在东北，因经济发展的相对落后，导致电力负荷波动很大，特别是在凌晨左右，电力负荷急剧减小导致系统电压升高，局部地区电网220kV系统达到240kV甚至更高。使得电网中的电力 变压器运行在高电压水平，致使变压器产生过饱和，产生大量的高次 谐波。传统理论认为变压器过饱和主要产生3次谐波，但随着电力变压器新 技术、新工艺、新材料的使用与推广，电力变压器产生高次谐波特点也产生变化，5次谐波已成为电力变压器中最丰富的谐波。因其5次谐波的特殊性，对电网中运行的继电保护装置和计量装置带来严重危害和影响

1基本概况

长春供电公司所属的榆树 变电站、五棵树变电站是哈尔滨至大连电气化铁路的牵引变电站，正常运行方式为单台变压器运行。2003年4、5月份夜间22点至凌晨1点左右，两变电站66kV母线负序电压滤过器偶尔动作，发出电网负序电压偏高的信号，而此时系统运行一切正常，并没有任何事故发生。此种现象在2003年8月份达到了高峰，几乎每天夜间负序电压继电器都发出负序电压偏高的信号，严重影响了系统的安全运行。五棵树变电站是2001年9月由老五棵树一次变电站改建而成的电气化铁路牵引变电站，装有2台主变压器，型号为SFPZ4-63000和SFPZ8-63000，接线方式为Y0,d，新增4条220kV线路，其中，榆五线与榆树一次变电站相连;榆树变电站为了适应电气化铁路的需要也进行了相应的改建，装有型号为SFPZ4-63000和SFPZ7-120000的变压器各1台，接线方式为Y。，d，220kV榆双线与双城堡变电站相连，而双城堡变电站也是电气化铁路牵引变电站。长春供电公司系统接线图见图1，这种系统结构使得榆树及五棵树变电站在220kV系统都含有产生谐波的非线性电力负荷。为查找负序电压继电器频繁误动的原因，于2003年11月3-5日对榆树及五棵树变电站进行谐波测试分析工作(测试时SFPZ7-120000变压器在运行中)。

2谐波测试与分析

2.1试验方法

谐波测试使用的是 8000-2电能质量测试仪，其电压取自五棵树与榆树变电站220kV及66kV母线电压互感器的二次回路;电流取自五棵树与榆树变电站主变压器一次、二次主电流互感器的二次侧及各线路电流互感器的二次侧。依据中华人民共和国国家标准《电能质量公用电网谐波》的要求进行测试：①对每个谐波测点的谐波测试次数(数据)不少于5次;②取5次测量的算术平均值，同时记录测量66kV母线负序电压滤过器输出端电压的变化。

2.2测试内容

2003年11月3日17时至5日凌晨1时，在正常运行方式下测试，间隔2h记录一次220kV母线与66kV母线电压及谐波电压，66kV母线负序电压滤过器输出端电压值，主变压器220kV侧主电流互感器、66kV侧主电流互感器电流及谐波电流，220kV线路及66kV线路电流及谐波电流。零时起调整有载变压器分接头试验，模拟系统电压升高，在变压器有载调压分接头的各位置运行工况下，测试上述参数。

2.3测试分析

榆树变电站在当天的有载调压变压器分接头位置在"7"，随着时间的推移，伴随着夜晚的来临，电力负荷的逐渐减少及系统电压的逐渐升高，其66kV母线负序电压滤过器输出端电压值及5次谐波电压含有率在逐渐增加。此时，尽管系统电压升高了，但其三相电压不平衡度值基本上没有变化。以榆树变电站为例：其220kV、66kV母线5次谐波电压含有率在傍晚17：30分左右分别为1.4%、2.6%，至深夜23时其5次谐波电压含有率已分别上升至1.8%、4.2%，超过国家标准1.6%及2.4%的限制值;同时66kV母线负序电压滤过器输出端电压也由2.9V上升为4.9V，并且用频谱示波器观察负序电压滤过器输出端的电压是5倍频分量，而非基波负序电压。而此时榆树变电站主变压器二次主TA的负荷电流由260A减少至120A;5次谐波电流由9.6A升至39A并超过10A允许值。对于榆树变电站来讲，66kV线路共有6条分别是：榆城线、榆向线、榆秀线、榆北线、榆五线和榆大线，均不含有大型的非线性电力负荷，而且在傍晚时其负荷较大，在深夜其负荷较小，如榆向线、榆五线及榆大线在深夜时其负荷很小，几乎为零。我们知道非线性负荷产生的谐波大小与其负荷有紧密的关系，往往负荷最大的时刻也是产生谐波电流最大的时刻，所以国标中规定对非线性负荷应测试其最大负荷的工况。综合上面的测试及分析可以得出一个初步的结论，榆树及五棵树变电站66kV母线及220kV母线5次谐波问题不是由66kV母线所带的电力负荷产生的，而是与系统运行的电压水平密切相关。

电力变压器是铁心设备，由于铁心磁路的饱和使系统侧提供的激磁电流产生畸变，其产生的谐波电流包含在激磁电流中，且所含的谐波分量相同。其产生的谐波次数主要是3、5次及7次，其谐波电流的大小与铁心材料的饱和特性及设计时选择的工作点有关，即与工作磁通密度有关。前者决定饱和特性，后者决定饱和程度。磁通密度高，可以节省铁心材料，但使谐波增大。同时产生谐波的大小与变压器运行时的系统电压有关，系统运行电压越高，运行点越深入饱和区，空载电流的波形畸变越大，谐波含量急剧上升。榆树及五棵树变电站220kV及66kV5次谐波含量随着系统电压的升高而升高，是由于电力变压器因系统电压的升高而使铁心饱和造成的。为此，进行了调整有载变压器分接头的谐波测试，此时负荷基本上没有变化。以榆树变电站为例，随着变压器分接头从"7"调整至"12''''，即66kV侧母线相电压由36kV升至41.2kV。升幅3%时，66kV电压5次谐波含有率从3.8%升至5.1%，升幅达21.4%。66kV母线负序电压滤过器输出端电压值由4.9V升至6.6V，此过程仅1min左右，证明负荷对5次谐波是没有影响的。继续调整变压器分接头位置，从"12"调整至"3"，66kV侧母线相电压由41.2kV降至37.5kV，电压降幅9%。66kV电压5次谐波含有率从5.1%降至2.1%，降幅达59%。66kV母线负序电压滤过器输出端电压值由6.6V降至3.2V。此时系统高低压侧三相电压不平衡度没有变化。由此可见，随着系统运行电压的升高，变压器产生的5次谐波也随之升高，且升高幅度远远大于电压的升高幅度。

为进一步验证系统运行电压的升高对电力变压器产生5次谐波的影响，我们对长春变压器厂生产的SZ9-31500/66型变压器进行了空载试验。试验电源由主变压器低压侧加入，在100%、105%及110%额定电压下分别测量其3、5次及7次谐波电压及电流。

运行电压的升高对变压器产生谐波特别是5次谐波的影响是相当显著的。当电压加到110%额定电压时，从伏安特性曲线看，此时还没有到达拐点，变压器并没有到达饱和区，但变压器已产生高达7.4%的5次谐波电压含有率。所以，单纯从变压器空载特性试验并不能全面考核变压器运行特性中谐波的问题，其主要原因是变压器制造厂采用新材料提高磁通密度所致。

综合以上的测试与分析，可以认为榆树、五棵树变电站5次谐波电压严重超标是由于夜间系统负荷小，系统运行电压偏高，变压器中电流产生严重畸变使变压器的谐波含量急剧上升所致，此时变压器相当于谐波电压源。

2.4谐波对负序电压滤过器影响的分析

从前面的测试数据及分析我们看到，榆树及五棵树变电站负序电压滤过器输出端的电压是5次谐波电压，且随着66kV母线的5次谐波电压的增加而增加。正常情况下负序电压滤过器输出端电压反映的是系统的三相不对称程度，当系统发生三相不对称 故障时，负序电压滤过器输出端输出基波负序电压，发出信号。为进一步证实谐波特别是5次谐波对负序电压滤过器的影响，对榆树变电站66kV母线安装使用的BFY-12A负序电压继电器进行谐波干扰的测试。5次谐波电压对负序电压滤过器的影响是很大的，其5次谐波电压含有率对负序电压滤过器的渗透系数在80%-89%。榆树变电站66kV母线，负序电压继电器动作值整定为9V。从表4的测试数据看，当榆树变电站66kV母线5次谐波电压含有率达到12%左右时，其负序电压继电器电压滤过器输出端的电压为9.33V，超过9V的整定值，故而引发误动作。

2.5测试结论

(1)66kV母线负序电压滤过器输出的端电压随着系统电压的增大而增大。

(2)系统的5次谐波增加，导致了66kV母线负序电压滤过器输出的端电压增大。

(3)农网中由于存在部分额定电压为60、63kV的变压器，其在轻载高电压下运行是产生5次谐波电压的另一个原因。

(4)模拟试验证明，额定电压为66kV主变压器，在110%额定电压下空载运行时可以产生7.4%的5次谐波电压，37%的5次谐波电流。5次谐波电压对BFY-12A负序电压继电器的渗透率高达80%-89%。对于整定动作值为9V的BFY-12A负序电压继电器，当其接人点的5次谐波电压含有率为11%左右时即可引发动作。

3措施与建议

(1)安装电能质量在线测试装置，设置5次谐波电压的预警信号，当系统的5次谐波电压偏高时，发出预警信号，提示运行人员注意，同时采取技术措施。

(2)更换负序电压滤过器，选择抗谐波能力强的负序电压滤过器，其带有5次谐波 滤波电路。

(3)在特定的时段内，结合电能质量在线监测仪及系统的运行电压水平调节有载变压器分接头，人为降低66kV系统运行电压偏高的问题。

(4)必要时在66kV系统加装并联电抗器，以降低系统运行电压在特定的时段内偏高的问题，此项措施需进一步的可行性研究。

(5)条件许可时，将部分农网中额定电压为60、63kV的变压器更换为额定电压适合系统运行电压的变压器。

建议相关部门今后对接人公用电网的电力变压器增加饱和倍数的谐波测试项目，对谐波偏大的变压器禁止入网，在源头上堵住电力变压器产生5次谐波问题。同时也希望国家有关部门对电力变压器产生谐波特别是5次谐波的问题引起重视，尽快制定出相应的技术标准。

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