（杭州钱电输变电设备有限公司 浙江杭州 311243）
摘要：近年来，在电力系统中，工作效率高的变压器系统能够使得电网的转化效率提高，实现用户安全用电。一般在配电网中，产生大量的谐波会使得变压器出现损耗，因此，保证电路中变压器正常运行，需要对变压器谐波损耗进行计算。本文主要对变压器谐波损耗计算及影响因素进行分析，以期对相关人员有一定的参考。
关键词：变压器；谐波损耗计算；影响因素；分析
1 谐波对变压器的影响
1.1 电力系统中谐波的出现对变压器产生一定的影响，增加变压器的负载损耗。其中负载损耗的增加主要表现为铜损耗和杂散损耗，非线性负载引起变压器铁心发热，杂散损耗是非线性负载损耗的重要原因；
1.2 引起涡流损耗的增加，谐波频率增加带动涡流损耗增加，同时还会产生一些磁滞损耗。变压器中铁心外层硅钢片发热引起线圈温度升高；
2 变压器谐波损耗计算与分析
2.1 变压器短路阻抗选择
短路阻抗计算是变压器的重要性能参数，对电力系统中主回路参数、交直流侧谐波的运行损耗产生重要影响，因此，短路阻抗参数选择，是决定着变压器可靠性和运行效率的关键因素[1]。例如，短路阻抗百分数过大或者过小，都会导致变压器的生产成本增加。在对短路阻抗进行选择时，需要遵循以下原则：
2.1.1 满足晶闸管阀的浪涌电流水平要求；
2.1.2 变压器消耗的无功功率要求最小；
2.1.3 变电站的成本要最低。
在电力系统中，主分接下阻抗所允许的最大偏差为±5%，在其他范围内不得超过±10%。
2.2变压器谐波损耗计算
2.2.1变压器损耗计算
变压器从构造上分析，主要由一次绕组线圈、二次绕组线圈和铁芯组成。由于在材料选择上的不同，以及铁芯的构造工艺存在差异性，在变压器在运行中将会出现各种类型的损耗。对于同一类型的变压器来说，使用条件不同其负载的损耗也不同，同样会产生损耗值。变压器的损耗主要有三种：空载损耗、负载损耗以及总损耗。其中铜损耗和杂散损耗组成了负载损耗，而线圈中的杂散损耗主要为涡流损耗。变压器损耗公式为：
PT=PN+P+PEC+POSL
其中，PT为变压器总损耗；
PN为空载损耗；
P为变压器铜损耗；
PEC为变压器线圈涡流损耗；
POSL为变压器杂散损耗；
通常情况下，变压器的空载损耗和负载损耗从试验中计算得出，其中空载损耗是通过变压器的空载试验计算得出，由于变压器中空载电流比较小，一般占据额定电流的0.4%左右，因此在铁心中产生的损耗比较小，可以忽略不计。对于同一个变压器来说，空载损耗和铁心的损耗数值接近相同，铁心损耗不随着负增加而变化。
2.2.2谐波环境下损耗计算
在谐波环境下，变压器损耗为：PLL=P+PEC+POSL；其中PLL为变压器负载损耗；P为变压器的铜损耗；PEC为变压器线圈涡流损耗；POSL为变压器杂散损耗；
3 变压器谐波损耗的影响因素分析
从变压器的谐波等效模型中分析，影响变压器谐波损耗主要有两个因素：第一，谐波次数；第二，负载不平衡。为了实现影响因素的有效分析，需要选取变压器Y，yn0的连接方式进行分析，当变压器的额定容量为SN=30kVA，时，其一次侧和二次侧的额定电压比U1N/U2N=10/0.4KV，额定功率为50Hz。通过对变压器空载试验和短路试验原理的分析，计算出变压器谐波模型次数，总结出规律，在变压器的三相负载实现平衡时，功率一定情况下，改变变压器的谐波含有率，也就是改变了变压器的谐波电流。
当谐波含有率相同情况下，谐波次数较高时，变压器的谐波损耗值存在不同程度的增加[2]。例如，谐波含有率为4.57%时，各次的谐波损耗差异性较小，而当谐波含有率为9.8%时，变压器的谐波损耗增加率为94%。当变压器三相负载相对均衡时，并保持一定的功率在电路中运行时，经过变压器的各个谐波含有率对电流产生影响。从电流被动变化中，能够计算出谐波次数以及变压器谐波损耗两者之间的相互关联。当谐波的含有率相同时，谐波次数增加，变压器谐波损耗数值也会增加。当变压器负载总功率在固定数值范围内时，研究人员在谐波含有率相同情况下，对变压器的单相、二次相以及三相分别进行了谐波损耗波动试验。从实验中得出结论，变压器三相负载不均匀时，变压器的谐波损耗增加速度加快。例如由于电路中变压器工作不均匀，使得线路中谐波损耗上升率增高，严重的谐波损耗能够到达90%。
4 实验与数据分析
为了验证变压器谐波损耗在线监测方法以及影响因素分析结果的正确性和可行性，我们在杭州钱江电气变压器厂进行了变压器谐波损耗在线检测与分析实验。选取变压器容量为500kVA，U1N/U2N=3/0.84kV。
变压器谐波损耗分析软件根据变压器的铭牌数据和变压器电路模型理论，建立其空载试验模型和负载试验模型，进而计算出变压器谐波参数。试验变压器的谐波损耗模型参数如表1，n为谐波次数。
表 1，变压器谐波损耗模型参数值
实验时，变压器原端A、B、C和副端a、b、c、N分别接上钳式电流互感器，利用变压器谐波损耗采集终端测量变压器负载为线性负载和非线性负载时的变压器谐波损耗值，并对变压器谐波损耗传统模型和简化模型的计算结果进行比较。可以看出变压器在不同负载率的情况下，传统模型和简化模型的误差范围在8%以内，证明本文提出的简化模型是可行的。
在分析变压器三相不平衡运行时的谐波损耗实验中，只是重新分配变压器副端a，b，c三相的负载大小，整个变压器负载的功率和负载类型并没有改变，其计算结果如图1所示。
图 1，非线性负载下的变压器谐波损耗分析
线性负载引起的谐波损耗很小，可以忽略不计。变压器谐波损耗主要是由非线性负载引起，从图1（a）可以看出负载率为75.2%与30.3%时，3次和5次谐波损耗值分别增加了80倍和25倍，其他各次谐波损耗稍有增加，从图1（b）和图1（c）可以看出变压器三相不平衡增加了变压器谐波损耗，其中图1（c）中不平衡运行引起3次和5次谐波损耗的增加率分别为33%和65%。
6 结论
变压器的谐波耗损降低还要注意如下几点：
（1）改进非线性负载的电气数据，尽量防止设备对于电网造成的谐波。
（2）对变压器采取三相不平衡无功率补偿。
（3）对于电网中3次以及5次的谐波进行快速有效的防治。
参考文献：
[1]李国栋，李培，徐永海等.变压器谐波损耗计算方法比较与仿真[J].电力系统保护与控制，2010，38(18)：63-68.
[2]胡国辉，何为，王科等.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，2011，39(22)：62-67.
论文作者:陈佳樱
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/18
标签：谐波论文; 变压器论文; 负载论文; 模型论文; 阻抗论文; 线圈论文; 涡流论文; 《电力设备》2016年第24期论文;