随着国家节能减排工作的深入开展，各地新上了一批以化工废气、沼气或煤 层瓦斯气为主的 220V/400V 小型发电机，经济效益、社会效益明显。但在运行 过程中， 发现存在中性线电流过大的问题。下面谈谈中性线电流产生的原因和应 该采取的措施。

1.中性线电流产生的原因

发电机出口电压为 400V 时， 其接线方式有三相三线制和三相四制两种制式。 为了能够向 220V 负荷供电，小型发电机都采用中性点直接接地方式的三相四线 制接线方式，在这种接线方式下，中性线中有可能会产生很大的电流。产生的原 因是：一是三相负荷不平衡时，中性线上就有零序电流;二是发电机绕组中的 3 次及 3 的倍数次谐波电势产生的谐波电流(以下简称 3 次谐波电流) ，中性线中 的 3 次谐波电流等于各相线中 3 次谐波电流的 3 倍。

单台发电机带直配负荷运行时，若负荷侧中性点接地，则 3 次谐波电流要 经过负荷阻抗才能构成回路， 这个阻抗值较大，因此这种运行方式的中性线电流 不大。

多台机组并联运行时，3 次谐波电流可以母线和发电机之间形成环流，此时 的阻抗很小。当多台发电机并联运行时，理想情况下，负荷分配均匀、功率因数 相同、相位相同，各机组的 3 次谐波电势互相互相抵消，不会形成环流;但是， 由于发电机制造工艺上的差异， 使各发电机的谐波分量幅值不同，或各发电机所 承担的负荷不同， 以及无功功率分配不均匀等，从而使各台发电机的电势相位不 同，合成的 3 次谐波电势在并联运行机组的中性线上形成较大的中性线电流。

中性线上流过的总电流为三相负荷不平衡电流(基波零序电流)和 3 次谐波 电流的叠加。

2.中性线电流过大的危害

(1) 影响发电机的寿命和效率。严重时可能烧毁中性线，使发电机发热，造 成绝缘老化加剧，影响发电机的寿命。

(2)导线载流量下降。高次谐波电流作用于导线上，则会使导线产生集肤 效应，使导线载流量下降。

3、限制措施

中性线中的 3 次谐波是有害的，必须加以控制。由于制造上的原因，要从发 电机结构上完全克服 3 次谐波电流是有困难的， 故必须从发电机的运行方式及系 统上采取一引起措施限制 3 次谐波电流。

(1)中性线引出线上加装隔离开关，以切断 3 次谐波的环流回路，见图 1。

图1中性点引出线上加装隔离开关示意图

在运行中， 可根据中性线上的谐波电流大小和分布情况，断开一些发电机中性线 的隔离开关， 使这些发电机运行于三相三线制，未断开的发电机运行于三相四线 制，承担 220V 负荷。此时系统中至少保持一台发电机运行于三相四线制。但缺 点是：单相负荷集中于个别发电机，增加了这样发电机的三相负荷的不平衡度。 当发电机系统中发生单相接地故障时，短路电流减小，此时应考虑对继电保护和 熔断器的影响。

(2)中性点引出线上加装电抗器，可以有效地限制 3 次谐波电流，见图 2。 其缺点是加电抗器后，引起负荷中性点偏离，加大了三相电压的不平衡度，降低 了单相短路保护的灵敏系数。 从限制 3 次谐波电流的角度看，接地电抗器的阻值 越大越好，但从减小中性点电压偏离的角度看，电抗器的阻值越小越好。所以电 抗器的阻值选择要兼顾二者的要求。

接地电抗器的选择： 额定电流按发电机额定电流的 25%考虑， 同时满足当电 抗器通过额定电流时，其上的电压降不大于 10V。

图2中性点引出线上加装电抗器的示意图

(3)在励磁回路中加装直流均压线，使无功负荷分配趋向平衡，有效抑制 3 次谐波。 4.案例 某公司新上 4 台 500KW 的沼气发电机，2 台 1 组，通过 1 台 1000KVA、 10KV/0.4KV 的升压变压器并入 10KV 系统，401、402 开关是并网点。主接线见 图 3：

图 3 主接线图 正常时， 两台发电机通过 10/0.4kV 的升压变压器(Y/Yno 接线)并网运行， 变压器低压侧中性点直接接地， 发电机中性点没有接地。 为减少中性线上的电流， 采取了以下措施：

(1) 设计时该变电所没有接 220V 单相用电负荷。

(2) 4014 合上，4024 拉开。即任何时候只有一台发电中性线刀闸合上。

(3) 中性线上接了一台电抗器。

用钳型电流表测得通过 1#发电机中性线的电流仍高达 50A-60A。

在电力系统分析中，一般认为发电机没有零序电势源，零序电流也不能流 通， 那是针对中性点没有引出的发电机。 400V 发电机采用三相四线制方式时， 当 3 次谐波电流有了通路， 与采用 Y/Y0 接线组别升压变压器形成了零序电流通路。 这条通路中限制零序电流的电抗是中性点外接电抗、发电机和变压器的零序电 抗，发电机的零序电抗较小，几百 kW 的机组一般为几十毫欧，变压器的零序电 抗也不大， 1000kVA、 10/0.4kV 的变压器低压侧零序电抗约为 80mΩ 左右。 因此， 当外接电抗值较小时，即使 3 次谐波电势只有几伏到几十伏，也会产生较大的零 序电流。如果这时拆除变压器中性线，则发电机中性线电流就会下降并趋于零。

当发电机和变压器中性点都直接接地时，接地网成为零序网络的一部分， 此时，即使断开中性线，零序通路仍然存在，在发电机谐波电势差的作用下，中 性点上仍有较大的电流。

因该变电所没有 220V 单相负荷，为了消除中性线电流，目前 4014、4024 都拉开。