发电机出口谐波电压超标原因分析
某电厂发电机出口三次谐波分析与研究
某电厂发电机出口三次谐波分析与研究张二龙【摘要】在对某电厂发电机出口进行电能质量监测时,发现发电机出口三次谐波较大.文章对发电机正常工作过程、启机过程、停机过程的谐波测试结果进行了全面分析,并列出了发电机出口三次谐波形成的三个主要原因,包括:PT二次侧产生的零序谐波电压在一次侧的放大;发电机空载时,由空载励磁电流产生的空载励磁磁势为梯形波,空载励磁电流产生的磁感应强度中含有三次谐波分量;发电机负载增大过程中,产生电枢反应,由于转子磁极表面气隙磁阻的不均匀,因此,磁通在转子表面沿气隙分布的磁感应强度将是非正弦的,同样产生了三次谐波.【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2017(022)003【总页数】5页(P45-49)【关键词】发电机;电能质量;三次谐波【作者】张二龙【作者单位】中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司,安徽合肥230022【正文语种】中文【中图分类】TM712.3Abstract:The third harmonic was found big while monitoring the power quality of generator terminal voltage in one power plant. This paper hasmade a comprehensive analysis of the test results during the working, starting and stopping processes and then lists the three main reasons which lead to the production of the third harmonic: firstly, the zero sequence harmonic produced by the transformer secondary side was enlarged in the primary side; secondly, with no load, the waveform of the excitation magnetomotive force is trapezoidal, which has three harmonic component in the magnetic induction; thirdly, with the load increasing, the armature reaction would be generated and the third harmonic was produced as the rotor pole-face gap reluctance was not evenly distributed and the waveform of the magnetic induction intensity was not a sine wave. Key words:generator; power quality; the third harmonic随着社会经济的发展，电能的需求量也越来越大，对发电系统以及供配电系统的经济性、可靠性以及合理性的要求也越来越高，这要求在满足需求量的前提下也要设法保证电能质量的各项数据满足规程要求。
发电机出口三次谐波电压异常情况分析
性 点 直接 接地 ， 为计 量 、 均 测量 、 护 回路 用 ；Ｐ 保 ３ Ｔ型 号 为 Ｐ 一 ，为 发 电机 定 子接 地 保 护用 Ｐ Ｐ Ｅ１ Ｔ，Ｔ一 次 侧 中性 点 接 至发 电机 中性 点 。经 ４ Ｔ原 边接 地 ， Ｐ 因 原 边 阻抗值 很大 ， 当 于经大 阻抗 接地 。３ Ｐ 相 组 ， ｒ
２１ ０ ２年 ３月
发 电机 出 口三次谐 波 电压异 常情况分析
黄 瑛 ． 友 仁 刘
（ 江西 省 电力 科 学 研 究 院 ， 西 江 南昌 ３ ０９ ） ３ ０ ６
摘
要： 电压互 感 器 的原 边 中性 点 不 直接 接地 时 。 电压 互感 器二 次侧 进 行 的谐 波 测 试会 发 现 ３次谐 在
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 ， 成 Ｔ 造 ＨＤ值远 远超 过 国标规 定
（ Ｂ ５ — ０ ８第 ９１． Ｇ ７５ ２０ ．１ ２规定 ） ５ 的 ％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
基 波
பைடு நூலகம்潞
髓
的 电压 回路 上 所 得 到 的试 验 结 果 ， 谐 波 电压 幅 ３次 值含 量分 别 为 １ １ １ ０ Ｔ Ｄ值分 别 为 １ ３ ． ％、 ． ％， Ｈ ５ ５ ． ％、 ５ １ ２ 均满 足 国标要 求 。从 ３ Ｔ二 次 回路 引线 的测 ． ％， ５ Ｐ
电压 １ ５ Ｖ ９ ％ ８ ４ ３ ％ Ｑ ２ ｌ Ｑ ｏ １ ０ ４ ８ ３ ｋ ０ １ ＇ ％０ ４ ｌ殇Ｑ ２ ％Ｑ ９ ％ ． ￣ １ １ 电流『 ８ ０ １ ２ １ ４ ３ ２ ８ １ ４ ６ ５ ５ ４ ０ ９ ／ Ａ ２ ２ ５ １９ １９ ８ ２ ９ ８ ． ２ ０
电厂发电机的谐波危害分析与测试
电厂发电机的谐波危害分析与测试在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器）、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式家用电器中。
二、谐波的危害1、增加了发、输、供和用电设备的附加损耗发电机出现谐波会使设备过热，降低设备的效率和利用率。
由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。
2、影响继电保护和自动装置的工作和可靠性谐波对电力系统中以负序（基波）量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，这是由于这些按负序（基波）量整定的保护装置，整定值小、灵敏度高。
如果在负序基础上再叠加上谐波的干扰（如电气化铁道、电弧炉等谐波源还是负序源）则会引起发电机负序电流保护误动（若误动引起跳闸，则后果严重）、变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动，严重威胁电力系统的安全运行。
3、使测量和计量仪器的指示和计量不准确由于电力计量装置都是按50Hz的标准的正弦波设计的，当供电电压或负荷电流中有谐波成分时，会影响感应式电能表的正常工作。
在有谐波源的情况下，谐波源用户处的电能表记录了该用户吸收的基波电能并扣除一小部分谐波电能，从而谐波源虽然污染了电网，却反而少交电费；而与此同时，在线性负荷用户处，电能表记录的是该用户吸收的基波电能及部分的谐波电能，这部分谐波电能不但使线性负荷性能变坏，而且还要多交电费。
谐波的产生原因危害与治理
谐波的产生原因危害与治理谐波是指信号在传输过程中产生的频率是原有信号频率的整数倍的现象。
谐波一般是由于信号源产生幅度非线性特性、信号传输线路的不完美特性以及外界干扰等多种因素共同作用所导致的。
1.非线性特性：当信号源的输入电压超过其线性范围时，信号源会产生非线性失真。
这种非线性特性会使得原信号分解成包含各种谐波成分的信号，即产生谐波。
2.传输线路的不完美：在电力传输和通信线路中，由于电导率不一致、绝缘材料的不均匀性以及线路的接地等因素，会引起谐波的产生。
这些因素使得线路对于不同频率的信号具有不同的传输特性，从而造成信号的失真和谐波的产生。
3.外界干扰：外界电磁辐射的干扰也会引起谐波的产生。
当外界电磁波与系统内的信号相互作用时，可能会产生共振现象，从而导致谐波信号的产生。
谐波的存在会带来一系列的危害，包括以下几个方面：1.信号失真：谐波信号会改变原信号的波形和频谱特性，导致信号失真。
这会影响到电力传输系统和通信系统中的信号传输质量，降低系统的可靠性和稳定性。
2.设备损坏：谐波会导致电流和电压的波形变形，产生大量的电磁干扰。
这些干扰会对设备的正常工作造成影响，甚至会导致设备损坏和故障。
谐波还可能引起设备内部电子元件的过热现象，加速设备老化和损坏。
3.电力系统能源浪费：谐波会引起电力系统中电流和电压的非功率信号，造成能量损耗。
这不仅会浪费能源，还会导致电力系统的效率降低。
为了治理谐波对系统的危害，可以采取以下几种方法：1.模拟电路设计中采用线性器件：选择线性器件作为信号源和信号传输线路中的关键部件，减少非线性特性对信号的影响。
2.使用滤波器：在信号源和负载之间加入合适的滤波器，可以有效地滤除谐波成分，保证原信号的传输质量。
3.优化供电系统：针对供电系统中频繁出现谐波问题的设备，进行电源选择、接线方式和接地设计的优化，减少谐波产生。
4.电源质量改进：加强对供电设备的质量管理，采用高质量的电源设备，减少谐波对电力系统的影响。
电动机三相电流谐波不平衡程度增加的原因
电动机三相电流谐波不平衡程度增加的原因下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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谐波分析产生原因,危害,解决方法【精选文档】
谐波分析一、谐波的相关概述谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。
谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性.由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。
当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。
电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波.因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。
(2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。
(3）非线性设备的谐波源,如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害主要表现在:（1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率.（2)谐波影响各种电气设备的正常工作。
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引发严重事故.（4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声,降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
三、谐波的分析由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高,谐波已成为电力系统的一大公害.我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。
我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量-—公用电网谐波》(GB/T 14549—1993）。
该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。
电力系统谐振原因及处理措施分析
一、概述铁磁谐振就是由铁心电感元件,如发电机、变压器、电压互感器、电抗器、消弧线圈等与与系统的电容元件,如输电线路、电容补偿器等形成共谐条件,激发持续的铁磁谐振,使系统产生谐振过电压。
电力系统的铁磁谐振可分二大类:一类就是在66kV及以下中性点绝缘的电网中,由于对地容抗与电磁式电压互感器励磁感抗的不利组合,在系统电压大扰动(如遭雷击、单相接地故障消失过程以及开关操作等)作用下而激发产生的铁磁谐振现象;另一类就是发生在220kV(或110kV)变电站空载母线上,当用220kV、110kV带断口均压电容的主开关或母联开关对带电磁式电压互感器的空母线充电过程中,或切除(含保护整组传动联跳)带有电磁式电压互感器的空母线时,操作暂态过程使连接在空母线上的电磁式电压互感器组中的一相、两相或三相激发产生的铁磁谐振现象,即串联谐振,简单地讲就就是由高压断路器电容与母线电压互感器的电感耦合产生谐振由于谐振波仅局限于变电站空载母线范围内,也称其为变电站空母线谐振。
二、铁磁谐振的现象1、铁磁谐振的形式及象征1)基波谐振:一相对地电压降低,另两相对地电压升高超过线电压;或两相电压降低、一相电压升高超过线电压、有接地信号发出2)分次谐波:三相对地电压同时升高、低频变动3)高次谐波:三相对地电压同时升高超过线电压2、串联谐振的现象:线电压升高、表计摆动,电压互感器开口三角形电压超过100V三、铁磁谐振产生的原因及其分析:1、铁磁谐振产生的原因:1)、有线路接地、断线、断路器非同期合闸等引起的系统冲击2)、切、合空母线或系统扰动激发谐振3)、系统在某种特殊运行方式下,参数匹配,达到了谐振条件2、串联谐振产生的原因:进行刀闸操作时,断路器隔离开关与母线相连,引发断路器端口电容与母线上互感器耦合满足谐振条件3、电力系统铁磁谐振产生的原因分析电力系统就是一个复杂的电力网络,在这个复杂的电力网络中,存在着很多电感及电容元件,尤其在不接地系统中,常常出现铁磁谐振现象,给设备的安全运行带来隐患,下面先从简单的铁磁谐振电路中对铁磁谐振原因进行分析。
谐波电流对同步发电机输出电压的影响分析
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２月
谐 波 电流 对 同步发 电机 输 出 电压 的影 响分 析
宋鹏超 ，王金 全 ，夏 明 ，吕 强 ，杨 涛
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发电机出口谐波电压超标原因分析
【摘要】通过对某电厂2号发电机大修后启动升压过程中出口电压出现谐波电压超标进行分析，得出发电机机端PT中性点必须可靠接地，否则将在发电机PT二次侧产生大量三次谐波电压，将造成100%定子接地保护误动，且进一步来
大于8V，将造成机端PT断线误动作从而闭锁发电机后备说，当机端PT自产3U
保护的严重后果。
【关键词】发电机；三次谐波；PT；中性点；接地
0 引言
常见大型发电机定子接地保护最常见的有基波+三次谐波定子接地保护。
其中基波零序电压保护机端至中性点85%~95%区域的定子绕组单相接地故障，也称95%定子接地保护；三次谐波定子接地保护中性点至机端15%~30%区域的定子绕组单相接地故障，也称100%定子接地保护。
根据DL/T 684大型发电机变压器继电保护整定计算导则要求，基波零序电压保护动作于停机；而三次谐波定子接地保护则动作于信号。
1存在的问题
某电厂320MW级2号机组投运时间为1994年10月。
2021年8月2号发电机完成大修，修复了定子线圈、定子铁芯、转子护环、更换了出口PT、CT。
8月17日7时， 2号发电机进行空载升压试验，当发电机机端电压升至9500V左右，发变组保护A、B盘报“三次谐波定子接地保护报警动作”，如图1所示。
图1 三次谐波定子接地保护报警波形
就地检查发电机中性点，未发现绝缘异常。
继续缓慢升压至发电机额定电压20000V，升压过程中发电机中性点电压基本无变化，幅值最大升至0.8V；发电机
机端开口三角电压明显上升，在发电机额定电压时升至8V，来“PT断线报警”。
手动录波，能从波形中明显看出三次谐波波形；且PT星形侧波形也开始发生形变，出现三次谐波尖波趋势，三次谐波分量为基波分量7%左右，如图2所示。
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，并未带任何负载，因此不考虑负载因素。
同步发电机定子线圈采用合理的布置方式可大量减少
5次谐波和7次谐波，发电机采用的星形接线方式可消除3次谐波的影响，一般
情况下，由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，更换了TV1、TV2、TV3。
进一步分析得知：首先，在更换
定子线圈过程中，并没有改变原先的线圈位置的空间分布，且采取了短距和分布
绕组等抑制谐波措施，因此由定子线圈绕组三相不对称引起发电机出口电压不平
衡的可能性较低；其次，在额定电压时机端的三次谐波明显大于中性点的，符合
发电机中性点接地的现象，但经过现场复查后，未发现发电机中性点任何绝缘异常；最后，考虑到电压互感器接线方式和自身特性会影响机端谐波电压测试结果，所以初步判断由电压互感器自身特性及接线方式造成该电厂发电机出口PT电压
畸变的可能性较大。
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2号发电机出口设有三组电压互感器（TV1，TV2，TV3），见图3。
经过对现场一次系统的全面检查，发现TV1、TV2、TV3三组压变的中性点均
未接地，在将三组压变中性点全部接地后，重新升至额定电压进行测量，发现三
次谐波分量正常，机端电压波形无畸变。
3.1电压互感器三次谐波的产生
PT正常工作时，在50Hz交变电磁场作用下，会产生磁滞现象，往往能够观
察到波形畸变，这是由于互感器本身特性决定的。
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：
从上式可以看出，若PT工作在磁化曲线非线性部分的话，那么在激磁电流中除基波外还将产生以三次谐波为主的高次谐波。
除了上述复杂的数学公式，也可以换一种简单的理解方法：由于PT铁芯材料存在磁滞回线，如图4所示:
图4硅钢材料典型B/H曲线
当PT工作在图3中b至e点时，铁芯磁通密度尚未饱和，PT工作磁化曲线可视为线性，此时PT励磁电流可以看作正弦波，互感器二次侧三次谐波含量不高。
以本次电厂升压异常现象为例，从图6可以看出，当发电机机端电压升至9500V时，发电机机端PT电压中三次谐波分量为基波分量为2.6%左右，幅值大约为0.8V，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
与CT相反，PT工作在额定电压时时的磁通密度接近于饱和，也就是说当发
电机机端电压升至额定，此时发电机机端PT必然工作在图3中a至d点，铁芯
磁通密度饱和，PT工作磁化曲线视为非线性，励磁电流出现谐波，特别是三次谐波，从而使得波形表现出尖顶，正如图7所示。
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
虽然发电机在额定电压工作状态下本身会产生三次谐波电压，但在正常运行时，在发电机机端PT二次侧却并没有多少三次谐波分量，更不会影响相电压波
形产生畸变，这是由于外回路对地阻抗的原因。
发电机、封闭母线等一次高压设备对地电容、发电机中性点接地变接地阻抗
构成了三次谐波电流通路，因此发电机机端PT二次侧三次谐波分量将发生变化。
图8发电机机端PT三次谐波电流分布图
如图8（a）所示，当发电机机端PT绕组一、二次接线正确时，尽管励磁绕
组存在三次谐波电压源，但是通过接地点和地网，将发电机中心点与PT绕组一、
二次连在了一起，为三次谐波电流形成了通路，从而大大降低了三次谐波对PT 产生的影响。
在本次升压异常事件中，由于发电机机端PT绕组一次侧未接地，发电机三次谐波分布如图8（b）所示，无法形成通路，那么发电机机端PT励磁绕组中的三次谐波电压源将叠加在PT二次侧及发电机中性点，从而对PT生成波形产生严重影响。
4 结论
发电机机端PT中性点必须接地，否则PT在正常运行过程中产生的三次谐波电压将全部叠加在二次侧，导致保护装置中电压波形严重失真，会造成100%定子接地保护误动；且进一步来说，当机端PT自产3U0大于8V时，还将造成机端PT 断线误动作，从而闭锁发电机后备保护的严重后果。
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