彭昌清
（国网湖北省电力有限公司黄龙滩水力发电厂 湖北省十堰市 442000）
摘要：随着电气化铁路的迅速发展，给人们日常生活带来了便捷，带动国民经济飞速发展。电气化铁路是靠电力作为牵引动力的，由于其牵引机车的特殊性，电气化铁路运行时就在该局域电网产生大量的负序分
量，对该地区并网的发电机组的产生损伤，影响电网的电能质量。
关键词：电气化铁路；牵引；水轮发电机组；损伤
一、前言
随着电气化铁路的迅速发展，给人们日常生活带来了便捷，带动国民经济飞速发展。电气化铁路是靠电力作为牵引动力的，由于其牵引机车的特殊性，其在运行时因不对称负荷产生大量的负序分量，对电力供电
系统侧产生的影响日益突出。
由于不同容量的发电机承受负序电流的能力不同，相应地对发电机造成损伤情况也不一样。在电铁负荷区域，负序电流经常引起发电机定时限负序过负荷保护报警，严重时对该地区并网的发电机组产生损伤，影响电网的电能
质量。在电力系统较为薄弱的地区，电铁负荷引起的电力系统电能质量尤为突出。对于小电厂的投入运行，带来极大不便。
二、故障现象
1、在电力系统较为薄弱的地区（县级电网），电气化铁路负荷对于并网运行小电厂的损坏。
湖北十堰郧西县某小型水电厂，装有单机容量5MW*2台，2014年12月对1号水轮发电机组进行大修时发现，1号发电机定子下端部有三根线棒烧毁严重，1号发电机表层绝缘漆老化严重。后来运行人员反映，每当火车从他们电站
附近通过时，运行的发电机组都会持续地发出沉闷刺耳的声音，值班人员感到非常害怕。
2、在大中型发电厂，电气化铁路负荷对于并网运行机组的影响。
湖北十堰市某大型水电厂，1号厂房装有容量2*85MW，采用发变组单元接线，110kV电气主接线采用单母线分段接线，6回110kV出线；2号厂房容量2*170MW，采用发变组单元接线，220kV电气主接线采用单母线一回出线接线。
1号厂房1号发电机组分别在2017年2月20日、7月15日及7月20日，发生三次1号机组负序反时限过流保护正确动作，三次均是机组满负荷跳闸。
上述现象已经严重影响到并网发电机组的安全可靠运行。根据这些故障现象，研究减少电气化铁路负荷对于并网运行机组的影响已迫在眉睫。
三、现状调查
1、湖北十堰郧西县某小型水电厂，1号水轮发电机组进行大修时发现，1号发电机定子下端部有三根线棒烧毁严重，1号发电机表层绝缘漆老化严重。
调查发现，在2014年1月至12月期间，十堰供电公司对该地区110kV电网进行改造改变了该地区110kV系统电网的运行方式，此时该电网较为薄弱，而此电站发电机组负序过流保护动作仅发信号，不动作于机组跳闸。机组长期地
承受着电气化铁路不对称负荷，最终损伤，电网运行方式的改变给机组安全运行带来隐患。
湖北十堰市某大型水电厂，电气化铁路负荷对1号厂房1号发电机组发生三次负序反时限过流保护正确动作，机组满负荷跳闸。
调查发现，在2017年春运及暑期铁路运输高峰期，十堰供电公司对该地区110kV系统电网的运行方式进行调整，在此期间十堰地区电气化铁路负荷全部并接在该电厂110kV出线上，当该电厂发电机单机运行时，发电机承担着较
大的负序电流，为保护发电机组，当负序过流达到发电机所设定的保护动作时就动作于机组跳闸。
以上调查结果表明，当地供电公司对该地区110kV系统电网的运行方式进行调整，没有通知相关的并网发电厂（站）做好应急准备及应急方案，更没有做好电网方式改变的可行性研究。
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四、原因分析
当电网发生三相不对称短路或者负荷不对称时，在并网机组定子电流中将出现负序电流，该负序电流在发电机气隙中产生反向的旋转磁场，将在转子中感应出100Hz的倍频电流，将灼烧转子端部、护环内表面等，
即该倍频电流严重中会给发电机造成严重破坏，也称“负序电流烧机”。此外，负序气隙旋转磁场与转子电流之间，以及正向气隙旋转磁场与定子负序电流之间会产生100Hz的交变电磁力矩，将同时作用于转子大轴和定子机座
，引起频率为100Hz的振动，也将影响机组的正常运行。因此，发电机应装设负序过流保护。
根据“2.20”该水电厂1号机组跳闸时刻附近的故障录波信息分析，15时08分04秒之前一段时间内，发电机定子电流的负序分量一直保持大于0.49A，反时限动作时间约为4.53s与反时限负序过流保护动作曲线吻合。机组保护动
作后，灭磁开关FMK和出口断路器黄21先后跳闸成功，110kV升压站无保护动作和断路器跳闸。同时结合现场一、二次设备及系统检查情况基本可以确定造成保护动作的主要原因为机组出口包含较大的负序电流分量。
110kV小铁站主要作为牵引站向电气化铁路供电。我国电铁采用单相工频制，牵引供电系统主要由牵引变电所、分区亭及牵引电网组成。牵引网额定电压为25 kV 单相，最高运行电压为27.5 kV。牵引变电所高压侧一般受电于
110kV 或220 kV 电力系统。牵引变电所主变压器低压侧一相接地，另外两相为两侧单相供电壁的电源。为了减轻高压侧三相不平衡度，铁路全线所有牵引变压器低压侧轮换接地，牵引供电系统两个牵引变电所之间的供电壁在
中间设立分区亭，正常情况下断开运行，事故情况下合闸后可作为两所的相互备用电源，见图6。通常牵引变电所接入电网的方式有单相、VV接线、三相YNd11，无论何种接线方式均会对电网造成较大的负序电流影响，为有效
控制负序电流带来的危害，国网公司发展[2009]974号文件《电气化铁路牵引站接入电网导则（试行）》中明确规定“牵引站应采取轮流换相方式接入”、“牵引站接入系统的变电站应装设电能质量在线监测装置”，其产生的
负序电压电流“应满足国家标准《电能质量 三相不平衡》（GB/T 15543）和《旋转电机 定额和性能》（GB 755）的要求”，同时该文件还明确规定“新建电铁牵引站应采用三相接入，并根据电网条件和牵引负荷情况进行评
估比选，按照有效减少注入电网负序电流的原则，合理选择牵引变压器型式，优先采用三相阻抗平衡牵引变压器。”
本次发电机反时限负序过流保护动作造成机组解列甩负荷的主要原因很有可能是由于110kV小铁站特定的运行方式和负荷状态产生的大量负序电流导致。
五、结论及建议
经过上述综合分析，得出如下结论：
当地供电公司对该地区110kV系统电网的运行方式改变，小铁站为电气化铁路提供负荷，产生大量的负序电流注入系统所致，引起机组定子电流中的负序分量过大，导致发电机反时限负序过流保护动作。
建议：
1、当地供电公司对该地区110kV系统电网的运行方式进行调整前，做好电网方式改变的可行性研究，优化该地区110kV系统电网的运行结构及运行方式。
2、电厂根据实际情况在监控系统加强对于机组负序电流越限的监测，并利用故障录波系统及时记录负序电流越限时机组和线路的运行状态。
3、必要时，在电厂及110kV将军河变电站装设电能质量在线监测装置，有效监测牵引站接入电网的电能质量情况。
参考文献：
[1]高春如．大型发电机组继电保护整定计算与运行技术 ．北京：中国电力出版社，2006．
[2]卢志海，厉吉文，周剑． 电气化铁路对电力系统的影响[J]． 继电器，2004，32（11）：36-39．
[3]姚宗溥，侯世英，祝石厚．电气化铁路牵引负荷对固原电网的影响[J]．电网技术，2007，31（S1）：21—25．
论文作者:彭昌清
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：机组论文; 电气化铁路论文; 电网论文; 电流论文; 发电机论文; 负荷论文; 定子论文; 《河南电力》2018年7期论文;