谐波引起的变压器冷却系统故障分析与探索

陈新立

（大唐陈村水力发电厂，安徽 泾县242500）

谐波引起的变压器冷却系统故障分析与探索

陈新立

（大唐陈村水力发电厂，安徽 泾县242500）

文章针对纪村水电站#2主变压器频发“#2主变压器冷却系统故障”现象进行了测试分析，同时结合实际对故障录波数据进行了分析计算，得出了#2主变压器冷却系统Ι段电源断相相序保护器因长时间运行在谐波环境下，导致内部器件故障引起的保护器频繁动作的结论，最后提出了措施与建议。

谐波；断相保护器；傅里叶分析

0 引言

随着地方经济迅猛发展，电力系统中的大容量负荷明显增多，负荷非线性急剧变化引起的电压和电流的突变，一般采用串联电感和并联电容加以解决，由于陈村水电厂纪村站35 kV供电线路很短，阻抗很小，又因为用户怠于投入消谐装置，使得电网中产生谐振引发高次谐波。对该厂设备产生不利影响。

1 故障分析

1.1 系统运行方式

纪村水电站为陈村水力发电厂的二级电站，位于安徽泾县青弋江灌区总干渠末端，水源来自陈村站尾水和徽水，装机两台，容量2×17 MW，有110 kV出线两条，35 kV出线三条，其35 kV系统简图如下图1.

纪村电站35 kV系统正常方式下由#2主变压器供电。通过35 kV纪站#352线路，向泾县35 kV蔡村变压器供电，在泾县变压器处开断，并为泾县变压器35 kV侧母线提供备用电源。另外纪村电站35 kV系统接有钢厂、金塔等金属加工企业，是谐波的主要产生源，也是夜间纪村电站系统电压、频率变动较大的主要原因。

纪村电站#2主变压器为合肥ABB变压器有限公司生产的型号为SFSZ—31 500/110变压器，其冷却方式为强制风冷，冷却风扇启动方式有按负荷电流、温度自启动和手动三种方式，当变压器上层油温达55℃时或者高压侧二次电流大于1.75 A时启动#2主变压器冷却风扇。风扇电源有两路，分别装有断相保护器，正常时一段电源投入使用，当一段电源故障时自动切换至二段电源[1]。#2主变压器风机控制图如图2所示。

图2 #2主变压器风机控制图

1.2 事件经过与分析

在纪村电站35 kV系统所带负载正常生产时，特别是在夜间会频发“#2主变压器冷却系统故障”，现地检查#2主变压器上层油温实际温度为36°，远小于启动值；每五分钟记录的高压侧电流最高值均小于100 A，转换成二次电流小于1.7 A，即小于1.75 A的动作值；进一步检查#2主变压器冷却系统自动控制回路各端子接线正常、测量二次回路绝缘正常。后经多次观察发现每次系统频率波动较大时，风扇电源回路的断相保护器就动作，此时即报“#2主变压器冷却系统故障”，对比#2主变压器保护故障录波图进行分析，初步判断为谐波造成断相保护器动作，进而引起#2主变压器冷却系统电源短时消失，造成#2主变压器保护装置频发冷却系统故障信号。在迎峰度夏期间，变压器长时间并网且满载运行时会严重影响#2主变压器安全稳定，应尽快采取措施消除故障。

2 谐波分析

2.1 谐波的产生

谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。其产生的原因主要由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波所致。

2.2 谐波分类与基本方法

在电路分析中，将非正弦周期波的分解，应用傅里叶级数展开的方法，分解为直流分量（或不含有）和频率为整数倍的一系列正弦波之和，称为傅里叶分析，又称为谐波分析。

假设一周期为T的函数f（t），如果满足狄里赫利条件*，则f（t）可以展开为如下三角级数：

式（2）中，A0称为周期函数的恒定分量（或直流分量）；Akmcos（kω1t+ψk称为1次谐波（或基波分量），其周期或频率与原周期函数f（t）相同，其他各项统称为高次谐波，即频率是基波频率的n次谐波。

对于非正弦周期函数，一般情况下只考虑有效值以方便进行分析计算，若一非正弦周期电压u可以分解为傅里叶级数。

式中，U0为直流分量；Uk为 k 次谐波分量[2，3]。

2.3 图2的谐波分析

从纪村电站故障录波器中调出了图2的部分谐波分量表，见表2.

表2 #2主变压器35kV测谐波分量表

利用上表数据可以计算出各相电压的有效值为：

Ua=62.261 V；Ub=60.921 V ；Uc=61.195 1 V

2012年02月27日检修人员对纪村#2主变压器风扇I段电源断相保护器进行了更换，经过数天观察，#2主变压器冷却系统Ι段电源断相保护器未再动作，“#2主变压器冷却系统故障”也未再报出，进一步验证了之前的判断。

2.4 谐波的主要影响

在电压发生畸变的配电网络中，电容器有可能产生谐波谐振和谐波放大；增加变压器的铜耗、铁耗及其它的杂散损耗，降低变压器的使用寿命；降低电动机的效率，增加附加损耗，严重时发生过热及振动等现象；影响电力检测仪器的测量准确性，导致继电设备的误动作或拒动，影响同期等。

3 结论

谐波对各种电气设备和电子设备的正常工作有着很大的影响。断相保护继电器作为陈村水电厂的重要保护器件，其工作状况的好坏直接决定了电厂辅助设备的运行情况，进而影响电厂主设备的安全运行。大多数情况下谐波并不会造成设备直接损坏，但是若电气设备长时间受到谐波影响，其使用寿命将会大大缩短。为避免关键时刻辅助设备发生故障影响到主设备的安全运行，建议有关部门及时与调度或钢厂联系，要求其及时投入消谐装置在源头上堵住谐波问题；由于谐波对各种保护继电器的影响，目前并没有通用的准则用来描述，建议有关部门在采购此类设备时对其抗谐振能力予以考虑。

[1]大唐陈村水力发电厂.陈村水力发电厂纪村电站运行规程[Z].

[2]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]许立梓.实用电气工程师手册（上）[M].广州：广东科技出版社，2001.

Fault Analysis and Exploration of Transformer Cooling System Caused by Harmonics

CHEN Xin-li
（Datang Chencun Hydropower Station，Jingxian Anhui 242500，China）

This paper analyzes and tests the fault of cooling system of#2 main transformer frequently occurred in the#2 main transformer of ji cun hydropower station，and analyzes and calculates the fault recorder data combining with the actual situation.The#2 main transformer cooling system 1 power supply broken phase sequence protector for long time operation in harmonic environment，which leads to frequent action caused by internal fault protection device of the conclusion，and finally puts forward some measures and suggestions.

harmonic；phase fault protector；fourier analysis

TM407

A

1672-545X（2017）08-0174-03

2017-05-15

陈新立（1982-），男，本科，助理工程师，主要从事水电厂运行管理工作。