干式变压器五次谐波的产生及其对负序电压继电

电力干式变压器是铁芯设备。由于铁芯磁路饱和，系统侧提供的励磁电流畸变，其产生的谐波电流包含在励磁电流中，含有相同的谐波成分。谐波频率主要是3倍、5倍和7倍，谐波电流的大小与铁心材料的饱和特性和设计中选择的工作点有关，即与工作磁通密度有关。前者决定饱和特性，后者决定饱和度。高磁通密度可以节省铁芯材料，但会增加谐波。同时，干式变压器运行时产生的谐波与系统电压有关。系统工作电压越高，工作点在饱和区越深，空载电流波形畸变越大，谐波含量急剧上升。玉树和五棵树变电站220kV和66kV5的五次谐波含量随着系统电压的增加而增加，这是由于系统电压的增加导致电力干式变压器铁心饱和造成的。因此进行了干式变压器有载调压分接头的谐波试验，此时负荷基本不变。以玉树变电站为例，干式变压器分接头由' 7 '调整为' 12 '，66kV侧母线相电压由36kV上升至41.2kV，随着3%的增加，66kV电压五次谐波含量由3.8%上升至5.1%，增加21.4%。66kV母线负序电压滤波器输出端电压从4.9V上升到6.6 V，只需1min左右，证明负载对五次谐波没有影响。继续将干式变压器分接头位置从‘12’调整到‘3’，66kV侧母线相电压从41.2kV下降到37.5kV，压降9%。66kV电压五次谐波含量从5.1%下降到2.1%，降幅达59%。66kV母线负序电压滤波器输出端电压由6.6V降至3.2V，此时系统高低压侧三相电压的不平衡度没有变化。可以看出，随着系统运行电压的增加，干式变压器产生的五次谐波也随之增加，且增加幅度远大于电压的增加幅度。为了进一步验证系统运行电压升高对电力干式变压器五次谐波产生的影响，我们对长春干式变压器厂生产的SZ9-31500/66干式变压器进行了空载试验。试验电源从主变压器低压侧加入，分别在100%、105%和110%额定电压下测量3次、5次和7次谐波电压和电流。测试结果如表3所示。

从表3的测试数据中不难看出，工作电压的增加对干式变压器产生的谐波有显著影响，尤其是5次谐波。当电压升至额定电压的110%时，根据伏安特性曲线，拐点尚未达到，干式变压器尚未达到饱和区，但干式变压器已产生高达7.4%的五次谐波电压含量。因此，单纯从干式变压器空载特性试验来看，无法全面考察干式变压器运行特性中的谐波问题，主要原因是干式变压器生产厂家采用新材料提高磁通密度。

通过以上测试分析，可以认为玉树和五棵树变电站由于夜间系统负荷低、系统运行电压高、干式变压器电流严重畸变，导致干式变压器谐波含量急剧上升，五次谐波电压严重超标。此时，干式变压器相当于谐波电压源。

2.4谐波对负序电压滤波器的影响分析

从以往的测试数据和分析可以看出，玉树和五棵树变电站负序电压滤波器输出端的电压为5次谐波电压，并随着66kV母线5次谐波电压的增大而增大。正常情况下，负序电压滤波器refl的输出电压 #p#分页标题#e#

根据表4的试验数据，五次谐波电压对负序电压滤波器的影响较大，五次谐波电压含量对负序电压滤波器的渗透系数为80%-89%。玉树变电站66kV母线负序电压继电器动作值设定为9V。根据表4的试验数据，玉树变电站66kV母线五次谐波电压含量达到12%左右时，负序电压继电器电压滤波器输出端电压为9.33伏，超过9V的整定值，造成误操作。

2.5测试结论

(1)1)66kV母线负序电压滤波器输出端电压随着系统电压的增加而增加。

(2)系统5次谐波增加导致66kV母线负序电压滤波器输出端电压升高。

(3)由于农村电网中存在一些额定电压为60 kV和63kV的干式变压器，它们在轻载高电压下运行是产生五次谐波电压的另一个原因。

(4)仿真试验证明，额定电压为66kV的主变压器在110%额定电压下空载运行时，可产生7.4%的5次谐波电压和37%的5次谐波电流。五次谐波电压对BFY-12A负序电压继电器的渗透率高达80%-89%。对于设定动作值为9V的BFY-12A负序电压继电器，当其连接点的五次谐波电压含量约为11%时，可触发动作。

3措施和建议

(1)安装电能质量在线检测装置，设置5次谐波电压预警信号。当系统五次谐波电压偏高时，发出预警信号，提示运行人员注意，同时采取技术措施。

(2)更换负序电压滤波器，选择抗谐波能力强，有5次谐波滤波电路的负序电压滤波器。

(3)在特定时间段内，结合在线电能质量监测和系统运行电压水平，调整有载干式变压器的抽头，人为降低66kV系统运行电压高的问题。

(4)如有必要，在66kV系统中应安装并联电抗器，以减少特定时间段内系统运行电压偏高的问题。这项措施需要进一步的可行性研究。

(5)在门槛允许的情况下，在一些额定电压的农村电网中，更换额定电压为60 kV和63kV的干式变压器

建议相关部门今后对接人公用电网的电力干式变压器增加饱和倍数的谐波测试项目，对谐波偏大的干式变压器禁止入网，在源头上堵住电力干式变压器产生5次谐波问题。同时也希望家有关部门对电力干式变压器产生谐波特别是5次谐波的问题引起重视，尽快制定出相应的技术标准。