阻 上 产 生 热 效 应 ， 消 耗 了 电 源 的 有 功 ， 浪 费 了 能 源 ， 且 会 发 热 ， 造成 线 路 和 设 备 的 温 升 增 加 ， 允 许 的 有 效 容 量 下 降 ； 高 频 电 流 在 铁 磁物 质 中 产 生 的 磁 滞 和 涡 流 损 失 比 基 波 更 大 ， 损 耗 也 大 大 增 加 ； 更 有甚 者 ， 如 果 某 个 频 率 电 流 与 非 线 性 负 荷 的 LC 参 数 发 生 谐 振 ， 还 会产 生 过 电 压 而 损 坏 设 备 ； 此 外 ， 高 频 电 流 对 感 应 电 动 机
9、 、 对 通 信 、对 用 电 器 具 、 以 致 对 人 体 都 有 不 良 影 响 ， 因 此 ， 国 家 对 高 频 污 染 也做 了 规 定 予 以 限 制 。多数小型发电机都采用中性点直接接地方式，即便它的中性线没有连线，各发电机的中性点也是通过大地相连的，只要它们并联运行，发电机绕组内有三次谐波电流流过是必然的。实际上，将各4台发电机的中性线相互连接是比较普遍的做法。中性线中的三次及三的整倍数次谐波电流有可能很大。例如，三台 400V 同样大小的发电机在并列后将电能输入 Y/接法的主变压器升压到 10KV 上网，此时的主变低压侧为星形接法，电压为 400V，有中性线，此中性线与各台
10、发电机的中性线相联。大家都清楚，主变与电网相联，带的是三相平衡负载，它的低压线圈的中性线上应该没有基波电流，即使有也是很小。但是，对于三次及三的整数倍数次谐波电流却不然，因为各台发电机的中性线都与主变低压侧中性点相连，此中性线中的电流更是各台发电机中性线谐波电流的总合。为了抑制三次及三的整倍数次的谐波，可考虑采取发电机中性点不接地系统方式，也不引出零线，采用三相三线制，发电机绕组中的三次及三的整数倍数次谐波电流便不能流通。不过没有中性线，不能带单相的 220V 负荷，只能供三相对称性负载，如供变压器，供三相电动机负载。确定是否采取中性点不接地的供电方式，还应考虑发电机及供电网络的绝缘水平，中性
11、点不接地系统，在对称的供电网络中出现完全接地故障时，故障相对地电压为零，正常相对地电压升到线电压，中性点对地电压升到相电压，也即故障相相电势的负值。绝缘能否承受这样的电压？一般低压发电机及供电网络绝缘造价不高，发电机端部绕组与中性点处绕组的绝缘都是相同的，不存在分级绝缘的问题。国家对中性点相互连接或接地也有要求：5GB755-2008/IEC60034-1：2004 中提出：未经向制造厂咨询，不允许将电机的中性点互相连接或接地，因为在某些运行条件下这将会产生各种频序零序电流的危险如果只有少量单相 220V 负载，大部分为对称性负荷，可在正常运行时保持一台机的中性点接地和引出零线。不过运行管理比较麻烦，当担任带单相负荷的机组停机时，要换另一台机接带单相负荷，而且在倒换操作时不能使负荷的中性线连接间断，因此必须在发电机中性点装设刀闸，先合上接入机组的中性点刀闸，再拉开退出机组的中性点刀闸。哪些机组的中性点接地，要预先的设定。为抑制中性线的三次谐波电流，现在有多种专用设备选用，有的是通过具有特殊的磁电路结构的电抗器的内部电路及磁路能量转换以滤除三次谐波电流部分；有的是使装置在 150Hz 的频率下产生并联谐振，对三次谐波产生无穷大的阻抗，三次谐波滤波器串联在回路中，对三次谐波产生高阻，抑制了由谐波源产生的三次谐波电流，从而大大地减少了叠加在零线中的谐波电流。吴纯藻 2012.5.11
