变电技术 换流变压器产生的二次谐波 电流及其实验研究 桂重 （广东省电力设计研究院，广州 ５１０６６３） ［摘要］ 介绍高压直流输电系统中二次谐波的传递过程以及由此可能引友的谐波不稳定性。实验研究变压器绕 组中直流电流导致的二次谐波电流，得出了励磁电流各次谐波分量、峰值与绕组中直流电流的关系 结果表明，二次谐波分量与直流呈线性关系。 关键词 换流变压器二次谐波铁心饱和直流输电 ０引言 我国未来将成为直流输电线路最多的国家之 一，研究分析直流输电系统和其它非线性元件与交 流系统相互作用下可能引起的谐波不稳定现象，对 设计与配置直流输电系统的装置很有必要。１９７７年 Ａｉｎｓｗｏｒｔｈ确认了一种由换流变压器铁心饱和引起的 谐波不稳定现象，在这其中，二次谐波和直流电流 是值得关注的２个量。基于这种不稳定现象，实验 研究了流人换流变压器绕组直流电流与产生二次谐 波电流的关系。 １二次谐波的传递机理 如图１所示，如果有一个正序二次谐波电压 出 ＞ 一舍正序二次谐波分量的谐波 图１二次谐波和直流电流转换过程 现在换流变压器的交流侧，那么经过换流阀的开关 动作就会有一个基频电压 出现在直流侧，【， 加 在直流侧基频等效阻抗Ｚ 上形成基频电流ｊ ，其 大小取决于乙。如果直流侧在基频附近发生串联谐 振，那么即使是一个很小的Ｕ： 值也能产生一个大 小相当可观的Ｌ，通过换流阀的开关动作，在交流 侧产生正序二次谐波电流Ｊ。 和直流电流 。这 样， 就会进入变压器绕组使得换流变压器铁心饱 和从而产生诸多谐波分量，这其中就包含有 ， 又经过交流侧的正序二次谐波等效阻抗 ＋产生 收稿日期：２００９—１０—２６ 作者简介：桂重（１９８２一），硕士，从事电力工程设计工作。 １４￣＿Ｔ－Ｒ术ｌ ２０１０ ｌ３期 ｕ 。同样地，如果交流侧在二次频率附近发生并 联谐振，那么Ｕ。＋又会被放大。这样循环下去，理 论上 ＋会被无限地放大，最终导致谐波不稳定。 由上述可知，在谐波放大过程中，直流电流进入 换流变压器使其饱和后产生二次谐波电流是其中的关 键环节。我国第１条直流输电线路的标准是直流电流 小于励磁电流（对于大型换流变约为额定电流的１ ）的 １．５倍。《高压直流接地极技术导则》规定：经中性点流 入变压器绕组的直流电流不超过变压器额定电流有效 值的０．７ 。 ２变压器实验研究 ２．１实验等价性考虑 高压直流输电系统中的换流变压器容量通常都很 大。由于受各方面条件限制，现实中很难对实际换流 变压器进行偏磁实验，因此本实验采用单相小容量干 式变压器。 由于磁路的不同，不同铁心结构产生的直流磁通 不同，因此对于不同的变压器铁心结构，在相同的直 流注入情况下所产生的励磁电流畸变程度也不同。例 如三相组式结构比三相三柱式结构的电压畸变程度就 要严重得多。大型换流变压器的结构多为三相组式， 铁心为双柱带旁轭。本实验采用的变压器为单相单柱 带旁轭结构，如图２所示，在磁路上保证了与大型换流 变压器等效。 图２实验变压器铁心结构 对直流电流比较敏感的三相组式变压器，由于 直流磁通通过铁心闭合，因此励磁电流的畸变与铁 心钢片的材料特性和工作磁通密度的选择密切相 关。变压器的铁心通常采用高性能导磁硅钢片叠 成，实验采用的变压器铁心能基本反映实际换流变 压器的磁化特性。大型变压器的工作磁通密度在 １．７～１．７５Ｔ，实验变压器的工作磁通密度点选择在 １．７Ｔ。 ２．２实验回路图及变压器参数 实验回路图如图３所示。实验变压器额定电压为 ２２０Ｖ，额定容量为２ｋＶＡ，变比为１：１，空载励磁电 流为１．１６Ａ，单相单柱带旁轭式结构，铁心采用新日 铁公司的３ＯＺ１４０型。 采样电阻Ｒｌ 采样电阻Ｒ２ 图３实验回路图 ２．３实验数据处理 通过改变可调电阻值来控制注入到实验变压器绕 组中的直流电流大小，从而得出一组不同直流注入的 励磁电流波形。图４是变压器工作在额定电压下，不 加直流和加直流１２６．４（１０．９ ）、６２１．６（５３．６ Ｊ ）、ｌ ３９７ｍＡ（１２０．４ Ｊ ）时的励磁电流波形的对 比，其中， 为正常励磁电流１．１６Ａ。 ０００ ００２ ００４ ￡，ｓ （ａ１无直流注入时励磁电流 ０ｏ０ ００２ ００４ ００６ ｔ／ｓ ｆｉ１ｊ注入直流１２６ ５ｍＡ时励磁电流 变电技术 ０．００ ０．０２ ０．０４ ０ ｏ６ ，ｓ （ｄ）注八直流１ ３９７ｍＡ时励磁电流 图４直流偏磁与正常状况下励磁电流的比较 表１为通过快速傅立叶分析（ＦＦＴ）后的不同直流 注入下励磁电流波形的各次谐波分量。 表１励磁电流各次谐波分置 图５是根据表１绘制的各次谐波分量与直流电流 的关系曲线。图６是励磁电流峰值与直流电流的关系 曲线。 注入直流电流（ 图５各次谐波分量与直流电流的关系曲线 ２．４实验结果分析 从实验数据结果，可得出以下结论 ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ ｎｅｔ ｌ电工技术１５
