谐波治理降低变压器损耗的工程实测

上海市质量监督检验技术研究院 朱伟庆

0 引言

近年来，随着电力电子技术的发展，非线性负载得到了广泛应用，如应用于节能领域的变频器、节能灯已经非常普及。非线性负载带来的谐波问题也逐渐浮现出来，成为人们不得不面对的问题。中频炉在工作中需进行交直流转换，同时不可避免的产生大量5次、7次谐波电流。谐波给电网其它负载带来安全问题的同时也造成变压器自身损耗增加。日本中部电力公司提供的资料中，甚至认为当5次谐波含量I5/I1为10%时，就能使变压器损耗比不存在谐波时的损耗增大10%。本文分析了谐波造成变压器损耗的机理，同时对某企业的一台容量750kVA的中频炉进行用电情况的实测，对比其在谐波治理前后变压器的损耗。

1 变压器损耗分析

变压器的总损耗可分为空载损耗和负载损耗两部分，其中空载损耗由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗组成，是变压器铁心内的励磁电流引起磁通变化产生的损耗。负载损耗包括绕组中的直流电阻损耗、涡流损耗和杂散损耗，是负载电流通过变压器绕组产生的损耗。在带负载运行的状态下，空载损耗只占变压器总损耗的一小部分，一般情况下可忽略不计，所以变压器损耗主要是负载损耗。变压器谐波损耗的大小，一方面取决于运行中谐波电压和谐波电流的大小，另一方面还取决于变压器内部参数与频率的关系。谐波电压和谐波电流的大小与系统运行情况有关，而变压器内部参数的频率特性与变压器的具体结构有关，故实际谐波造成的变压器的损耗需由工程实测得到。

2 测量方案

笔者选取某使用中频炉企业的单台变压器作为实测对象。该变压器由10kV变为580V，为单台750kW中频炉供电，中频炉正常工作负荷稳定。分别在变压器的前后侧测量电量，相减得到变压器损耗。谐波数据在变压器低压侧测点测量。高压侧在二次仪表端测量PT、CT比分别为50∶1和20∶1。系统测点布置图如见图1所示。测试仪器均经计量检定合格，具体配置及配件（见表1）。

变压器型号为S9-2000/10，额定容量为2000kVA，联结组标号为Yyn0。中频炉规格：750kW/580V/1000kg。

测试仪器设备见表1。

3 测试结果

图2是由电力质量分析仪记录的瞬时电流波形图，可以看到经治理后电流畸变得到有效地改善，具体数据整理后列于表2。

图1 系统布置图

图2 瞬时电流波形图（治理前上，治理后下）

表1 测试仪器设备一览

表2 测试数据汇总

表2数据表明：治理后，当电流畸变率由22.48%下降到4.96%时，变压器损耗由36.2kW下降到28.8kW，下降幅度20.4%。另外经实测，功率因数也由治理前的0.916提高到0.965，效果显著。

4 结束语

工程实测是评价谐波治理节能器节能效果的有效手段。本文笔者以江苏某企业的节能改造工程实测为例，测量记录了其谐波治理前后的变压器损耗数据和电能质量数据，结果显示当电流畸变率下降17.52%时，变压器损耗下降20.4%，同时功率因数也由0.916提高到0.965，节能效果显著。

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