關(guān)于電網(wǎng)高次諧波對變壓器設(shè)備的影響分析

邵先進(jìn) 周明 龔海峰

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，電網(wǎng)行業(yè)也得到顯著的發(fā)展和壯大。通常情況下，電網(wǎng)系統(tǒng)中常含有高次諧波，這將可能導(dǎo)致變壓器設(shè)備中鐵心飽和，使其產(chǎn)生的噪聲提高，鐵心突然發(fā)燙，對整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本文將通過案例分析的方式，對諧波對變壓器產(chǎn)生的影響以及防治措施進(jìn)行分析和闡述。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng) 高次諧波 變壓器設(shè)備 影響

中圖分類號(hào)：TM132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）02（a）-0089-02

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，一般會(huì)存在高次諧波分量，這將在很大程度上可能導(dǎo)致鐵心飽和狀況發(fā)生，進(jìn)而使其產(chǎn)生的噪聲值提升，鐵心的熱量在短時(shí)間內(nèi)上升，影響整個(gè)設(shè)備的正常順利運(yùn)行。對此，應(yīng)對故障發(fā)生的原因進(jìn)行分析，并且采取正確合理的措施進(jìn)行有效的解決。

1 諧波對變壓器產(chǎn)生的影響及防治措施

1.1 影響

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，通常情況下，變壓器與變頻器將會(huì)同時(shí)工作，這時(shí)由變頻器工作過程中，受電流影響而產(chǎn)生的諧波將會(huì)對變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。而變壓器又屬于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，在供電網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，一旦變壓器受到諧波的影響而難以實(shí)施正常工作，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的癱瘓，進(jìn)而為供電企業(yè)帶來巨大損失。另外，當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備中有電流經(jīng)過時(shí)，不同電網(wǎng)設(shè)備所產(chǎn)生的頻率諧波也不盡相同，這些諧波將會(huì)在電網(wǎng)中相互作用和影響，對變壓器的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重干擾。一旦變壓器難以實(shí)施正常運(yùn)行，變頻器中的電流將會(huì)變得更加不穩(wěn)，產(chǎn)生更多的諧波對變壓器造成破壞，如此反復(fù)地惡性循環(huán)，將直接導(dǎo)致變壓器的工作效率和質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，長此以往還會(huì)縮短設(shè)備的使用期限，為供電企業(yè)的健康發(fā)展帶來極大的不良影響[1]。

1.2 防止措施

對于電網(wǎng)高次諧波對變壓器設(shè)備產(chǎn)生的影響問題，為了使不良影響得到有效的控制，使系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量得到顯著提升，應(yīng)采取兩方面措施，一方面從諧波的根源處入手，減少對非線性、大容量設(shè)備的應(yīng)用。另一方面，則是在波源之外實(shí)施有效的處理。第一，使整流裝置中脈沖的數(shù)量增加，這主要是因?yàn)橹C波的數(shù)量n與脈沖數(shù)量p之間存在正比例關(guān)系，而諧波電流的平方根又與諧波次數(shù)成反比例關(guān)系，因此可以通過提升脈沖數(shù)量的方式減少諧波分量。第二，將電抗器串聯(lián)到不具備電抗器的電容器中，以此來提升對諧波的抵御能力，減少諧波對變電器設(shè)備產(chǎn)生的影響。第三，安裝LC濾波器，能夠?qū)χC波所產(chǎn)生的電流進(jìn)行就近吸收。當(dāng)處于工頻工況的情況時(shí)，濾波器能夠?qū)o功功率進(jìn)行供給，使功率因數(shù)得到有效的改善，對高次諧波具有十分顯著的抑制作用。

2 諧波對變壓器影響的實(shí)際案例分析

2.1 故障產(chǎn)生

某電臺(tái)技術(shù)人員在對變壓器設(shè)備實(shí)施巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)存在異常情況，該設(shè)備的類型為三相干式整流變壓器，存在的問題主要體現(xiàn)在：運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音量較高，將近70dB，根據(jù)相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，一臺(tái)正常變壓器設(shè)備在工作時(shí)的聲音應(yīng)為48dB左右，該設(shè)備已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。在溫度上體現(xiàn)出較大的發(fā)熱現(xiàn)象，鐵心表面的溫度將近95℃，正常情況下的溫度應(yīng)為65℃左右，因此在溫度上也明顯超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。在功率方面，功率因數(shù)為0.82，正確情況下應(yīng)為0.95，因此具有明顯的下降趨勢。經(jīng)過深入驗(yàn)證和核實(shí)后得知，該設(shè)備中電流存在不平衡現(xiàn)象，A相的電流為10A，B相和C相均為7.5A，A相電流過大[2]。

2.2 故障檢測

為了保障變壓器設(shè)備的安全以及傳輸工作的正常進(jìn)行，首先利用備用設(shè)備將其替換下來，但發(fā)現(xiàn)故障問題仍然存在，這將說明與該設(shè)備無關(guān)，初步考慮是系統(tǒng)電源出現(xiàn)故障而引發(fā)，因此啟動(dòng)備用的發(fā)電機(jī)組，發(fā)現(xiàn)故障問題被解決。通過查找該設(shè)備的存檔資料能夠?qū)ζ渚唧w信息進(jìn)行了解和掌握，該設(shè)備的類型為三相干式整流變壓器，次級兩組電壓之間的相位差距為30°，通過兩組串聯(lián)的全波整流之后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)直流電源，進(jìn)而為相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行提供所需電源。為了使故障原因被徹底找出，技術(shù)人員利用高精度功率分析儀對電源進(jìn)行了檢測，通過檢測結(jié)果能夠看出，在該電網(wǎng)系統(tǒng)的電源中，包含大量的高次諧波分量，主要以三次、五次、七次等奇次諧波為主，尤其是五次諧波的含量最多。其中，I5A為18.2%，I5B為22.6%，I5C為21.4%。同時(shí)，通過檢測還能夠看出，在該變壓器設(shè)備中，在三相電抗方面也不盡相同。其中，XA為0.8130，XB為0.8425，XC為0.8404。

2.3 故障原因

通過上述檢測與分析之后能夠得出，該三相變壓器出現(xiàn)故障的主要原因?yàn)殡娋W(wǎng)系統(tǒng)中的高次諧波分量較多，使得設(shè)備中鐵心首先電流的影響發(fā)生畸形，由正弦波形轉(zhuǎn)變?yōu)榧忭敳ㄐ危瑢?dǎo)致鐵心飽和，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)較強(qiáng)的噪聲。同時(shí)，由于變壓器中的鐵心受到影響發(fā)生損耗，主要表現(xiàn)在磁滯以及渦流兩個(gè)方面，而諧波的產(chǎn)生將會(huì)加強(qiáng)對渦流的消耗，即，這時(shí)將會(huì)導(dǎo)致鐵心溫度持續(xù)升高，出現(xiàn)較為明顯的發(fā)熱現(xiàn)象。另外，諧波還會(huì)促使無功電流的增加，進(jìn)而使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降。由于在變壓器制造過程中，在線圈的尺寸中存在誤差，致使三相電抗之間出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，A相電抗明顯偏低，其他兩項(xiàng)的數(shù)值較為接近。具體的電抗計(jì)算公式為：

（1）

式中，為電抗，單位；為頻率，單位Hz；N為線圈的數(shù)量；為線圈漏磁的面積，單位cm2；為電抗修正系數(shù)，范圍主要在0.95～1.03之間；是初級與次級線圈平均電抗的高度值，單位cm。

通過上述公式的計(jì)算能夠得出，電抗與頻率之間存在正相關(guān)的關(guān)系，即頻率的數(shù)值越高，三相變壓器中存在的偏差將越大。同時(shí)，當(dāng)A相線圈的電抗數(shù)值變小，又處于高頻狀況下時(shí)，將會(huì)使得A相輸出電壓數(shù)值增加，進(jìn)而帶動(dòng)次級負(fù)荷電流也隨之提升，最終出現(xiàn)三相電流不均衡問題，主要體現(xiàn)在A相電流與其他兩項(xiàng)相比較大[3]。

2.4 解決措施

對于上述故障問題的解決措施主要包括以下兩個(gè)方面：第一，將變壓器設(shè)備中的初級側(cè)與三相電容器進(jìn)行并聯(lián)，以此來實(shí)現(xiàn)對諧波的過濾作用。第二，將變壓器的初級側(cè)與電感相串聯(lián)，這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)三相電抗之間的平衡，使得負(fù)荷電流能夠達(dá)到均衡狀態(tài)。通過使用上述方法對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行維修，實(shí)施輸電工作時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題已經(jīng)得到了合理解決，三相電的運(yùn)行處于均衡狀態(tài)，這將再次驗(yàn)證了上述推斷的合理性，對于異常情況的消除發(fā)揮了重大作用。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力電網(wǎng)已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中不可缺少的一部分，變頻器在其中的應(yīng)用能夠使系統(tǒng)運(yùn)行的效率得到顯著提升，與此同時(shí)，其產(chǎn)生的諧波也將對變壓器設(shè)備等產(chǎn)生較大的不利影響。對此，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)重視，積極投入人力物力對電網(wǎng)中高次諧波進(jìn)行抑制，采用科學(xué)合理的方式減少其對變壓器設(shè)備產(chǎn)生的不良影響，使電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性得到顯著提升，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 朱光偉.基于LABVIEW的電力變壓器在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究[D].西華大學(xué)，2013.

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