朱洪明 王继东
云南电网有限责任公司文山供电局 云南文山 663000
摘要：在进行电力变压器试验中，高次谐波的存在不仅会干扰试验结果的精确性，而且谐波问题如果得不到有效的解决，后期变压器投入使用后，将会对设备以及整个电力系统造成负面影响。现阶段，电力行业常用来抑制谐波的措施有多种，本文重点介绍了有源滤波法、无源滤波法以及调节换流装置三种，并对各项措施的应用原理和技术要点展开了简要分析。
关键词：电力变压器；谐波危害；有源滤波法；换流装置
引言：在电网运行中，谐波的存在会对电网安全造成多方面的破坏影响。例如谐波会导致电网的各类保护装置出现误动，在真正发生安全问题后保护装置失效，致使电网发生严重事故；还有可能增加变压器、电容器的磁滞损耗，浪费电能、增加成本。变压器作为电网运行的核心设备，在试验和运行中，必须要明确谐波的产生原因，认识到谐波带来的各种危害，进而采取相应的抑制措施，确保变压器及整个电力系统的运行安全。
1.电力变压器试验中谐波的产生
当电力变压器正常运行时，本身并不产生谐波。随着电网运行负荷的增加，变压器磁通逐渐达到饱和，这时流经电力变压器的励磁电流，会产生奇次（3、5、7）谐波，其中又以三次谐波最为明显。根据变压器结构组成的不同，产生谐波电流的大小也有差异，最大的谐波电流可以达到变压器额定电流的0.5%以上。
2.电力变压器试验中谐波的危害
2.1增加运行损耗
进行变压器试验的电路中，虽然谐波电流所占比例不高，但是由于受到集肤效应的影响，谐波电流会被放大，进而引发电流热效应，导致变压器内的铁芯以及其他元件出现温度升高的现象。由于谐波电流长期存在，会加速设备的老化。特别是橡胶材质的绝缘材料，长期受到高温影响，寿命会被大幅度缩减，绝缘失效后，很有可能导致变压器内局部放电，从而对变压器的稳定运行，以及整个电网的安全构成威胁。谐波的存在还会让变压器运行中的磁滞损耗增加，增加能源浪费和运行成本。
2.2导致谐波振荡
由于电力变压器在工作过程中，其负载并不是恒定不变的，而是根据实际情况不断的进行变化。这种情况下遇到了高次谐波，两者就会形成谐波振荡。谐波振荡会影响包括变压器在内，电力系统中各类电气设备运行的电压、电流发生变化，对设备的正常运行造成负面影响。以电力变压器为例，由于谐波振荡的存在，长期处于过电流、过电压的状态下运行，有较大概率发生电气事故。
2.3干扰自动控制装置
谐波的存在还会产生信号干扰，对电网系统中各类电力设备的正常通信造成影响。电力变压器作为电网系统的重要自动控制装置，是基于电磁感应原理运行的。谐波的存在会干扰电磁信号，导致变压器误动作或不动作，也就失去了变压保护的作用，影响整个电网的运行安全。
3.变压器试验中谐波的应对措施
近年来，电力公司采取了多种技术措施抑制电网中的谐波，初步形成了较为完善的谐波抑制技术体系。其中，滤波法是较为常见的措施，根据所用设备的不同，又可以分为有源滤波法和无源滤波法。
3.1有源滤波法
由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。有源滤波法中，根据具体操作形式的不同，又可以分为低通、高通、带通、带阻4中类型，具体区别如图其所示。
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图1 4中有源滤波的示意图
在电力变压器的谐波抑制试验中，有源滤波法表现出了如下优势：其一，高次谐波抑制中，对外界干扰的抵抗能力较强。例如，试验中系统阻抗的大小变化，不影响谐波抑制效果，具有较强的稳定性。其二，没有出现共振情况。在谐波抑制中，容易出现谐波振荡，导致电路中电流、电压不稳。采取有源滤波法进行谐波抑制，未出现谐波振荡和机械共振的情况。其三，在谐波抑制电路中，增加了1台关断电力电子装置，除了对3次谐波进行补偿外，还能够适用于其他奇次谐波的补偿，适用性更加理想。此外，关断电力电子装置还可以发挥输出限制的功能，避免了电力系统中出现高次谐波而导致补偿元件过载的问题。综上来看，有源滤波法在抑制谐波方面表现出了较为理想的效果。
3.2无源滤波法
又称LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要奇次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路。这种方法在谐波抑制方面也能够发挥一定的作用，除了操作简便、成本较低外，还具有改善负载功率因数的作用。但是结合变压器试验情况来看，无源滤波法也存在不容忽视的缺陷。主要表现为：由于电路中残压电阻的存在，决定了调谐滤波器很难将自身的阻抗降低为0。而阻抗的存在，将会干扰滤波效果，也就无法完全消除谐波问题的存在。还有就是随着LC滤波电路的增加，滤波器过载的问题也会更加严重。
3.3调节换流装置
供电系统中的换流装置是谐波源之一。从理论分析来看，换流装置在其直流侧以及交流侧形成的特征谐波次数依次达到了pk+l以及pk(k是正整数，P是脉动数或者整流相数)，在脉动数从p=6提高到p=12的情况下，它的特质谐波次数能够高效率地清除具有较大幅值的低频项，谐波电流在极大程度上降低了有效值。这一方法通常可以用作有源滤波法的补充，进一步提高谐波抑制效果。
结语：电力公司每年因为谐波问题造成的经济损失严重，除此之外，谐波的存在也会影响客户的用电体验。因此，无论是从维护自身利益，还是从提升供电质量方面，都必须重视谐波问题，采取有效的谐波抑制措施。从电力变压器的试验来看，有被动和主动两种应对措施。被动措施即无源滤波法，但是实际应用中存在滤波器过载等问题。主动措施采用无源滤波法，取得了较为理想的效果。另外，适当增加换流装置的相数，也可以达到抑制谐波的效果，在实际工作中可以根据具体需要加以选择。
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