变压器谐波分析.pdf

变 压 器 谐 波 分 析菅志强 1, 程向东 2, 王富军 3(包头供电局 , 内蒙古 包头　 014030)摘　要　 通过对变压器谐波分析 , 阐述了变压器谐波对变压器和系统的影响以及可能导致的后果关键词 　变压器 ; 谐波 ; 分析 ; 保护1　前言变压器是电力电网的重要组成部分 , 它是联系不同电压等级网络不可缺少的电气设备 , 广泛存在于各级网络中 , 其总容量远大于系统的最大负荷 , 但变压器的励磁电流波形畸变较严重 , 其电流畸变主要因素是由谐波导致 , 以下是对变压器谐波进行综述2　变压器谐波分析变压器的励磁回路实质上就是具有铁芯绕组的电路在不考虑磁滞及铁芯饱和状态时 , 它基本上是线性电路铁芯饱和后 , 它就是非线性的 , 即使外加电压是正弦波 , 电流也要发生畸变饱和愈深 , 电流波形畸变就愈严重忽略磁滞而且不计及漏磁的空载变压器 , 当外加电压为正弦波 U = 2 U sinXt 时 , 它被励磁回路反电动势所平衡 , 即 U = W dUd t , 式中 W 为绕组匝数 , Ф 为交变的主磁通从而 Ф = 2W X uco sXt =Um sin (Xt- P2 , 即外加电压为正弦波时 , 磁通也是正弦的 , 只是相位滞后电压 P 2。

若铁芯是线性的 , 其电流也是正弦的 , 当铁芯饱和变为非线性后 , 电流就会发生畸变若将铁芯磁化曲线近似表示为i= aU+ bU3 (1)则可得电流为i = ( aФ m + bФ m 3) sin (Xt- P2 ) - 14 bФ m 3 sin3( Xt - P2 ) = 2 I1 sin (Xt - P2 ) + 2 I3 sin (3Xt -P2 ) (2)即电流发生畸变含有三次谐波 , 电流波形为尖顶波 , 如下图所示 :图 1　电压磁通为正弦波时变压器励磁电流波形若在式 (1) 中计入更多的高次项以较好地拟合铁芯磁化曲线 , 则电流中将有更多的谐波项此时电流波形正、负半波相同 , 半波对称 , 即电流只含有奇次谐波 , 其主要含量是三次谐波若维持励磁电流为正弦波 , 则可得其磁通是平顶的非正弦波 , 电压为尖顶波计及磁滞的影响时 , 铁芯磁化曲线变为上升和下降两条曲线 , 而不是一条曲线电流波形出现扭曲 , 电压为正弦波时的情况如下图所示 :图 2　计及铁芯磁滞影响的变压器励磁电流波形由图可知计及铁芯磁滞影响的变压器励磁电流波形仍是半波对称的 , 即它仍含有奇次谐波对三相变压器来说 , 铁芯的结构和变压器绕组接线方式都对励磁电流的畸变有很大影响。

对芯式变压器 , 其 3的倍数次谐波即零序谐波分量的磁通经由空气 (油及外壳 ) 构成回路 , 磁阻将大的多 , 因此磁通中该次谐波分量显著减少一般变压器往往有一侧接成三角形接线 , 零序电流将在其中流通而不进入电力系统网络 , 因而三相变压器的谐波电流类似于六脉动整流回路 , 主要是 (6k± 1) 次谐波 , 而其中又以 5、 7次谐波为主要分量一些大型变压器由于三相磁路的不对称 , 零序性谐波电流也将进入电力系统变压器励磁电流的谐波含有率和它的铁芯饱和程度是有直接联系的正常运行时 , 电压接近额定值 , 铁芯工作在轻度饱和的范围 , 谐波不大但在一些特殊运行方式 , 如在夜间轻负荷期间 , 电力电网的有功负荷较小 , 无功负荷过补时 , 运行电压偏高 , 铁芯饱和程度变深 , 谐波增大 , 此时正值轻负荷期 , 励磁电流占总负荷电流的比重变大 , 谐波也就更严重些一般来说 , 此时系统的谐波阻抗也较大 , 致使谐波电压也有所增大 , 对系统的影响较大特别是现在的变压器铁芯工作在磁通密度较高的区段 , 磁化曲线也较陡直 , 更容易产生谐波变压器合闸过程中 , 其工作磁通的峰值将比正常运行时要高 , 严重时可能增加一倍 , 在有剩磁时更13　 2005 年第 12 期　　　 　　　　　　　　 内蒙古石油化工神华准能发电厂 100MW 机组真空低原因分析及处理胡惠平(呼和浩特薛家湾神华准能公司发电厂 , 内蒙古 薛家湾　 010300)1　概述汽轮机组的真空系统是由抽真空系统和密封蒸汽系统两部分组成其作用就是用来建立汽轮机组的低背压 , 也就是用来建立凝汽器的高真空 , 使蒸汽能够最大限度的把热焓转变为汽轮机的动能。

在汽轮机组尚未投入运行时 , 凝汽器的真空取决于抽真空系统所建立的真空 ; 在汽轮机组投入运行后 , 抽真空系统只是把泄漏到汽轮机内部的空气和不凝结气体及时抽走 , 凝汽器内的真空主要取决于凝汽器内的蒸汽与循环冷却水的热交换情况 , 而蒸汽与循环冷却水的热交换情况主要取决于凝汽器的换热面积、循环冷却水温度和循环水量由此可见 , 在具体的电厂生产环境下 , 要确保凝汽器内具有良好的真空 , 必须保证抽真空系统性能良好 , 有足够的凝汽器换热面积和足够的循环冷却水量汽轮机抽汽真空的系统性能的优劣 , 作为建立凝汽器真空的一个必要条件 , 对于凝汽式汽轮机组的经济性和安全性显得更重要准能发电厂 # 1、 # 2 汽轮机是北京汽轮机厂生产的 N 100- 90 535 型抽凝式供热机组 , 型式为高压、双缸、冲动、双排气、供暖冷凝式汽轮机真空系统配两台射水抽汽器 , 一台运行 , 一台备用两台机组长期以来真空严密性不太理想 , 真空系统泄漏较大 , 直接影响着机组的真空状况 , 尤其是在夏季 , 随着环境温度的升高 , 真空状况更为恶劣 , 为此对机组真空系统进行了氦质谱检漏试验 , 配合凝汽器灌水找漏方法 ; 同时对真空系统存在的问题进行了综合分析 , 并提出了真空系统的改进方案 , 并逐步进行实施 , 以更好地保障机组的安全和经济运行。

2　真空系统氦质谱检漏试验、凝汽器灌水找漏211　检漏方法21111　本次试验由内蒙古电科院采用专用型氦质真空检漏仪21112　利用大小修停机机会 , 对凝汽器采用灌水找漏的方法进行找漏212　检漏结果分别对 200 余处可疑泄漏部位进行检漏 , 发现两台机组漏点位置较为相似 , 其中低压缸前、后汽封 , 低压缸部分防爆门 , 七段抽汽法兰 , 七段抽汽至# 1 低加管道、高低压疏水扩容器阀门、凝汽器减温减压水联箱、疏水扩容器等处泄漏较为严重3　真空系统存在的问题311　射水池水温偏高到了夏季两台射水池的水温均较高 , 有时达43℃以上 , 造成射水池水温偏高主要有以下几个因素 :(1) 射水池的溢水管和补水管均布置在射水池的上部 , 当射水池补时 , 一部分低温水未进行换热便从溢水管排出 , 射水池下部的水则未进行充分的换热2) 溢水管管径设计较细 , 直径只有 150mm , 当射水池的补水量大时 , 射水池的水位便会快速升高 ,直到水溢出射水池 , 显然这无法满足射水池大量补水的要求 , 造成射水池中水温较高却无法大量换水为严重 , 这就使铁芯深度饱和 , 铁芯磁通呈现为平顶波 , 相应励磁电流将剧烈增大 , 此电流被称为变压器的励磁涌流 , 其数值最大可达变压器额定电流的 6- 8 倍 , 同时包含有大量的非周期分量与高次谐波分量。

励磁涌流的大小与衰减时间、外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁芯性质等都有关系产生的励磁涌流具有如下特点 :(1) 包含有很大成分的非周期分量 , 往往使涌流偏于时间轴的一侧 (2) 包含有大量的高次谐波 , 而以二次谐波为主 (3) 波形之间出现间断 , 在一个周勤中间断角为 A尽管这是属于变压器励磁涌流的问题 , 但它相当于产生了许多衰减的谐波电流 , 所以有时还需要做必要的检查此外 , 当变压器所带负载为三相不平衡负载或是带有半波整流负载等情况时 , 可能会产生直流分量的电流 , 这将使变压器工作磁通正负两个半周很不对称 , 半周内可能较深地进入饱和区 , 这就使谐波电流增大 , 同时会使谐波电流及其影响大为增加3　结论变压器的谐波不仅对系统有一定的影响 , 而且还对变压器的保护装置有较严重的影响 , 有可能使保护装置误动或误判经实践证明 : 安装投运滤除谐波的装置 , 会对变压器的安全稳定运行起到良好的作用 , 同时也会延长变压器的寿命参 考 文 献\[1 \]　 吴竟昌等 . 电力系统谐波 [M \]. 北京 : 水利电力出版社 .1988.\[2 \]　 宋文南等 . 电力系统谐波 [M \]. 北京 : 水利电力出版社 .1995.\[ 3 \]　 IEC1000- 3- 6: 1996, E lectrom agnetic compatibility(EM C ) - Part3: L im its- Section6: A ssessm ent of e2m ission lim its fo r disto rting load in M V pow er sys2tem s- Basic EM C publication.第一作者 : 菅志强 (1971- ) , 男 , 助工 , 2002 年毕业于华北电力大学发电厂及电力系统专业 , 现从事包钢、希望铝业等大客户的用电检查管理工作。

收稿日期 : 2005 年 10 月 15 日23 内蒙古石油化工　　　　　　 　　　　 2005 年第 12 期　。