两种整流变压器的电流谐波分析与测量

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(1.湖南省电力公司郴州电业局，湖南 郴州 423000；2.湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南 益阳 413508)

两种整流变压器的电流谐波分析与测量

晁储乾1，罗灿坤2

(1.湖南省电力公司郴州电业局，湖南 郴州 423000；2.湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南 益阳 413508)

电网中的谐波污染日益严重，分别分析了Y/Y与Y/Δ整流变压器的电流谐波，进行了谐波次数与含量的比较，并对Y/Y与Y/Δ整流变压器组合运行状态下的母线电流进行了谐波分析，最后通过Y/Y整流变压器、Y/Δ整流变压器、Y/Y与Y/Δ整流变压器组合运行的实验进行了三种状态下的谐波比较。

Y/Y整流变压器；Y/Δ整流变压器；谐波

1 引言

随着用电技术的发展，电力系统中出现了大量以直流方式用电的装置，比如电动汽车充电机、电气化机车、工业直流电源以及家用电器等。整流元件将电网的三相交流电转换为用户所需的直流电，由于整流元件非线性的工作特性，会使其交流侧电流产生严重畸变，引起整流变压器交变磁场波形发生畸变，从而对电网产生谐波污染，危害电力系统的正常安全运行[1,3]。

文献[4-7]分别分析了12、24和48脉动整流变压器的电流谐波，与传统6脉动整流变压器相比，多脉动整流变压器的谐波含量明显降低。利用多脉动整流变压器进行谐波抑制的前景相当广阔，目前在建中的电动汽车充电站中一般建议使用12脉动整流变压器进行供电。

目前电力系统中广泛采用的6脉动整流元件的整流变压器分Y/Y与Y/Δ两种，对于这两种变压器的电流谐波的异同以及这两种变压器组合运行的电流谐波研究尚少。基于此，本文重点分析Y/Y与Y/Δ整流变压器以及两种变压器组合运行的电流谐波。

2 Y/Y整流变压器的电流谐波分析

图1 Y/Y变压器供电电路图

Y/Y整流变压器向整流元件供电是比较常见的供电方式，其典型电路如图1所示。

以A相电路为例分析变压器电网侧电流波形，此时电流近似为方波波形，忽略电流的初相位，标幺值形式的数学表达式如下：

(1)

(2)

其中：

则：

则：

(3)

从式(3)可以看出，Y/Y整流变压器向三相整流负载供电时，变压器原边电流会有波形畸变，主要谐波为特征谐波，次数为6k±1,(k=1,2,3,…)，这种非正弦周期电流如果直接流入电网会产生严重危害，工程中一般会装设滤波装置进行消除。

3 Y/Δ整流变压器的电流谐波分析

图2 Y/Δ变压器供电电路图

当Y/Δ变压器向三相整流供电时，电路图如图3所示，以A相电路为例分析变压器电网侧电流波形，此时电流近似为“品”字型波形，标幺值形式的数学表达式如下：

(4)

展开傅立叶级数为：

(5)

其中：

则：

则：

(6)

Y/Δ变压器向三相整流负载供电时，变压器原边电流的主要谐波为次数为6k±1，(k=1,2,3…)Y/Y,与变压器相同，这就说明了Y/Δ与Y/Y整流变压器对电网的危害程度相同，工程中同样需要装设滤波装置。

4 Y/Y与Y/Y变压器组的电流谐波分析

图3 Y/Y与Y/Y变压器组合运行电路

当Y/Y与Y/Δ整流变压器在同一母线上运行时，此时母线上的电流为：

(7)

由式(7)可知，在同一母线上运行的Y/Y与Y/Δ变压器原边电流的6k±1，(k=1,3,5,7…)次谐波可相互抵消，只剩下6k±1，(k=2,3,4,8…)即12k±1，(k=1,2,3…)次谐波。

5 实验验证

进行三组实验，即Y/Y整流变压器实验、Y/Δ整流变压器实验、Y/Y与Y/Δ整流变压器组合运行实验，分析三组实验中变压器的电流谐波，实验电路图如图1～3所示，实验步骤如下：

(1)依据实验电路连接电路；

(2)利用示波器测量Y/Y整流变压器原边电压、电流波形，其A相电压、电流波形如图4所示；

(3)利用示波器测量Y/Δ整流变压器原边电压、电流波形，其A相电压、电流波形如图5所示；

(4)将Y/Y与Y/Δ整流变压器组合运行，利用示波器测量母线电压、电流波形，其A相电压、电流波形如图6所示；

(5)利用示波器将上述测量的电流波形进行谐波分析，计算出电流畸变率THD与各次谐波含量，如表1所示。

图4 Y/Y整流变压器原边电压电流波形图

图5 Y/Δ整流变压器原边电压电流波形图

图6 组合运行时母线电压电流波形图

表1 电流谐波含有率

注：表中数值均为百分比。

由图4～6和表1可知，Y/Y与Y/Δ整流变压器向三相整流电路供电时，变压器原边电压无畸变，但是电流畸变严重，Y/Y与Y/Δ变压器电流畸变率几乎相等，分别为27.6%和28.2%，各主要次谐波含量也几乎相等；当Y/Y与Y/Δ整流变压器组合运行时，由于谐波的抵消作用，使母线电流的畸变率下降为8.89%，只含有12k±1，(k=1,2,3,…)次谐波。

6 总结

(1)Y/Y与Y/Δ整流变压器电流的谐波次数与谐波含量几乎相等，其中的6k±1，(k=1,3,5,7…)次谐波正负相反；6k±1，(k=2,4,6,8…)次谐波正负相同。

(2)当Y/Y与Y/Δ整流变压器在同一母线上组合运行时，由于谐波的抵消作用，可以使母线电流的谐波含量大幅度降低，此种运行方式可在电网中进行推广。

[1] 罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装置[M].北京：中国电力出版社，2006:1-16.

[2] 罗亚桥，胡翀.谐波对电能计量的影响分析[J].电力自动化设备，2009，29(5)：130-132.

[3] 孙媛媛，徐文远.整流器的谐波分析方法[J].电力自动化设备，2009，29(3)：10-15.

[4] 王念同,魏雪亮.轴向双分裂式12脉波牵引整流变压器谐波电流的分析(上) [J].变压器，2001，38(1)：16-19.

[5] 王念同,魏雪亮.轴向双分裂式12脉波牵引整流变压器谐波电流的分析(上) [J].变压器，2001，38(2)：25-28.

[6] 钱长生，齐嘉瞻，李国新，等.24脉波整流变压器电流的谐波计算分析[J].变压器，2007，44(12)：1-7，47.

[7] 雷建华,朱志勇.48脉波整流变压器组的谐波电流[J].变压器，2007，44(1)：15-19.

2013-01-21

晁储乾(1984-)，男，硕士，研究方向为电能计量；

罗灿坤(1984-)，男，研究方向为电力系统及其自动化。

AnalysisandMeasurementonCurrentHarmonicofTwoKindsofRectifierTransformers

CHAOChu-qian1，LUOCan-kun2

(1.Chenzhou Power Bureau,Hunan Electric Power Company，Chenzhou 423000,China;2.Zhexi Hydraulic Power Station Hunan Electric Power Company，Yiyang 413508,China)

Harmonic pollution in power grids became more and more serious.In this paper,we representatively analyzed circuit harmonic of Y/Y and Y/Δ rectifier transformer,and compares harmonics times and harmonics content.At the same time busbar circuit with Y/Y and Y/Δ rectifier transformer combined is analyzed.Finally,three harmonics with the state of Y/Y rectifier transformer,Y/Δ rectifier transformer and combined Y/Y and Y/Δ rectifier transformer are compared by operating experiment.

Y/Y rectifier transformer；Y/Δ rectifier transformer；harmonics

1004-289X(2013)06-0074-04

TM422

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