輸配電電網全電流和全電壓分析研究

序

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

電網中普遍存在諧波，在輸配電電網中是全電流、全電壓，若處置不當，將引起諧振放大，甚至造成嚴重事故。當前輸配電電網中的電氣元件、設備普遍都是按基波電壓設計、選型的，在輸配電電網中諧波嚴重時，主變、抑制諧波的電抗器、線纜、補償濾波裝置等都不能按傳統的基波電流、基波電壓設計、選型，否則將引起諧振放大，甚至造成嚴重事故。這需要現行相關標準和手冊的清晰、準確的描述并有相應的措施;設計院要正確選型;生產企業要對項目系統分析、安全校核，正確的選用元件設備、裝置;生產企業要以全電壓設計、生產。這樣輸配電行業設備、裝置和電網的電能質量都將會有一次質的飛躍。

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.

關鍵詞： 諧波 全電流 全電壓 變壓器 線纜 電容器 電抗器

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

我們期待的穩態電壓、電流為理想的正弦波【1】
,即：

u(t)=Umcosωt ( 1 )

i(t)=Imcos(ωt+φ) ( 2 )

但系統中總存在各種非線性負荷，或者，某些元件因運行區域的改變呈現不能忽視的非線性;前者最典型的是各種整流元器件，后者如磁性元件行于飽和區時。于是，系統中將產生高次諧波，即出現頻率為基波頻率整倍數的正弦波電量。也就是說輸配電系統中存在諧波。

上世紀八十年代以來，隨著電力電子技術的飛速發展，各種新型用電設備越來越多地問世和使用，諧波的影響越來越嚴重，輸配電電網中普遍存在諧波。電力系統受到諧波污染后，輕則影響系統的運行效率，重則損壞設備、裝置，甚至危害電力系統的安全運行。【2】

在諧波源配電線路中的變壓器，如整流變壓器、中頻爐變壓器、密煉機、變頻器的前端變壓器，大量焊機的的前端變壓器及其它主要負荷為各種諧波源的電源變壓器等的負荷電流的諧波電流畸變率大、諧波電壓畸變率高，有的高次諧波嚴重。此類變壓器的配電線路，線路上的各種一次元件(如投切元件、電抗器等)，線纜等;此類變壓器的配電線路的補償濾波裝置等也是全電流、全電壓電路。

下面以一臺2000KVA 10/0.66 的密煉機變壓器配電線路的全電流、全電壓分析為例分析：

測試一個時段604組數據，平均負荷率28.7%，平均諧波電流

在此參數時段中的相鄰7組大數據平均負荷率70.13%，平均諧波電流

此密煉機變壓器的全電壓分析：

從上表分析中得知：平均負荷率28.7%中的7組大數據的諧波電流值，由于高次諧波較重，密煉機變壓器二次繞組的全電壓已達其短路阻抗壓降的149%。密煉機變壓器二次繞組的全電壓已超過其短路阻抗壓降49%了。

主線路上的電抗器的全電流、全電壓分析：

上述密煉機前端加裝了1臺進線電抗器，電抗率 1.5 % ，測試的604組數據28.7 %負荷率7組大數據,及在進線電抗器上的全電壓：

從上表分析中得知：28.7 %負荷率7組大數據的諧波電流值，由于高次諧波較重，密煉機進線電抗器的全電壓已達其短路阻抗壓降的158%。就是說，70.13 %額定負荷，密煉機進線電抗器的全電壓已超過其短路阻抗壓降58%了。

輸配電電網中線纜的全電流、全電壓分析

上述密煉機配電電網中線纜的全電流、全電壓：28.7 %負荷率7組大數據的全電壓：

從上表分析中得知：70.13 %額定負荷的諧波電流值，由于高次諧波較重，密煉機低壓側母排的全電壓已達其額定基波壓降的185%。就是說，70.13 %額定負荷，密煉機低壓側母排的全電壓已超過其額定基波壓降85%了 。

補償濾波裝置的全電流、全電壓分析

進入無功補償裝置中的諧波電流，它與諧波源、系統參數和無功補償裝置參數有關。任何一個參數改變，Ifn也就隨之改變，電抗率越小，越接近主次諧波頻次，進入補償裝置的諧波越大。

上述密煉機諧波嚴重，主次諧波為5次，且7次、11次諧波都較高，23次諧波電流高達30.8A，此補償濾波裝置 配置H5+H7+Hp11，此補償濾波裝置的主要功能元件電容器、電抗器的全電流、全電壓為：

電抗器的全電流、全電壓：

補償濾波裝置中的電抗器與電容器的全電流相同，電抗器的全電壓與基波電壓比值系數很高，此例中Hp11高達“9”左右。

上述分析中得知：在諧波嚴重配電電網中，負荷率50%左右，變壓器、電抗器(濾波電抗器除外)全電壓與基波電壓比值系數就達“100%”左右了，負荷率進一步提高，全電壓與基波電壓比值系數就大于100%了，有的高達150%以上，現有的變壓器、電抗器設計資料，線纜的選擇等基本都是按基波電流、基波電壓設計和選擇的。現傳統的變壓器、鐵芯電抗器設計和運行的磁化曲線：

全電壓與基波電壓比值系數達150%，此時密煉機變壓器鐵芯將會飽和。變壓器、電抗器鐵芯若深度飽和，將會成為諧波源，甚至可能造成事故,損壞變壓器，時常發生的變壓器、電抗器損壞，就是這個原因。

現行有關標準和手冊與全電流、全電壓理念不符

前述有關諧波的專著對于無功補償裝置中的全電流、全電壓有明確的分析，但指導工作的現行相關標準卻規定無功補償裝置的：

額定電抗率：4.5%、5%、6%、12%、13%。

電抗器額定端電壓： Un=K·N·Ucn

標準中只提及基波電流、基波電壓，沒有提及諧波電流、諧波電壓?；鶎釉O計、生產和項目施工單位就缺乏全電流、全電壓的指導和設計依據。導致有的設計院、用戶選用的無功補償裝置：電抗器(鐵芯電抗器)、電抗率都符合上述相關標準規定，在諧波環境運行中卻出現安全事故。 變壓器的設計中更沒有全電流、全電壓方面的指導和規定。

正確掌握輸配電電網全電流、全電壓的意義

前面闡述中理論和實踐都證實輸配電電網是全電流和全電壓;諧波源的主變，如密煉機主變、中頻爐主變、焊機主變、變頻主變、整流主變等變壓器，此類變壓器的配電線路，線路上的各種一次元件(如投切元件、電抗器等)，線纜等;此類變壓器配電室配置的補償濾波裝置等，都必須充分應用全電流、全電壓技術，計算相關參數，選用元件，確定安全距離和安全校核裕度。

因此，清晰、準確認識輸配電電網是全電流和全電壓，對充分發揮輸配電設備和補償濾波裝置功能、確保設備安全、穩定運行十分重要。要做到這一點，首先必須是與此有關的標準,《手冊》對輸配電電網是全電流和全電壓要清晰、準確的描述及采取相應的措施;設計院要正確選型;輸配電電網設備生產企業對項目要經系統分析、安全校核，才能正確的選用元件;特別是電抗器生產企業要以電抗器端子全電壓設計電抗器，確保全電壓運行中鐵芯不飽和。這樣諧波嚴重環境的輸配電電網設備設計、選型和電網的安全、穩定運行將會有一次質的飛耀。

對輸配電電網中諧波嚴重領域的變壓器、電抗器、線纜、補償濾波裝置的全電流、全電壓分析，案例探討、事故分析及朋友們關注的問題將陸續與朋友們共享。