浅谈谐波对整流变压器影响及其防治措施

浅谈谐波对整流变压器影响及其防治措施[摘要]简要分析了供电系统中谐波产生的原理以及对整流变压器运行的影响，并提出了相应的治理措施

[关键词]整流变压器；谐波；谐波治理

前言

通常电力供电系统的电压电流波形为正弦波，当其负载为无源线性元件，如电阻、电感、电容时，则其输出波形仍为与输入波形相同的正弦波；但当其负载为非线性元件时，其输出波形就变成与输入波形无论从频率还是形状不一致的非正弦波，这种非正弦波电压和电流可以用傅立叶级数展开，其中频率与工频一致的分量称之为基波，频率大于工频的分量称之为谐波，谐波次数一般是谐波频率与基波频率的整数比，通常是3，5，7。整流变压器工作的特点是原方输入电流，而副方通过整流原件后输出直流。因整流变压器副边接整流器件，故其负载是非线性的，因而其输出电压电流波形为非正弦波，因而必然有谐波产生。一般情况是整流变压器所带负载是变频器，变频器是谐波源。这些谐波反过来影响整流变压器的正常运行，如何减少谐波带来的危害，保证供电系统可靠运行变得越发重要。

1.谐波对整流变压器的影响。

因为变频整流装置对电网来说是一个非线性负载，在电网供电电压为理想正弦波时，由于整流装置、变流装置中整、变流管开、断单向导电的作用，使整流装置从电网吸取的电流也是非正弦电流

波形。这种谐波电流流经整流变压器时必然产生非正弦压降，给交流供电系统内的电流电压波形都造成了污染。这种污染对整流变压器造成的影响是：谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损，会大大增加励磁电流的谐波分量。从而导致变压器效率降低、功率因数降低，变压器局部过热、温度升高，直接影响整流变压器的稳定运行。

2.采取措施

谐波的存在影响整流变压器的运行质量，为提高整流变压器的运行质量就需要采取措施消除谐波。针对谐波影响采取的常规措施归纳起来有以下几种：

2.1提高整流变压器二次侧的相数和增加整流器的整流脉冲数，整流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉波数越多，其次数低的谐波被消去的也越多。如整流变压器相数为2×3相时，出现的5次谐波电流为基波电流的18.5％，7次谐波电流为基波电流的12％。如果整流相数增加到4×3相时，则出现的5次谐波电流降为基波电流的4.5％，7次谐波电流降为基波电流的3％，都差不多减少到1／3。由此可见，增加整流变压器二次侧的相数对抑制谐波效果相当显著；

2.2按谐波次数装设分流滤波装置：一中是无源滤波装置，该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，通过对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；另一种是有源滤波装置。原理是利用可控的功率半导体器件

向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c.具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

2.3采用y、d或d、d联结方式由于3次及3次整数倍次的谐波电流在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能出现3次及3次整数倍次的谐波电流，因此采用y、d或d、d联结的三相整流变压器，能消除注入供电网络的3次及3次整数倍次的谐波电流。又由于供电系统中的非正弦交流电压或电流，通常是正、负两半波对时间轴（横轴）是对称的，不含直流分量和偶次谐波分量，因此采用y、d或d、d联结的整流变压器以后，注入电网的谐波只有5、7、11等次谐波了。

以上是措施是抑制谐波的常规基本方法，随着谐波治理技术不断提高，出现了一些新的谐波治理技术，尤其是在针对整流变压器的谐波治理方面更加突出这些措施的优势，主要包括以下几种：（1）采用同相逆并联接线，使其流过的电流大小相等、方向相反，从而使引线周围磁通得到最大的低效。解决了整流变压器局部过热、二次侧阻抗增大以及整流元件间的电流不平衡等问题（2）增加整流装置的等效相数，可以消除辐值较大的低次谐波

分量。比如采用等效12相系统，不需要专门移相即可基本上消除辐值较大的5次、7次谐波。

（3）降低变压器的磁通密度，比同容量电力变压器低10％。以减少损耗。

（4）对于谐波电流导致线圈温升，可采取导线电流密度选用较电力变压器低10％，同时在低压线圈加导向油槽，以提高散热效率，降低变压器温升。

（5）在高、低压线圈之间加电屏蔽层，并通过箱体或接地套管进行可靠接地，以降低阀侧高次谐波分量对电网污染，同时可避免网侧谐波传递到阀侧对控制系统产生的干扰。从而最大限度的降低高次谐波在此项上的影响，并可确保变压器长时间安全、可靠运行。

3.结论

整流变压器因其负载的特殊性决定了谐波治理对其安全正常稳定运行的必要行，谐波治理是改善供电品质的重要手段，是当前供用电行业公认的事实。加强谐波治理不仅改善了供电网络的电力品质，更重要的延长了用户设备使用寿命，提高了效率，降低了环境污染，降低了能耗，提高电能利用率，降低了企业生产成本。以上措施在山东钢铁股份公司莱芜份公司一工程项目供电变压器中得

到了实施，效果非常明显，由电网谐波导致变压器故障率得到了显著降低，同时变压器运行效率得到了较大提供，不但降低了维修费用，同时也降低运行成本，为企业设备可靠运行提供了技术保证。

作者简介：

赵振明（1970-），男，工程师，现从事电气设备管理工作。