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    變壓器5次諧波的產生及其對負序電壓繼電器的影響

    在東北,因經濟發展的相對落后,導致電力負荷波動很大,特別是在凌晨左右,電力負荷急劇減小導致系統電壓升高,局部地區電網220kV系統達到240kV甚至更高。使得電網中的電力變壓器運行在高電壓水平,致使變壓器產生過飽和,產生大量的高次諧波。傳統理論認為變壓器過飽和主要產生3次諧波,但隨著電力變壓器新技術、新工藝、新材料的使用與推廣,電力變壓器產生高次諧波特點也產生變化,5次諧波已成為電力變壓器中*豐富的諧波。因其5次諧波的特殊性,對電網中運行的繼電保護裝置和計量裝置帶來嚴重危害和影響。


          1基本概況


          長春供電公司所屬的榆樹變電站、五棵樹變電站是哈爾濱至大連電氣化鐵路的牽引變電站,正常運行方式為單臺變壓器運行。2003年4、5月份夜間22點至凌晨1點左右,兩變電站66kV母線負序電壓濾過器偶爾動作,發出電網負序電壓偏高的信號,而此時系統運行一切正常,并沒有任何事故發生。此種現象在2003年8月份達到了高峰,幾乎每天夜間負序電壓繼電器都發出負序電壓偏高的信號,嚴重影響了系統的安全運行。五棵樹變電站是2001年9月由老五棵樹一次變電站改建而成的電氣化鐵路牽引變電站,裝有2臺主變壓器,型號為SFPZ4-63000和SFPZ8-63000,接線方式為Y0,d,新增4條220kV線路,其


          中,榆五線與榆樹一次變電站相連;榆樹變電站為了適應電氣化鐵路的需要也進行了相應的改建,裝有型號為SFPZ4-63000和SFPZ7-120000的變壓器各1臺,接線方式為Y。,d,220kV榆雙線與雙城堡變電站相連,而雙城堡變電站也是電氣化鐵路牽引變電站。長春供電公司系統接線圖見圖1,這種系統結構使得榆樹及五棵樹變電站在220kV系統都含有產生諧波的非線性電力負荷。為查找負序電壓繼電器頻繁誤動的原因,于2003年11月3-5日對榆樹及五棵樹變電站進行諧波測試分析工作(測試時SFPZ7-120000變壓器在運行中)。


          2諧波測試與分析


          2.1試驗方法


          諧波測試使用的是8000-2電能質量測試儀,其電壓取自五棵樹與榆樹變電站220kV及66kV母線電壓互感器的二次回路;電流取自五棵樹與榆樹變電站主變壓器一次、二次主電流互感器的二次側及各線路電流互感器的二次側。依據*******國家標準《電能質量公用電網諧波》的要求進行測試:①對每個諧波測點的諧波測試次數(數據)不少于5次;②取5次測量的算術平均值,同時記錄測量66kV母線負序電壓濾過器輸出端電壓的變化。


          2.2測試內容


          2003年11月3日17時至5日凌晨1時,在正常運行方式下測試,間隔2h記錄一次220kV母線與66kV母線電壓及諧波電壓,66kV母線負序電壓濾過器輸出端電壓值,主變壓器220kV側主電流互感器、66kV側主電流互感器電流及諧波電流,220kV線路及66kV線路電流及諧波電流。零時起調整有載變壓器分接頭試驗,模擬系統電壓升高,在變壓器有載


          調壓分接頭的各位置運行工況下,測試上述參數。


          2.3測試分析


          為分析方便,僅列出榆樹變電站諧波電壓及諧波電流測試結果,分別見表1及表2。


          從表1、表2的測試數據可知,榆樹變電站在當天的有載調壓變壓器分接頭位置在"7",隨著時間的推移,伴隨著夜晚的來臨,電力負荷的逐漸減少及系統電壓的逐漸升高,其66kV母線負序電壓濾過器輸出端電壓值及5次諧波電壓含有率在逐漸增加。此時,盡管系統電壓升高了,但其三相電壓不平衡度值基本上沒有變化。以榆樹變電站為例:其220kV、66kV母線5次諧波電壓含有率在傍晚17:30分左右分別為1.4%、2.6%,至深夜23時其5次諧波電壓含有率已分別上升至1.8%、4.2%,超過國家標準1.6%及2.4%的限制值;同時66kV母線負序電壓濾過器輸出端電壓也由2.9V上升為4.9V,并且用頻譜示波


          器觀察負序電壓濾過器輸出端的電壓是5倍頻分量,而非基波負序電壓。而此時榆樹變電站主變壓器二次主TA的負荷電流由260A減少至120A;5次諧波電流由9.6A升至39A并超過10A允許值。對于榆樹變電站來講,66kV線路共有6條分別是:榆城線、榆向線、榆秀線、榆北線、榆五線和榆大線,均不含有大型的非線性電力負荷,而且在傍晚時其負荷較大,在深夜其負荷較小,如榆向線、榆五線及榆大線在深夜時其負荷很小,幾乎為零。我們知道非線性負荷產生的諧波大小與其負荷有緊密的關系,往往負荷**的時刻也是產生諧波電流**的時刻,所以國標中規定對非線性負荷應測試其**負荷的工況。綜合上面的測試及分析可以得出一個初步的結論,榆樹及五棵樹變電站66kV母線及220kV母線5次諧波問題不是由66kV母線所帶的電力負荷產生的,而是與系統運行的電壓水平密切相關。


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