谐波对配电变压器经济运行的影响

谐波对配电变压器经济运行的影响

白颖颖

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摘要：谐波对配电变压器的影响基本都是负面，如加快其老化的速度，缩短其使用寿命等。而谐波产生的原因在于各类设备的大规模使用，如变频调速设备、大容量整流设备等。谐波对配电变压器的消极影响会影响其经济运行，因此在配电网系统中需要想办法减轻或者消除谐波的干扰。本文分析了谐波对配电变压器经济运行的消极影响，并提出了抑制谐波的措施。 关键词：配电变压器；谐波影响；经济运行 随着我国国民经济的进一步发展，大功率整流设备、变频调速设备、换流逆变器设备等在配电网中大量使用，给配电网注入了大量的非线性阻抗特性，导致配电网波形出现严重畸变现象。配电网中大量非线性负载的加入会给系统带来大量的谐波分量，对电力系统和电气设备产生较大的危害，不仅会恶化供电电能质量水平，同时还会使配电变压器偏离其高效经济运行工况区域，增大了配电变压器的运行损耗，降低其运行竹能经济性能水平。配电变压器的经济运行电磁环境。谐波分量作用在配电变压器上，会引起变压器发生谐波损耗，其内部绕组温度不断增高，从而缩短了变压器的使用寿命，尤其对于容量较小的配电变压器而言，由于其自身抗谐波能力有限，在较大谐波电流冲击下可能会发生烧损等事故。因此，分析谐波对配电变压器的影响，并采取有针对性的技术措施来抑制配电网中的谐波分量，确保配电网变压器安全稳定、节能经济的高效运行，就显得有非常重要的研究意义。

1谐波产生的原因分析

谐波主要是在一些采用开关电源的设备中产生的，而这些设备基本都是非线性的负载。每个非线性负载都会存在于特定的系统中，这些系统的阻抗就会对谐波电流的大小造成影响。配电变压器就属于非线性负载，其阻抗对谐波电流的影响是最大的，谐波电流会随着阻抗的变小而逐渐增大。而配电变压器的阻抗大小主要受两个因素的影响，即容量和负载率。容量越大、负载率越低，则阻抗越小；反之，容量越小、负载率越高，则阻抗越大。由此可见，容量大、负载率低的配电变压器的谐波电流相比容量小、负载率高的配电变压器谐波电流更大。并且，K系列的配电变压器阻抗比标准变压器的阻抗小，所以其谐波电流比标准变压器的谐波电流大。谐波电流源于对负载的操作，其不会对这些非线性负载造成很大的影响。而谐波电压的畸变则受谐波电流和系统阻抗的影响，谐波电流越大，谐波电压畸变就越大；系统阻抗越大，谐波电压畸变也会越大。因此，其可以在一定程度上抵消因阻抗小而引起的谐波电流的增加。除此之外，由于各种电气设备使用量的增加，也会在配电变压器系统中产生谐波，并使谐波变得复杂化。 2谐波对配电变压器经济运行的危害 一般说来，当配电变压器系统中谐波电流分量超过5%范围时，在配电变压器节能经济调度运行过程中，就需要考虑配电变压器由于谐波影响导致其出力下降问题。从配电变压器系统结构来看，可以从2个方向来考虑高次谐波分量对配电变压器运行安全节能性能的影响，一是变压器自身所具有的非线性特性，其在运行过程中产生的高次谐波分量;另一方向则是配电网中系统其它“谐波源”通过注入到配电网系统通过分支线路传给变压器的高次谐波分量。随着电力制造技术和生产工艺流程的进一步发展完善和成熟，通常可以认为由于单独分散变压器自身运行过程中产生的谐波分量可以忽略，这是需要考虑配电网系统中其它“谐波源”产生的谐波分量对变压器运行安节能性能的影响。

2.1增加配电变压器电流的有效值

在谐波产生后，会形成谐波电流，受谐波分量的影响，配电变压器在运行过程中的铜损会有所增加。也就是说，如果在配电变压器的负荷电流中存在谐波的干扰，会导致其电流的有效值被扩大，使得配电变压器在工作状态下释放出更多的热量，而这些热量最终会被损耗掉。通常情况下，谐波电流分量的频率与基波电流的频率是呈正比例关系的，前者是后者的几倍。根据热量损耗相关计算公式可知，在谐波影响下，有三个量之间存在比例上升效应的关系。第一个量是配电变压器额外增加的热量损耗；第二个量是谐波电流的大小；第三个量则是谐波频率的平方值。正是这三个量之间产生的比例上升效应，使得配电变压器的铜损被增加，从而使配电变压器以更快的速度老化。如此一来，配电变压器的寿命就会被缩短，其经济性能水平也会被大幅度的降低。 2.2对配电变压器的热寿命造成影响 影响配电变压器热寿命的因素主要有两个方面：①温度；②水分。而谐波对配电变压器热寿命的影响就是通过提高其温升来进行的，通过升高其温度来增加其损耗。而热点温升与配电变压器的热寿命之间存在紧密的联系，因此，只要研究谐波存在情况下的配电变压器的损耗，就能总结出谐波是如何影响配电变压器热寿命的。 2.3增大铁芯的损耗量 在配电变压器系统中，如果谐波的容量变大，则会引起铁芯损耗的增加。相比之下，铁芯发热导致的热损耗是比较少的，因此，其不会对配电变压器的经济运行造成特别大的影响。此外，如果在配电网系统中存在谐波，那么其电压分量的改变还会对变压器礠滞等造成影响。比如，谐波电压分量增大，变压礠滞和涡流损耗都会增大，同时绝缘电场的强度也会相应的增加。这些因素的增加都会影响变压器的电能转换效率，使之变得低下，而功率因数也会随之有大幅度的减小。

3配电网谐波抑制技术措施

配电网系统中谐波容量的不断增多，其所产生的谐波电流和谐波电压分量会大大增大变压器的线损、降低其运行功率因素水平，不仅会导致变压器发热量的增多，降低其电能转换经济效益水平，同时还会导致供电电压发生畸变，影响其供电电能综合质量水平，降低电力企业电能运营综合服务水平。 3.1注重谐波源中谐波含量的有效降低 为了从根本上降低谐波给配电变压器经济运行带来的影响，需要采取合适的措施，尽量的减少谐波源产生的谐波。因此，在进行谐波源设备的设计、制造等时，应严格按照国家的相关规定、标准执行，将谐波限制规范的范围内，并加强谐波治理，严禁没有进行谐波处理的设备使用，才能真正保证配电变压器的经济运行。与此同时，配电变压器会产生不断变化的谐波，给电力供应质量带来影响，因而，合理设置静止无功补偿装置，在减少谐波量上也有极大作用。 3.2优化换流装置 影响配电变压器铁芯损耗的因素主要有两个方面：①在配电变压器系统供电电压中存在谐波，谐波的含量会在一定程度上造成配电变压器铁芯的损耗；②铁芯本身的结构设计是否合理。因此，换流逆变装置是谐波的主要来源之一，且其产生的谐波容量往往比较大，控制谐波就得从源头抓起。假设M表示整流逆变装置的相数，N代表正整数，那么结合换流逆变装置的运行原理，就可以得出以下结论：换流逆变装置在其交流侧产生的谐波次数为MN+1，而其在直流侧产生的谐波次数则为MN。如果相数最初为6，那么将其增加一倍变为12，就能在很大程度上清除一部分谐波分量，而被清除部分主要为幅值较大且频率较低的谐波分量。这样一来，谐波电流的有效值就能得到有效的控制，从而使配电变压器的运行线损损耗得到有效的降低。需要注意的是，在增加相数的同时，设备的制造成本也会随之增加。因此，在增加相数时，要根据实际情况，合理的增加，而不能不顾制造成本盲目的增加。所以，采用先进的技术对换流装置进行优化，才是促进配电变压器经济运行的最佳方式。

4结束语

综上所述，随着电气设备使用量的增加，其产生的谐波也开始变得复杂起来，谐波对配电变压器的经济运行是十分不利的，其会增加配电变压器的电流有效值和铁芯的损耗量，从而缩短配电电压器的使用寿命。因此，需要对换流装置进行优化，并在配电变压器系统中接入滤波装置，以此来抑制谐波，从而保证配电变压器的经济运行。 参考文献 [1]熊希聪，王强钢，周念成，等.基于谐波解析的电动汽车充电对配电变压器影响概率评估方法[J].电网技术，2015，39（8）：2283~2290. [2]程军照，王文玺，黄梅，等.谐波对配电变压器热寿命的影响研究[J].云南电力技术，2016，44（3）：87~91，95.