干式變壓器五次諧波的產生及其對負序電壓繼電

電力干式變壓器是鐵芯設備。由于鐵芯磁路飽和，系統側提供的勵磁電流畸變，其產生的諧波電流包含在勵磁電流中，含有相同的諧波成分。諧波頻率主要是3倍、5倍和7倍，諧波電流的大小與鐵心材料的飽和特性和設計中選擇的工作點有關，即與工作磁通密度有關。前者決定飽和特性，后者決定飽和度。高磁通密度可以節省鐵芯材料，但會增加諧波。同時，干式變壓器運行時產生的諧波與系統電壓有關。系統工作電壓越高，工作點在飽和區越深，空載電流波形畸變越大，諧波含量急劇上升。玉樹和五棵樹變電站220kV和66kV5的五次諧波含量隨著系統電壓的增加而增加，這是由于系統電壓的增加導致電力干式變壓器鐵心飽和造成的。因此進行了干式變壓器有載調壓分接頭的諧波試驗，此時負荷基本不變。以玉樹變電站為例，干式變壓器分接頭由' 7 '調整為' 12 '，66kV側母線相電壓由36kV上升至41.2kV，隨著3%的增加，66kV電壓五次諧波含量由3.8%上升至5.1%，增加21.4%。66kV母線負序電壓濾波器輸出端電壓從4.9V上升到6.6 V，只需1min左右，證明負載對五次諧波沒有影響。繼續將干式變壓器分接頭位置從‘12’調整到‘3’，66kV側母線相電壓從41.2kV下降到37.5kV，壓降9%。66kV電壓五次諧波含量從5.1%下降到2.1%，降幅達59%。66kV母線負序電壓濾波器輸出端電壓由6.6V降至3.2V，此時系統高低壓側三相電壓的不平衡度沒有變化。可以看出，隨著系統運行電壓的增加，干式變壓器產生的五次諧波也隨之增加，且增加幅度遠大于電壓的增加幅度。為了進一步驗證系統運行電壓升高對電力干式變壓器五次諧波產生的影響，我們對長春干式變壓器廠生產的SZ9-31500/66干式變壓器進行了空載試驗。試驗電源從主變壓器低壓側加入，分別在100%、105%和110%額定電壓下測量3次、5次和7次諧波電壓和電流。測試結果如表3所示。

從表3的測試數據中不難看出，工作電壓的增加對干式變壓器產生的諧波有顯著影響，尤其是5次諧波。當電壓升至額定電壓的110%時，根據伏安特性曲線，拐點尚未達到，干式變壓器尚未達到飽和區，但干式變壓器已產生高達7.4%的五次諧波電壓含量。因此，單純從干式變壓器空載特性試驗來看，無法全面考察干式變壓器運行特性中的諧波問題，主要原因是干式變壓器生產廠家采用新材料提高磁通密度。

通過以上測試分析，可以認為玉樹和五棵樹變電站由于夜間系統負荷低、系統運行電壓高、干式變壓器電流嚴重畸變，導致干式變壓器諧波含量急劇上升，五次諧波電壓嚴重超標。此時，干式變壓器相當于諧波電壓源。

2.4諧波對負序電壓濾波器的影響分析

從以往的測試數據和分析可以看出，玉樹和五棵樹變電站負序電壓濾波器輸出端的電壓為5次諧波電壓，并隨著66kV母線5次諧波電壓的增大而增大。正常情況下，負序電壓濾波器refl的輸出電壓 #p#分頁標題#e#

根據表4的試驗數據，五次諧波電壓對負序電壓濾波器的影響較大，五次諧波電壓含量對負序電壓濾波器的滲透系數為80%-89%。玉樹變電站66kV母線負序電壓繼電器動作值設定為9V。根據表4的試驗數據，玉樹變電站66kV母線五次諧波電壓含量達到12%左右時，負序電壓繼電器電壓濾波器輸出端電壓為9.33伏，超過9V的整定值，造成誤操作。

2.5測試結論

(1)1)66kV母線負序電壓濾波器輸出端電壓隨著系統電壓的增加而增加。

(2)系統5次諧波增加導致66kV母線負序電壓濾波器輸出端電壓升高。

(3)由于農村電網中存在一些額定電壓為60 kV和63kV的干式變壓器，它們在輕載高電壓下運行是產生五次諧波電壓的另一個原因。

(4)仿真試驗證明，額定電壓為66kV的主變壓器在110%額定電壓下空載運行時，可產生7.4%的5次諧波電壓和37%的5次諧波電流。五次諧波電壓對BFY-12A負序電壓繼電器的滲透率高達80%-89%。對于設定動作值為9V的BFY-12A負序電壓繼電器，當其連接點的五次諧波電壓含量約為11%時，可觸發動作。

3措施和建議

(1)安裝電能質量在線檢測裝置，設置5次諧波電壓預警信號。當系統五次諧波電壓偏高時，發出預警信號，提示運行人員注意，同時采取技術措施。

(2)更換負序電壓濾波器，選擇抗諧波能力強，有5次諧波濾波電路的負序電壓濾波器。

(3)在特定時間段內，結合在線電能質量監測和系統運行電壓水平，調整有載干式變壓器的抽頭，人為降低66kV系統運行電壓高的問題。

(4)如有必要，在66kV系統中應安裝并聯電抗器，以減少特定時間段內系統運行電壓偏高的問題。這項措施需要進一步的可行性研究。

(5)在門檻允許的情況下，在一些額定電壓的農村電網中，更換額定電壓為60 kV和63kV的干式變壓器

建議相關部門今后對接人公用電網的電力干式變壓器增加飽和倍數的諧波測試項目，對諧波偏大的干式變壓器禁止入網，在源頭上堵住電力干式變壓器產生5次諧波問題。同時也希望家有關部門對電力干式變壓器產生諧波特別是5次諧波的問題引起重視，盡快制定出相應的技術標準。