变压器5次谐波的产生及其对负序电压继电器的影响

电力变压器是铁心设备，由于铁心磁路的饱和使系统侧提供的激磁电***生畸变，其产生的谐波电流包含在激磁电流中，且所含的谐波分量相同。其产生的谐波次数主要是3、5次及7次，其谐波电流的大小与铁心材料的饱和特性及设计时选择的工作点有关，即与工作磁通密度有关。前者决定饱和特性，后者决定饱和程度。磁通密度高，可以节省铁心材料，但使谐波增大。同时产生谐波的大小与变压器运行时的系统电压有关，系统运行电压越高，运行点越深入饱和区，空载电流的波形畸变越大，谐波含量急剧上升。榆树及五棵树变电站220KV及66KV5次谐波含量随着系统电压的升高而升高，是由于电力变压器因系统电压的升高而使铁心饱和造成的。为此，进行了调整有载变压器分接头的谐波测试，此时负荷基本上没有变化。以榆树变电站为例，随着变压器分接头从”7”调整至”12''''，即66KV侧母线相电压由36KV升至41.2KV。升幅3％时，66KV电压5次谐波含有率从3.8％升至5.1％，升幅达21.4％。66KV母线负序电压滤过器输出端电压值由4.9V升至6.6V，此过程仅1MIN左右，证明负荷对5次谐波是没有影响的。继续调整变压器分接头位置，从”12”调整至”3"，66KV侧母线相电压由41.2KV降至37.5KV，电压降幅9％。66KV电压5次谐波含有率从5.1％降至2.1％，降幅达59％。66KV母线负序电压滤过器输出端电压值由6.6V降至3.2V。此时系统高低压侧三相电压不平衡度没有变化。由此可见，随着系统运行电压的升高，变压器产生的5次谐波也随之升高，且升高幅度远远大于电压的升高幅度。

为进一步验证系统运行电压的升高对电力变压器产生5次谐波的影响，我们对长春变压器厂生产的SZ9－31500／66型变压器进行了空载试验。试验电源由主变压器低压侧加入，在100％、105％及110％额定电压下分别测量其3、5次及7次谐波电压及电流，测试结果见表3。

从表3中的测试数据不难看出，运行电压的升高对变压器产生谐波特别是5次谐波的影响是相当显著的。当电压加到110％额定电压时，从伏安特性曲线看，此时还没有到达拐点，变压器并没有到达饱和区，但变压器已产生高达7.4％的5次谐波电压含有率。所以，单纯从变压器空载特性试验并不能***考核变压器运行特性中谐波的问题，其主要原因是变压器制造厂采用新材料提高磁通密度所致。

综合以上的测试与分析，可以认为榆树、五棵树变电站5次谐波电压严重超标是由于夜间系统负荷小，系统运行电压偏高，变压器中电***生严重畸变使变压器的谐波含量急剧上升所致，此时变压器相当于谐波电压源。

2.4谐波对负序电压滤过器影响的分析

从前面的测试数据及分析我们看到，榆树及五棵树变电站负序电压滤过器输出端的电压是5次谐波电压，且随着66KV母线的5次谐波电压的增加而增加。正常情况下负序电压滤过器输出端电压反映的是系统的三相不对称程度，当系统发生三相不对称故障时，负序电压滤过器输出端输出基波负序电压，发出信号。为进一步证实谐波特别是5次谐波对负序电压滤过器的影响，对榆树变电站66KV母线安装使用的BFY－12A负序电压继电器进行谐波干扰的测试，测试结果见表4。

从表4的测试数据分析，5次谐波电压对负序电压滤过器的影响是很大的，其5次谐波电压含有率对负序电压滤过器的渗透系数在80％－89％。榆树变电站66KV母线，负序电压继电器动作值整定为9V。从表4的测试数据看，当榆树变电站66KV母线5次谐波电压含有率达到12％左右时，其负序电压继电器电压滤过器输出端的电压为9.33V，超过9V的整定值，故而引发误动作。

2.5测试结论

（1）66KV母线负序电压滤过器输出的端电压随着系统电压的增大而增大。

（2）系统的5次谐波增加，导致了66KV母线负序电压滤过器输出的端电压增大。

（3）农网中由于存在部分额定电压为60、63KV的变压器，其在轻载高电压下运行是产生5次谐波电压的另一个原因。

（4）模拟试验证明，额定电压为66KV主变压器，在110％额定电压下空载运行时可以产生7.4％的5次谐波电压，37％的5次谐波电流。5次谐波电压对BFY－12A负序电压继电器的渗透率高达80％－89％。对于整定动作值为9V的BFY－12A负序电压继电器，当其接人点的5次谐波电压含有率为11％左右时即可引发动作。

3措施与建议

（1）安装电能质量在线测试装置，设置5次谐波电压的预警信号，当系统的5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）更换负序电压滤过器，选择抗谐波能力强的负序电压滤过器，其带有5次谐波滤波电路。

（3）在特定的时段内，结合电能质量在线监测仪及系统的运行电压水平调节有载变压器分接头，人为降低66KV系统运行电压偏高的问题。

（4）必要时在66KV系统加装并联电抗器，以降低系统运行电压在特定的时段内偏高的问题，此项措施需进一步的可行性研究。

（5）条件许可时，将部分农网中额定电压为60、63KV的变压器更换为额定电压适合系统运行电压的变压器。

建议相关部门今后对接人公用电网的电力变压器增加饱和倍数的谐波测试项目，对谐波偏大的变压器禁止入网，在源头上堵住电力变压器产生5次谐波问题。同时也希望***有关部门对电力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。