关于电网高次谐波对变压器设备的影响分析

关于电网高次谐波对变压器设备的影响分析

徐春雷1任淼2周明1曹芳芳1

(1国网新疆阿克苏供电公司新疆阿克苏843000;2国电阿克苏河流域水电开发有限公司新疆阿克苏843000)

摘要：电力系统谐波是一个周期电气量中频率为基波频率的整数倍的正弦波分量，也是衡量电网电能质量的重要标准。近几年来，我国电力行业得到了蓬勃发展，人们对电力的需求也在与日俱增，使得电力系统的作用越来越重要。而随着电气设备的大力推广，电力系统运行中出现了很多谐波，严重影响着电力系统变压器设备的安全运行。因此，必须要了解电力系统谐波对变压器设备的影响，这样才能保证电力系统变压器设备的安全运行，保证人们的电力需求。

关键词：电力系统谐波；变压器设备；影响

引言

在电力系统中谐波有非常严重的危害，是电力系统的一种污染因素，而变压器设备的大力推广使得非线性负荷影响着电力系统的正常运行，电力系统谐波问题日益严重，谐波会降低电压正弦波的质量，并影响电网的正常运作。因此，必须要运用多种措施来降低电力系统谐波带来的负面影响，把握电力系统谐波对变压器设备的影响和重要意义。

1、电力系统谐波

电力系统谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，而基波频率的整数倍就是其频率，一般基波的频率会低于谐波的频率，所以又叫高次谐波。电力系统会受到谐波的影响，使得其电压正弦波质量降低，并影响电网的正常运作。变压器设备和电力变压器设备的推广应用，增加了变频调速设备、工业电炉和电气机车等非线性负荷，电力系统中的谐波也就越来越多。而高次谐波的产生会增加维修工作量和电网损耗，容易产生干扰使保护和自动装置误动，计量器件也也会产生误差，干扰无线电通讯系统，最终缩短电气设备的寿命。通常电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电、汽车充电站等设备中经常会产生谐波，而电气化铁路是一个特殊的电力系统用户，其负荷具有非线性、不对称性和波动性的特点。在机车运行中非线性特征明显，此时电力系统中就会出现大量的谐波电流，并成为最大的谐波源，3-13次的奇次谐波电压中的含有率会出现不同程度的超标，而且电力机车开停频繁，就会增大有功冲击，使得出现电力系统电压波动和闪变。在风电场中产生谐波产生是因为输入的风力发电能量具有不确定性，而且有大量的整流和逆变设备，所以就会出现谐波。通过光伏组件，太阳能就会转化为直流电力，并由直流监测配电汇集到并网型逆变器中，转化成电网同频率同相位的正弦波电流，而这一逆变过程就会增大谐波污染。在充电机装置中，在模拟充电机上运用Matlab进行谐波仿真计算，就会发现实测电流中有3次谐波，这与负荷不对称有关，它会使得中性点偏移，并与中性点对地形成回路，最后就产生了3次谐波电流。电力系统的谐波源主要是可控硅的整流设备，但是其实际运行情况比较差，换流电抗和换相角不等于零，平波电抗器的感抗不会趋近无穷大，所以输出直流就会有脉动，使得三相交流系统不具有对称性，此时就会产生谐波。

2、变压器

三相变压器绕组联接组别的接线方式和铁芯的结构直影响到变压器的励磁电流波形的变化。使用三相芯式结构变压器能够有效的抑制变压器本身所产生的谐波。根据工情况的不同，合理选择变压器的联结方式将有效地阻断了高次谐波对电力系统的危害。采用△/Y和Y/△型接线多用于双绕组式整流变压器，能够有效的抑制谐波保护了整个电力系统。若选用的是△/Y0型接线组别，这种连接形式虽然能够有效的谐波所带来的危害，但是由于通过中性线的是没有价值的零序分量组谐波电流，从而造成了变压器界限的复杂化。因此，在电力系统中选用这种连接形式来抑制谐波的机会很少。而选用Y0/△连接方式能够保护低压侧且不接地设备，因为零序谐波分量通过原边中性线流入大地不仅给周围的用电系统带来危害，而且对变压器所连接的高压侧也会带来影响。对于在中性点较多的电力系统中，我们一般选用△/Y0的连接方式来抑制谐波。对于超高压变压器，根据设计角度的不同，可以增加一个平衡线圈，这个线圈采用三角形形式接线，从而更进一步防止了高次谐波的通过。因此，合理选择变压器的接线方式将有利于阻止高次谐波电流流进电力系统，从而保护了电力电子设备。通过上述分析进行比较后，得出采用△/Y和Y/△连接方式的三相变压器可抑制三次谐波。

3、电力变压器设备谐波造成的不良影响

3.1谐波对电力设备造成的不良影响

电力变压器设备谐波一旦出现，便会给电力设备产生不良影响。电力变压器设备出现谐波的时候，电容器端电压相应的有所增加，电流也随之加大，导致电容器的功率产生了巨大的损耗。若是电力变压器处于运行状态，则会使电力变压器的铁耗、铜耗大幅增加。电缆导线横截面面积较大的条件下，电力变压器设备谐波频率越高，那么电阻也就越大，电缆导线的允许通过电流越小，从而给整个电力网络系统的运行产生严重的影响。

3.2谐波对供配电线路造成的不良影响

为确保供配电线路的安全、稳定运行，通常情况下会应用感应式继电器、电磁式继电器，来保护供配电线路及变压器，若是供配电线路或者是供配电设备发生故障，感应式继电器、电磁式继电器便可以及时采取有效措施，避免故障的恶化、减少故障造成的损失。但电力变压器设备谐波会对感应式继电器、电磁式继电器等保护装置造成干扰，甚至可能出现误动、拒动的问题，从而严重影响供配电线路的安全、稳定运行。

3.3谐波对人体造成的不良影响

站在人体生理学角度来看，细胞受到刺激而处于兴奋状态的时候，便会在细胞膜静息电位基础上出现可逆翻转、快速电波动的现象，若是其频率接近谐波的频率，谐波电磁辐射便会给人体心磁场、脑磁场造成影响，从而危害人体健康。

4、电力变压器设备谐波的解决对策

4.1科学化管理

为实现对电力变压器设备谐波的有效治理，应采取经济约束、法律约束的手段，转变以往电力变压器设备谐波治理工作“先污染、后治理”的局面，化被动为主动，预防电力变压器设备谐波的出现。在选择电力变压器设备的时候，应严格遵循国家相关标准中的规定，加强对谐波含量指标的检测与评定，对于不符合要求的电力变压器设备，一律不得投入使用，从而在源头上杜绝电力变压器设备谐波的出现。

4.2谐波的主动抑制方案

从变流装置入手，科学设计变流装置结构，并适当增加相应的辅助控制策略，以减少甚至是消除电力变压器设备谐波。但是，谐波的主动抑制这一方案存在着成本高、效率低的缺陷。同时，电力网络系统中，开关频率较高的设备，也会使PWM载波信号出现高次谐波，干扰高电平的辐射与传导。面对这样的问题，谐波主动抑制方案的设计过程中，应借助EMI滤波器这一设备，消除电力变压器设备中的高次谐波信号，预防高次谐波信号作为传导干扰入侵电力网络系统。

4.3谐波的被动抑制

无源滤波器，其主要作用便是滤波，是被动抑制谐波的主要设备。主要是选择电力电容器，并按照实际需求适当组合电阻器、电抗器，通过为谐波提供并联低阻通路，从而达到滤波的效果。无源滤波器有着结构简单、运行效率高、运行可靠、成本低、维护方便的优势，因此，已经成为了目前抑制谐波、无功补偿最常用的手段。

结束语

综上，电力资源是工业生产、日常生活中的基础性能源，解决电力变压器设备谐波问题，确保电力网络系统的长期、稳定、安全运行，对于推动社会经济发展、促进工业化建设进程的加快以及保障人们生活稳定，有着十分重要的意义

参考文献:

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