电力变压器中的谐波抑制

电力变压器中的谐波抑制

对电力变压器进行理论分析时, 常常把变压器的电压、电流、磁通、感应电势假定为正弦波来进行分析。可是二变压器在实阮运行时, ,由于铁芯的励磁电流与主磁通非线性的影响, 使得励磁电流、磁通及感应电势可能出现高次谐波及三次谐波, 给变压器造成很大的危害。所以有必要对变压器的高次谐波及三次谐波进行理论分析,并掌握其防治方法, 使变压器能够高效可靠地运行。

（1）电力电压器中谐波的产生

变压器运行过程中, 电流、电势及磁通均是非完全的正弦量。例如, 对变压器的铁心线圈来说, 当铁心中的磁通密度较低, 在800Gs以下时, 磁路是不饱合的, 这时的磁化曲线可用直线来表示, 激磁电流便和磁通成正比。假如磁通波有正弦波形, 则激磁电流波也有正弦波形。根据磁通波和磁化曲线, 可以求出激磁电流波, 如图1（a）(b)所示。由图可见,i(t)和（t）同相, 且二者均为正弦波形。但当磁通密度为800~1300Gs时, 磁化曲线转入弯曲部分；而当磁通密度超过电流便不再和磁通成线性关系。如磁通波依然保持着正弦波形, 则激磁电流波将出现畸变。如图2（a）(b)所示。如对激磁电流波进行谐波分析, 则可发现该波除基波以外还包含有显著钓三次谐波以及其它各奇次谐波, 而以三次谐波为最大。当最高磁通密度为1400Gs时, 三次谐波的幅值即已超过基波幅值的50%。由图2(b)可见激电流波i(t)的波形虽受到畸变, 但仍和磁通波(t)中的基波同相。

(a)磁化曲线（b）磁通波和激磁电流波

图1当磁路不饱合时的激磁电流波

（a）磁化曲线（b）磁通波和激磁电流波由此可见, 为要保持磁通波有正弦波形, 激磁电流中的谐波分量尤其是三次谐波分量是十分必要的, 如果激磁电流中的三次谐波分量不能流通, 则从激磁电流波及磁化曲线可以反过来求得磁通波为一平顶波。这时磁通波中便将有谐波存在, 从而使绕组中的感应电势也含有谐波分量。也就是说, 为了保证变压器主磁通及感应电势为正弦波, 抑制其中三次谐波, 就必须创造条件使激磁电流中含谁水量有三次谐波。

(2) 谐波对电力变压器的危害

对变压器来说, 若原绕组有谐波电流, 则谐波电流仅对原绕组造成影响, 造成绕组过热。若原绕组激磁电流为正弦波, 则主磁通为平顶波, 含水量有三次谐波存在, 因此使感应电势也产生三次谐波, 则造成变压器副绕组供配电电压含有三次谐波影响所供负荷供电质量同时造成变压器铁芯过热, 降低变压器效率, 缩短使用寿命。由此可见, 二种谐波形式即激磁电流谐波和主磁通谐波中, 主磁通谐波对变压器影响最大。因此, 在实际应用中, 我们采取措施, 使原绕组中产生三次谐波电流, 从而使主磁通波为正弦波, 消除主磁通三次谐波对变压器造成的危害。

（3）抑制变压器主磁通三次谐波的措施

由以上分析可知, 变压器的谐波源主要为三次谐波电流和三次谐波磁通。三次谐波电流的流通情形和绕组联接组的组别有关, 而三次谐波磁通的流通情形和铁芯磁路的结构形式有关。因此, 抑制变压器主磁通的三次谐波主要从选择绕组联接组以利于三次谐波电流流通, 确定铁芯的结构型式, 抑制主磁通三次谐波这二方面入手。

1.正确选择变压器的联接组别

我国常用的标准变压器绕组的接线组别为Y,yn0 Y,d11 D,y11 YN,d11 YN,y0 Y,y0几种型式

1 Y,yn0接线不能应用于三相变压器组

三相变压器组即在三相线路上应用三台单相变压器。此各联接组由于原、副绕组均接成星瑚且没有中线联接, 三次谐波激磁电流不能流通，所以, 主磁通中将产生三次谐波分量, 且由于三个单相铁芯各自构成独立的磁通回路，三次谐波磁通能够顺利地流通, 从而存在三次谐波主磁通，则产生的感应电势中的也将含有三次谐波。实际应用中, 三次谐波电势的振幅可达基波电势振幅的50%~60%。这将在绕组上引起危险的过电压。因此，Y,y0接线不能

应用子由三台单相变压器构成的三相变压器组。

2当用Y,y0联接组时, 附加一三角形联接的第三绕组

对于大容量的电力变压器, 需要把原、副方都接成Y形时, 则可在铁芯柱上另装上一接成三角形的第三绕组, 便能消除上述缺点。这一三角形联接的第三绕组不需要供给负载电流, 它仅使所需的三次谐波激磁电流能在闭合三角中形成环流, 因而使铁芯柱中磁通能够保持正弦波形。

3 Y,d11 D,y11联接组别

这两种情况基本相同, 原、副方线电流中都不能有三次谐波分量，但因原, 副绕组中有一方为三角形联接。假如铁芯中有三次谐波磁通, 便将在三角形联接的各相中感应一三次谐波电势，且在闭合三角形中短路。不论在原方或副方, 在三角形联接的各绕组中将有一三次谐波环流, 这一环流将趋向于把铁芯中原有的三次谐波去磁,即主磁通中基本上无三次谐波。

由以上分析可知, 为了抑制磁通跌三次谐波, 应优先选择Y,d11和D,y11联接组别。

（2）合理确定变压器铁芯

三个铁芯柱式的三相变压器, 由于三个铁芯柱中三次谐波磁通相位及大小都相同, 它们在铁芯中找不到回归的路线, 而必须克服较高的磁阻，经过磁芯周围的空气和油箱而流回。因此，即使在绕组中不能有三次谐波激磁电流, 三次谐波磁通仍然很小。所以, 一般多选用三铁芯柱式的变压器。