随着我国特高压交直流电网的逐步形成和新能源的大规模连续并网，与换流站密切相关的交流系统三相不平衡问题也开始出现。大唐国际锡林浩特发电公司发电机经主变压器升压后接入1000kV交流特高压站，1000kV交流特高压站及附近±800kVDC换流站相聚26公里，各自500kV侧紧密相连。自2019年12月起，大唐国际锡林浩特发电有限公司1号、2号机组相继并网。两台机组与系统并列后，长期存在一定程度的负序电流。同时，由于DC系统关闭，交流系统扰动时产生较大的临时负序电流。因此，研究负序电流可能造成的危害和控制措施尤为必要。

 

1、负序电流的危害

 

负序电流对发电机的主要危害在于，当负序电流流过定子绕组时，负序电流产生的负序磁场也以同步速度旋转，但与正序旋转磁场的旋转方向相反。因此，以同步速度旋转的发电机转子将以两倍速度同步切割负序磁场，在励磁绕组和转子本体中感应两倍工频的附加电流，在转子表面产生涡流，使发电机转子产生加热和附加损耗，危害转子槽楔、接头、环等部位。同时，由于气隙合成磁场产生的交变磁力矩作用在定子底座和转子转轴上，会引起两倍工频的附加振动。此外，负序电流会增加变压器的附加能量损失，使变压器的铁芯磁路产生额外的加热。同时，负序电流的大小和持续时间的变化可能会导致继电保护装置的运行。

 

2、发电机承受负序电流的能力

 

以大唐国际锡林浩特发电有限公司采用的东方电机有限公司生产的额定电流为19245A的QFSN-660-2-22B汽轮发电机为例，电机说明书中列出的稳态和暂态负序电流的承载能力为：当三相负载不对称，每相电流不超过额定子电流IN时，负序电流分量I2与额定电流IN之比（I2/）IN）不得超过8%。不对称故障发生时，短时负序电流(I2/IN)2t不得超过10s。

 

3、锡林浩特发电公司发电机运行中的稳态和暂态负序电流分析

 

锡电1、2号发电机投入运行前进行短路试验时，三相电流平衡，负序电流很低（接近0A），但并网后立即出现近200A负序电流，负序电流不随机组功率增加（定子电流增加）而发生明显变化，排除发电机定子绕组不平衡导致负序电流的可能性。

 

在1、2号机组168试运行期间，对锡电公司两台机组对应的高厂变、励磁变高压侧三相电流进行检查，确认高厂变、励磁变高压侧电流三相平衡，排除两台机组厂内负荷不平衡导致定子电流三相不平衡。

 

同时，通过对华能锡林浩特热电厂、国家能源胜利电厂、京能五房电厂、华润五房电厂等接入同一系统的发电厂的调查，了解到与锡电公司两台机组接入同一系统的机组具有相似值的负序分量，接入锡盟直流换流站的五房两电厂的负序电流略高于接入胜利交流站的机组（与锡盟换流站连接的机组负序电流约为350A）。可以推断，1000kV交流系统的三相不平衡可能是由于直流换流站的存在。各发电机组的负序分量均来自系统，与锡盟换流站的连接越紧密，机组的负序电流越大（交流直流系统关系见图2）。

 

取锡电公司2020年和2021年机组运行数据，发电机组负序电流稳态值约200A，按发电机负序电流稳态允许值计算公式(I2/)IN）计算为1.03%，满足负序电流分量I2与额定电流IN之比不超过8%的要求。自2022年1月起，锡电公司两台机组的负序电流由200A降至140A左右，按发电机负序电流稳态允许值计算为0.7%，系统不平衡得到改善。

 

2022年5月30日，锡泰直流闭锁导致电网扰动，系统趋势重新分布，电压和电流波动较大，导致锡电公司两台发电机组有功功率、无功功率和定转子电压电流波动。在此期间，两台发电机的负序电流突然增加。以增加较大的2号机组为例，负序电流从182A升高到2183A，负序电流超稳态允许值持续30ms(约1.5周波)IN)根据2t计算，该值为0.000385s，小于发电机负序电流暂态允许值10s（祥见图3）、图4）。

 

4、防止负序电流损坏发电机的控制措施

 

新投入运行或大修后，机组应按照《发电机技术数据汇总表》检查发电机定子绕组的直流电阻、定子与出线相间及相对绝缘电阻及吸收比、发电机转子绝缘、交流阻抗等参数，发电机本体CT、出口PT试验合格，电压和电流电路接线良好。机组启动前，确保发电机负序过载的正负时限保护合理，保护正确投入。发电机启动后，检查定子电压三相平衡，网前定子电流为0A，必要时进行发电机短路试验和空载试验，确认二次接线正确，验证短路特性曲线和空载特性曲线与出厂测量一致。

 

正常运行中，如因系统原因导致负序电流突然增大，应及时降低有功功率，确保负序电流在允许范围内，密切关注发电机固定转子温度、进出风温度、发电机振动等参数，防止发电机温升超限或振动增大导致轴瓦磨损。发电机不对称运行时，运行人员应迅速查明原因，尽量减少发电机不对称。如果发电机并列或解列过程中出现非全相运行，应立即将发电机有功功率降至最低，然后将发电机解列（由于锡电公司发电机出口断路器为三相联动机构，三相同时开关动作可靠性高，因此非全相保护设置在主变压侧）。

 

长期存在负序电流的机组，日常运行中转子上的倍频电流流过转子的各个部件。由于不同部件使用的材料不同，其热容量也不同。例如，护环的热容量小于转子本体。在负序电流的长期作用下，护环与转子本体之间可能会因温差而失去紧力。应利用维护机会抽转子检查转子表面是否有过热痕迹，护环、转子槽楔、搭接部位是否有过热松动痕迹。抽转子检查时，还应重点检查转子表面、大齿、槽楔、护环等部位。在负序磁场的作用下，由于转子表面和大齿的导磁性能较好，产生的感应电流较大。同时，在皮肤集合作用下，转子表面和大齿电流密度较高，容易出现局部温度升高和过热。

 

非全相运行超过发电机负序电流允许水平，即发电机负序承载能力I2/IN(最大稳态值)>8%IN)2t(最大暂态值)>10s时，必须经过抽转子检查无问题，经总工程师批准后才能启动并列。

 

结论：

 

在以往的经验中，负序电流更多地作为发电机非全相运行或不对称短路等事故的监测分析参数。随着电网的发展，特高压交流直流系统的规模扩大并更加紧密相连，导致系统在稳态运行中存在一定值的负序分量；同时，在系统的各种临时过程中可能会产生大量的负序电流，主要体现在直流系统运行模式突变时对交流系统的影响上。因此，发电机正常运行中的负序电流监测和系统扰动影响时的参数分析成为非常重要的内容；在维护过程中，根据负序电流对发电机的危害进行有针对性的检查和维护尤为重要。收集相关数据，建立台账，及时进行数据分析；加强运维管理，确保各级技术人员和运维人员掌握负序电流对发电机的危害和控制措施，正确评估机组状态，及时消除隐患，确保发电机安全稳定运行。