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摘要：变压器是目前电力系统中比较关键的组成部分之一，属于使用较多的重要设备，对于电力系统组网和并网而言也十分重要。变压器的运行状态的稳定与否对电力系统产生直接的影响。本文首先介绍了变压器与谐波的内容，其次介绍了谐波电流和测量系统的具体方法，以及其优点等，再次介绍了在线监测的方法及主要用途，最后进行小结。本文通过查阅和参考有关变压器谐波的相关资料和文献，对变压器谐波的电流测量以及在线监测方面进行分析，以此为研究变压器谐波各方面提供参考。
关键词：变压器谐波；电力系统；电流测量；在线监测
1.前言
1.1变压器谐波
变压器是通过运用电磁感应定律来实现电压变化的电磁装置。它的转化过程是先将电能转化为磁能，再由磁能转化为电能。变压器在电力系统中可以起到升压和降压的作用，有利于解决远距离输电损耗大等问题，对于电力系统来说变压器是必不可少的存在。
本文研究的是变压器谐波，而变压器谐波就是导致变压器中的励磁电流波形发生畸变也就是电流畸变的主要原因，因此变压器谐波对于电力系统而言的危害是比较大的，所以要通过电流测量和在线监测对电力系统进行保护[1]。
1.2研究背景
由于经济高速发展，我国对于电能方面的能力也需要随之增强，电网规模日益扩大，因此供电质量也需要提高，以保证电网供电的稳定，满足用户的需求。变压器属于电力系统中至关重要的电力设备，可以将一种等级的电压转化为另一种等级。另一方面，它也很容易发生故障，一旦出错，引发事故，将会造成电网故障，严重情况下甚至会导致电力系统瘫痪，从而造成区域性停电，造成极大的经济损失[2]。因此，需要对变压器进行电流测量以及在线监测，保证电力系统的稳定性，不仅能够减少变压器发生故障的几率，也能够为维护电力系统的工作提供有效的参考信息，节约维修故障的成本，从而保障了电力系统的可持续发展。
2.变压器谐波电流测量
2.1谐波电流
谐波电流产生的原因是因为正弦电压加亚于非线性负载，导致电流畸变，产生谐波。那么非线性负载主要包括UPS、整流器、逆变器等等。谐波电流有一定的危害，例如会降低系统存储的容量、设备老化的速度增加、电力设备使用的寿命缩短、浪费电能等多方面[3]。
关于电流的测试标准有很多种，现有国际标准IEC61000-2-2、IEC61000-2-4；欧洲标准EN61000-3-2、EN-61000-3-12；国际电工学会的建议标准IEEE519-1992；中国国家标准GB/T14549-1993。
2.2电流测量系统
ACS-500N6是用于谐波电流测量的正弦电压，能够保证输出失真率小于0.1%，即使负载发生变化，电压的稳定度也能够稳定在0.1%左右[4]。在任何供电条件下，ACS-500N6都能按照标准要求提供纯净、稳定的正弦电压信号及频率，其交流电压源具有过热、过流、过压和欠压保护的功能。
ACS-500N6带有1个电流输入通道和1个电压输入通道，频率范围在15Hz-3000Hz，16位A/D转换器，存储器为内置硬盘，Motorola处理器；谐波范围在1-50次谐波，算法为FFT，测量窗口矩形窗口为8、10、12、16周期，抗失真滤波器大于90dB，测量持续时间超过30小时。具有很多优点，例如可变限值、实时获取数据、内置硬盘存储数据、宽量程电流输入等等。测量设备有频域谐波测量仪、时域谐波测量仪等。
每次进行谐波电流测量时，在每个DFT时间窗口内测量经过1.5s平滑的有效值谐波电流。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在整个测量观察周期的过程中，将各DFT时间窗口的有效值谐波电流平均，计算出各次谐波的算术平均值。另外，谐波电流发射限值仅适用于线电流而非中性线电流。
2.3谐波电流测量条件
变压器谐波电流测量应在用户操作控制下或自动程序设定的正常工作状态下，预计产生最大总谐波电流的模式进行；不要求实测THC值和寻找最恶劣情况下的发射，硬包装EUT符合正常使用时的状况[5]。
3.变压器谐波在线监测
3.1在线监测方法
变压器谐波监测分为在线监测和离线监测，本文主要分析在线监测。常见的变压器在线监测方法主要有低压脉冲LVI法、频率响应分析法、变压器油中溶解气体的气相色谱分析法、变压器局部放电在线监测法以及红外测温技术这几种。通常情况下，变压器在线监测系统有两种方式：第一，集中式。可以进行设置定时来测量设备或者是者巡回自动监测；第二，分散式，是利用专门的测试仪器来测量和获取信号、就地测量的。
3.2振动法在线监测
变压器的振动主要是由磁滞伸缩引起的铁心的振动和负载电流引起的绕组振动上。当励磁电流为正弦波且电流的振幅足够大使其相应的磁通峰值达到饱和，则可以得到变压器铁心中的主磁通也为平顶波[6]。其傅里叶表达式为：
3.3建立模型
配电变压器谐波损耗在线监测是指导高损耗变压器判定以及保障变压器经济运行的重要手段。通过建立变压器谐波损耗模型来，简化计算复杂程度，并且可以有效地准确计算出变压器的各次谐波引起的变压器损耗，达到准确分析配电网谐波对变压器损耗的影响的目的。
3.4主要用途
通过在线监测变压器谐波，能够掌握用电设备在各类运行状态下的情况，对电压、电流等多个电力参数进行记录和存储，及时调整电力设备，解决潜伏故障、避免风险，分析电力系统发生故障的原因，接收显示现场测试数据等等[7]。
4.小结
从上述内容中，可以明确出变压器这一电力设备对整个电力系统而言的重要意义。本文对变压器谐波电流测量以及在线监测两方面进行了分析，从而得出常见的变压器在线监测方法主要有低压脉冲LVI法、频率响应分析法等几种，以及振动法在线监测，其计算公式为 ；通过建立变压器谐波损耗模型，可以有效解决计算复杂的问题，并且可以有效地准确计算出变压器的各次谐波引起的变压器损耗，这一内容对谐波在线监测而言具有相当重要的促进意义。另外，计算谐波通常有两种方法，一是常用的FFT： 、 是一种DFT的高效算法，称为快速傅立叶变换，可分析谐波幅值，相角；二是电能质量算法，是专门用来做电能质量分析的，国内较为少用。希望通过内容可以为电力系统的稳定运行能够提供更多的参考，保障电力系统的各个方面，减少出现故障的情况，避免发生意外事故的风险，同时也会维护电力系统正常运行提供保障，节约维修成本，避免经济损失。最后，希望变压器谐波在电流测量以及在线监测方面有更多的进展，从而更好地促进电力系统的进步与完善。
参考文献
[1]徐志. 基于振动法的变压器在线监测研究[D].重庆大学,2010.
[2]王科. 配电变压器谐波附加损耗监测方法与实验研究[D].重庆大学,2010.
[3]张占龙,王科,李德文,周军,吴喜红,黄嵩,唐炬. 变压器谐波损耗计算及影响因素分析[J]. 电力系统保护与控制,2011,04:68-72+78.
[4]胡国辉,何为,王科. 配电变压器谐波附加损耗在线监测系统研究[J]. 电力系统保护与控制,2011,22:62-67.
[5]鲁海亮. 电力变压器直流偏磁的仿真和监测研究[D].武汉大学,2010.
[6]郭蕾,李群湛,解绍锋,刘炜. 基于谐波分析的牵引变压器绕组短路电抗监测方法[J]. 中国铁道科学,2007,06:80-83.
[7]刘成君,杨仁刚. 变压器谐波损耗的计算与分析[J]. 电力系统保护与控制,2008,13:33-36+42.
论文作者:陆旭锋
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/24
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