諧波治理降低變壓器損耗的工程實(shí)測

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 朱偉慶

0 引言

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性負(fù)載得到了廣泛應(yīng)用，如應(yīng)用于節(jié)能領(lǐng)域的變頻器、節(jié)能燈已經(jīng)非常普及。非線性負(fù)載帶來的諧波問題也逐漸浮現(xiàn)出來，成為人們不得不面對的問題。中頻爐在工作中需進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，同時(shí)不可避免的產(chǎn)生大量5次、7次諧波電流。諧波給電網(wǎng)其它負(fù)載帶來安全問題的同時(shí)也造成變壓器自身損耗增加。日本中部電力公司提供的資料中，甚至認(rèn)為當(dāng)5次諧波含量I5/I1為10%時(shí)，就能使變壓器損耗比不存在諧波時(shí)的損耗增大10%。本文分析了諧波造成變壓器損耗的機(jī)理，同時(shí)對某企業(yè)的一臺容量750kVA的中頻爐進(jìn)行用電情況的實(shí)測，對比其在諧波治理前后變壓器的損耗。

1 變壓器損耗分析

變壓器的總損耗可分為空載損耗和負(fù)載損耗兩部分，其中空載損耗由鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗組成，是變壓器鐵心內(nèi)的勵磁電流引起磁通變化產(chǎn)生的損耗。負(fù)載損耗包括繞組中的直流電阻損耗、渦流損耗和雜散損耗，是負(fù)載電流通過變壓器繞組產(chǎn)生的損耗。在帶負(fù)載運(yùn)行的狀態(tài)下，空載損耗只占變壓器總損耗的一小部分，一般情況下可忽略不計(jì)，所以變壓器損耗主要是負(fù)載損耗。變壓器諧波損耗的大小，一方面取決于運(yùn)行中諧波電壓和諧波電流的大小，另一方面還取決于變壓器內(nèi)部參數(shù)與頻率的關(guān)系。諧波電壓和諧波電流的大小與系統(tǒng)運(yùn)行情況有關(guān)，而變壓器內(nèi)部參數(shù)的頻率特性與變壓器的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)，故實(shí)際諧波造成的變壓器的損耗需由工程實(shí)測得到。

2 測量方案

筆者選取某使用中頻爐企業(yè)的單臺變壓器作為實(shí)測對象。該變壓器由10kV變?yōu)?80V，為單臺750kW中頻爐供電，中頻爐正常工作負(fù)荷穩(wěn)定。分別在變壓器的前后側(cè)測量電量，相減得到變壓器損耗。諧波數(shù)據(jù)在變壓器低壓側(cè)測點(diǎn)測量。高壓側(cè)在二次儀表端測量PT、CT比分別為50∶1和20∶1。系統(tǒng)測點(diǎn)布置圖如見圖1所示。測試儀器均經(jīng)計(jì)量檢定合格，具體配置及配件（見表1）。

變壓器型號為S9-2000/10，額定容量為2000kVA，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號為Yyn0。中頻爐規(guī)格：750kW/580V/1000kg。

測試儀器設(shè)備見表1。

3 測試結(jié)果

圖2是由電力質(zhì)量分析儀記錄的瞬時(shí)電流波形圖，可以看到經(jīng)治理后電流畸變得到有效地改善，具體數(shù)據(jù)整理后列于表2。

圖1 系統(tǒng)布置圖

圖2 瞬時(shí)電流波形圖（治理前上，治理后下）

表1 測試儀器設(shè)備一覽

表2 測試數(shù)據(jù)匯總

表2數(shù)據(jù)表明：治理后，當(dāng)電流畸變率由22.48%下降到4.96%時(shí)，變壓器損耗由36.2kW下降到28.8kW，下降幅度20.4%。另外經(jīng)實(shí)測，功率因數(shù)也由治理前的0.916提高到0.965，效果顯著。

4 結(jié)束語

工程實(shí)測是評價(jià)諧波治理節(jié)能器節(jié)能效果的有效手段。本文筆者以江蘇某企業(yè)的節(jié)能改造工程實(shí)測為例，測量記錄了其諧波治理前后的變壓器損耗數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示當(dāng)電流畸變率下降17.52%時(shí)，變壓器損耗下降20.4%，同時(shí)功率因數(shù)也由0.916提高到0.965，節(jié)能效果顯著。

[1]賈振航等.企業(yè)節(jié)能技術(shù)[M],北京;化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)出版中心,2009,226-278

[2]張直平,李芬辰.城市電網(wǎng)諧波手冊[M].北京∶中國電力出版社,2001.2∶117-126.

[3]齊義祿.節(jié)能降損技術(shù)手冊[M].北京∶中國電力出版社,2002.1∶228-312.

[4]張明等.運(yùn)行狀態(tài)下變壓器諧波損耗的估算[J]變壓器2011,vol48,No1,35-39