諧波引起的變壓器冷卻系統(tǒng)故障分析與探索

陳新立

（大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 涇縣242500）

諧波引起的變壓器冷卻系統(tǒng)故障分析與探索

陳新立

（大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 涇縣242500）

文章針對紀(jì)村水電站#2主變壓器頻發(fā)“#2主變壓器冷卻系統(tǒng)故障”現(xiàn)象進行了測試分析，同時結(jié)合實際對故障錄波數(shù)據(jù)進行了分析計算，得出了#2主變壓器冷卻系統(tǒng)Ι段電源斷相相序保護器因長時間運行在諧波環(huán)境下，導(dǎo)致內(nèi)部器件故障引起的保護器頻繁動作的結(jié)論，最后提出了措施與建議。

諧波；斷相保護器；傅里葉分析

0 引言

隨著地方經(jīng)濟迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)中的大容量負荷明顯增多，負荷非線性急劇變化引起的電壓和電流的突變，一般采用串聯(lián)電感和并聯(lián)電容加以解決，由于陳村水電廠紀(jì)村站35 kV供電線路很短，阻抗很小，又因為用戶怠于投入消諧裝置，使得電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振引發(fā)高次諧波。對該廠設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

1 故障分析

1.1 系統(tǒng)運行方式

紀(jì)村水電站為陳村水力發(fā)電廠的二級電站，位于安徽涇縣青弋江灌區(qū)總干渠末端，水源來自陳村站尾水和徽水，裝機兩臺，容量2×17 MW，有110 kV出線兩條，35 kV出線三條，其35 kV系統(tǒng)簡圖如下圖1.

紀(jì)村電站35 kV系統(tǒng)正常方式下由#2主變壓器供電。通過35 kV紀(jì)站#352線路，向涇縣35 kV蔡村變壓器供電，在涇縣變壓器處開斷，并為涇縣變壓器35 kV側(cè)母線提供備用電源。另外紀(jì)村電站35 kV系統(tǒng)接有鋼廠、金塔等金屬加工企業(yè)，是諧波的主要產(chǎn)生源，也是夜間紀(jì)村電站系統(tǒng)電壓、頻率變動較大的主要原因。

紀(jì)村電站#2主變壓器為合肥ABB變壓器有限公司生產(chǎn)的型號為SFSZ—31 500/110變壓器，其冷卻方式為強制風(fēng)冷，冷卻風(fēng)扇啟動方式有按負荷電流、溫度自啟動和手動三種方式，當(dāng)變壓器上層油溫達55℃時或者高壓側(cè)二次電流大于1.75 A時啟動#2主變壓器冷卻風(fēng)扇。風(fēng)扇電源有兩路，分別裝有斷相保護器，正常時一段電源投入使用，當(dāng)一段電源故障時自動切換至二段電源[1]。#2主變壓器風(fēng)機控制圖如圖2所示。

圖2 #2主變壓器風(fēng)機控制圖

1.2 事件經(jīng)過與分析

在紀(jì)村電站35 kV系統(tǒng)所帶負載正常生產(chǎn)時，特別是在夜間會頻發(fā)“#2主變壓器冷卻系統(tǒng)故障”，現(xiàn)地檢查#2主變壓器上層油溫實際溫度為36°，遠小于啟動值；每五分鐘記錄的高壓側(cè)電流最高值均小于100 A，轉(zhuǎn)換成二次電流小于1.7 A，即小于1.75 A的動作值；進一步檢查#2主變壓器冷卻系統(tǒng)自動控制回路各端子接線正常、測量二次回路絕緣正常。后經(jīng)多次觀察發(fā)現(xiàn)每次系統(tǒng)頻率波動較大時，風(fēng)扇電源回路的斷相保護器就動作，此時即報“#2主變壓器冷卻系統(tǒng)故障”，對比#2主變壓器保護故障錄波圖進行分析，初步判斷為諧波造成斷相保護器動作，進而引起#2主變壓器冷卻系統(tǒng)電源短時消失，造成#2主變壓器保護裝置頻發(fā)冷卻系統(tǒng)故障信號。在迎峰度夏期間，變壓器長時間并網(wǎng)且滿載運行時會嚴重影響#2主變壓器安全穩(wěn)定，應(yīng)盡快采取措施消除故障。

2 諧波分析

2.1 諧波的產(chǎn)生

諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。其產(chǎn)生的原因主要由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波所致。

2.2 諧波分類與基本方法

在電路分析中，將非正弦周期波的分解，應(yīng)用傅里葉級數(shù)展開的方法，分解為直流分量（或不含有）和頻率為整數(shù)倍的一系列正弦波之和，稱為傅里葉分析，又稱為諧波分析。

假設(shè)一周期為T的函數(shù)f（t），如果滿足狄里赫利條件*，則f（t）可以展開為如下三角級數(shù)：

式（2）中，A0稱為周期函數(shù)的恒定分量（或直流分量）；Akmcos（kω1t+ψk稱為1次諧波（或基波分量），其周期或頻率與原周期函數(shù)f（t）相同，其他各項統(tǒng)稱為高次諧波，即頻率是基波頻率的n次諧波。

對于非正弦周期函數(shù)，一般情況下只考慮有效值以方便進行分析計算，若一非正弦周期電壓u可以分解為傅里葉級數(shù)。

式中，U0為直流分量；Uk為 k 次諧波分量[2，3]。

2.3 圖2的諧波分析

從紀(jì)村電站故障錄波器中調(diào)出了圖2的部分諧波分量表，見表2.

表2 #2主變壓器35kV測諧波分量表

利用上表數(shù)據(jù)可以計算出各相電壓的有效值為：

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

2012年02月27日檢修人員對紀(jì)村#2主變壓器風(fēng)扇I段電源斷相保護器進行了更換，經(jīng)過數(shù)天觀察，#2主變壓器冷卻系統(tǒng)Ι段電源斷相保護器未再動作，“#2主變壓器冷卻系統(tǒng)故障”也未再報出，進一步驗證了之前的判斷。

2.4 諧波的主要影響

在電壓發(fā)生畸變的配電網(wǎng)絡(luò)中，電容器有可能產(chǎn)生諧波諧振和諧波放大；增加變壓器的銅耗、鐵耗及其它的雜散損耗，降低變壓器的使用壽命；降低電動機的效率，增加附加損耗，嚴重時發(fā)生過熱及振動等現(xiàn)象；影響電力檢測儀器的測量準(zhǔn)確性，導(dǎo)致繼電設(shè)備的誤動作或拒動，影響同期等。

3 結(jié)論

諧波對各種電氣設(shè)備和電子設(shè)備的正常工作有著很大的影響。斷相保護繼電器作為陳村水電廠的重要保護器件，其工作狀況的好壞直接決定了電廠輔助設(shè)備的運行情況，進而影響電廠主設(shè)備的安全運行。大多數(shù)情況下諧波并不會造成設(shè)備直接損壞，但是若電氣設(shè)備長時間受到諧波影響，其使用壽命將會大大縮短。為避免關(guān)鍵時刻輔助設(shè)備發(fā)生故障影響到主設(shè)備的安全運行，建議有關(guān)部門及時與調(diào)度或鋼廠聯(lián)系，要求其及時投入消諧裝置在源頭上堵住諧波問題；由于諧波對各種保護繼電器的影響，目前并沒有通用的準(zhǔn)則用來描述，建議有關(guān)部門在采購此類設(shè)備時對其抗諧振能力予以考慮。

[1]大唐陳村水力發(fā)電廠.陳村水力發(fā)電廠紀(jì)村電站運行規(guī)程[Z].

[2]邱關(guān)源.電路[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]許立梓.實用電氣工程師手冊（上）[M].廣州：廣東科技出版社，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

陳新立（1982-），男，本科，助理工程師，主要從事水電廠運行管理工作。