諧波治理降低變壓器損耗的工程實測

上海市質量監督檢驗技術研究院 朱偉慶

0 引言

近年來，隨著電力電子技術的發展，非線性負載得到了廣泛應用，如應用于節能領域的變頻器、節能燈已經非常普及。非線性負載帶來的諧波問題也逐漸浮現出來，成為人們不得不面對的問題。中頻爐在工作中需進行交直流轉換，同時不可避免的產生大量5次、7次諧波電流。諧波給電網其它負載帶來安全問題的同時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，甚至認為當5次諧波含量I5/I1為10%時，就能使變壓器損耗比不存在諧波時的損耗增大10%。本文分析了諧波造成變壓器損耗的機理，同時對某企業的一臺容量750kVA的中頻爐進行用電情況的實測，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，是變壓器鐵心內的勵磁電流引起磁通變化產生的損耗。負載損耗包括繞組中的直流電阻損耗、渦流損耗和雜散損耗，是負載電流通過變壓器繞組產生的損耗。在帶負載運行的狀態下，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，所以變壓器損耗主要是負載損耗。變壓器諧波損耗的大小，一方面取決于運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部參數與頻率的關系。諧波電壓和諧波電流的大小與系統運行情況有關，而變壓器內部參數的頻率特性與變壓器的具體結構有關，故實際諧波造成的變壓器的損耗需由工程實測得到。

2 測量方案

筆者選取某使用中頻爐企業的單臺變壓器作為實測對象。該變壓器由10kV變為580V，為單臺750kW中頻爐供電，中頻爐正常工作負荷穩定。分別在變壓器的前后側測量電量，相減得到變壓器損耗。諧波數據在變壓器低壓側測點測量。高壓側在二次儀表端測量PT、CT比分別為50∶1和20∶1。系統測點布置圖如見圖1所示。測試儀器均經計量檢定合格，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，聯結組標號為Yyn0。中頻爐規格：750kW/580V/1000kg。

測試儀器設備見表1。

3 測試結果

圖2是由電力質量分析儀記錄的瞬時電流波形圖，可以看到經治理后電流畸變得到有效地改善，具體數據整理后列于表2。

圖1 系統布置圖

圖2 瞬時電流波形圖（治理前上，治理后下）

表1 測試儀器設備一覽

表2 測試數據匯總

表2數據表明：治理后，當電流畸變率由22.48%下降到4.96%時，變壓器損耗由36.2kW下降到28.8kW，下降幅度20.4%。另外經實測，功率因數也由治理前的0.916提高到0.965，效果顯著。

4 結束語

工程實測是評價諧波治理節能器節能效果的有效手段。本文筆者以江蘇某企業的節能改造工程實測為例，測量記錄了其諧波治理前后的變壓器損耗數據和電能質量數據，結果顯示當電流畸變率下降17.52%時，變壓器損耗下降20.4%，同時功率因數也由0.916提高到0.965，節能效果顯著。

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