输配电电网全电流和全电压分析研究

序

Analysis and Study of Full Current and Full Voltage in Power Transmission and Distribution Network

电网中普遍存在谐波，在输配电电网中是全电流、全电压，若处置不当，将引起谐振放大，甚至造成严重事故。当前输配电电网中的电气元件、设备普遍都是按基波电压设计、选型的，在输配电电网中谐波严重时，主变、抑制谐波的电抗器、线缆、补偿滤波装置等都不能按传统的基波电流、基波电压设计、选型，否则将引起谐振放大，甚至造成严重事故。这需要现行相关标准和手册的清晰、准确的描述并有相应的措施;设计院要正确选型;生产企业要对项目系统分析、安全校核，正确的选用元件设备、装置;生产企业要以全电压设计、生产。这样输配电行业设备、装置和电网的电能质量都将会有一次质的飞跃。

Abstract

Harmonic wave is a phenomenon widely existing in power grid,Full current and full voltage input into Transmission and distribution network devices will result in resonance amplification and even serious accidents if they are not appropriately processed.Current design and production of electrical components of power transmission and distribution network are based on the fundamental voltage，Serious harmonics in transmission and distribution networks，Transformer, harmonic suppression reactor, cable and filter compensation device can not be designed by traditional fundamental current and fundamental voltage, otherwise, harmonic amplification and even serious accidents will happen.the relevant standards and manuals should clearly and accurately describe it and its corresponding measures;The design institute should choose appropriate device types;The enterprises in manufacturing enterprise should be responsible for analysis of project system,safety checking and appropriate component selection;The production enterprise should design and produce according to the full voltage.Power quality of power transmission and distribution industry and power grid.

关键词： 谐波 全电流 全电压 变压器 线缆 电容器 电抗器

Keywords: Harmonic wave，Full current, Full voltage , Transformer ，Cable， Reactor

我们期待的稳态电压、电流为理想的正弦波【1】
,即：

u(t)=Umcosωt ( 1 )

i(t)=Imcos(ωt+φ) ( 2 )

但系统中总存在各种非线性负荷，或者，某些元件因运行区域的改变呈现不能忽视的非线性;前者最典型的是各种整流元器件，后者如磁性元件行于饱和区时。于是，系统中将产生高次谐波，即出现频率为基波频率整倍数的正弦波电量。也就是说输配电系统中存在谐波。

上世纪八十年代以来，随着电力电子技术的飞速发展，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，谐波的影响越来越严重，输配电电网中普遍存在谐波。电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备、装置，甚至危害电力系统的安全运行。【2】

在谐波源配电线路中的变压器，如整流变压器、中频炉变压器、密炼机、变频器的前端变压器，大量焊机的的前端变压器及其它主要负荷为各种谐波源的电源变压器等的负荷电流的谐波电流畸变率大、谐波电压畸变率高，有的高次谐波严重。此类变压器的配电线路，线路上的各种一次元件(如投切元件、电抗器等)，线缆等;此类变压器的配电线路的补偿滤波装置等也是全电流、全电压电路。

下面以一台2000KVA 10/0.66 的密炼机变压器配电线路的全电流、全电压分析为例分析：

测试一个时段604组数据，平均负荷率28.7%，平均谐波电流

在此参数时段中的相邻7组大数据平均负荷率70.13%，平均谐波电流

此密炼机变压器的全电压分析：

从上表分析中得知：平均负荷率28.7%中的7组大数据的谐波电流值，由于高次谐波较重，密炼机变压器二次绕组的全电压已达其短路阻抗压降的149%。密炼机变压器二次绕组的全电压已超过其短路阻抗压降49%了。

主线路上的电抗器的全电流、全电压分析：

上述密炼机前端加装了1台进线电抗器，电抗率 1.5 % ，测试的604组数据28.7 %负荷率7组大数据,及在进线电抗器上的全电压：

从上表分析中得知：28.7 %负荷率7组大数据的谐波电流值，由于高次谐波较重，密炼机进线电抗器的全电压已达其短路阻抗压降的158%。就是说，70.13 %额定负荷，密炼机进线电抗器的全电压已超过其短路阻抗压降58%了。

输配电电网中线缆的全电流、全电压分析

上述密炼机配电电网中线缆的全电流、全电压：28.7 %负荷率7组大数据的全电压：

从上表分析中得知：70.13 %额定负荷的谐波电流值，由于高次谐波较重，密炼机低压侧母排的全电压已达其额定基波压降的185%。就是说，70.13 %额定负荷，密炼机低压侧母排的全电压已超过其额定基波压降85%了 。

补偿滤波装置的全电流、全电压分析

进入无功补偿装置中的谐波电流，它与谐波源、系统参数和无功补偿装置参数有关。任何一个参数改变，Ifn也就随之改变，电抗率越小，越接近主次谐波频次，进入补偿装置的谐波越大。

上述密炼机谐波严重，主次谐波为5次，且7次、11次谐波都较高，23次谐波电流高达30.8A，此补偿滤波装置 配置H5+H7+Hp11，此补偿滤波装置的主要功能元件电容器、电抗器的全电流、全电压为：

电抗器的全电流、全电压：

补偿滤波装置中的电抗器与电容器的全电流相同，电抗器的全电压与基波电压比值系数很高，此例中Hp11高达“9”左右。

上述分析中得知：在谐波严重配电电网中，负荷率50%左右，变压器、电抗器(滤波电抗器除外)全电压与基波电压比值系数就达“100%”左右了，负荷率进一步提高，全电压与基波电压比值系数就大于100%了，有的高达150%以上，现有的变压器、电抗器设计资料，线缆的选择等基本都是按基波电流、基波电压设计和选择的。现传统的变压器、铁芯电抗器设计和运行的磁化曲线：

全电压与基波电压比值系数达150%，此时密炼机变压器铁芯将会饱和。变压器、电抗器铁芯若深度饱和，将会成为谐波源，甚至可能造成事故,损坏变压器，时常发生的变压器、电抗器损坏，就是这个原因。

现行有关标准和手册与全电流、全电压理念不符

前述有关谐波的专著对于无功补偿装置中的全电流、全电压有明确的分析，但指导工作的现行相关标准却规定无功补偿装置的：

额定电抗率：4.5%、5%、6%、12%、13%。

电抗器额定端电压： Un=K·N·Ucn

标准中只提及基波电流、基波电压，没有提及谐波电流、谐波电压。基层设计、生产和项目施工单位就缺乏全电流、全电压的指导和设计依据。导致有的设计院、用户选用的无功补偿装置：电抗器(铁芯电抗器)、电抗率都符合上述相关标准规定，在谐波环境运行中却出现安全事故。 变压器的设计中更没有全电流、全电压方面的指导和规定。

正确掌握输配电电网全电流、全电压的意义

前面阐述中理论和实践都证实输配电电网是全电流和全电压;谐波源的主变，如密炼机主变、中频炉主变、焊机主变、变频主变、整流主变等变压器，此类变压器的配电线路，线路上的各种一次元件(如投切元件、电抗器等)，线缆等;此类变压器配电室配置的补偿滤波装置等，都必须充分应用全电流、全电压技术，计算相关参数，选用元件，确定安全距离和安全校核裕度。

因此，清晰、准确认识输配电电网是全电流和全电压，对充分发挥输配电设备和补偿滤波装置功能、确保设备安全、稳定运行十分重要。要做到这一点，首先必须是与此有关的标准,《手册》对输配电电网是全电流和全电压要清晰、准确的描述及采取相应的措施;设计院要正确选型;输配电电网设备生产企业对项目要经系统分析、安全校核，才能正确的选用元件;特别是电抗器生产企业要以电抗器端子全电压设计电抗器，确保全电压运行中铁芯不饱和。这样谐波严重环境的输配电电网设备设计、选型和电网的安全、稳定运行将会有一次质的飞耀。

对输配电电网中谐波严重领域的变压器、电抗器、线缆、补偿滤波装置的全电流、全电压分析，案例探讨、事故分析及朋友们关注的问题将陆续与朋友们共享。