低压电网中性线谐波电流的分析

　　在三相供电中，当三相负载均衡时，三相电流应该是对称的，在中性线上的合成电流为零。如果三相负载不均衡时，只有去掉衡值以后的电流流入中性线，其值也小于相线电流。根据这一情况，过去设计人员通常把中性线的容量减小为相线容量的一半。
　　
　　但在我供电公司的多次例行检测配电变压器三相电流时发现，三相电流基本平衡时，中性线电流却可达到150A左右。根据低压电网运行经验知道，低压电网中中性线断线机率远远大于相线(不包括导线机械强度因素)。究其原因，是由于谐波对中性线电流的影响。
　　
　　1中性线中的谐波电流
　　
　　在实际的电力系统运行中，含在许多非线性负荷，当电流流过与所加正弦电压不呈线性关系的负荷时，电流要产生畸变，形成非正弦波电流。
　　
　　在中性线上，虽然基波电流可互相抵消，但三次谐波整倍数的谐波电流则不能抵消，相反还要在中性线上叠加。最新研究发现，相电流为100A时，中性线电流竟达150A。有时中性线电流可轻易地接近相电流的两倍，致使中性线导线被烧坏。
　　
　　随着电脑、空调、微波炉等电器的大量应用，谐波问题越来越明显，所以在供电设计与安装中，应把谐波作为重要指标来考虑。
　　
　　2抑制谐波的措施
　　
　　(1)改善供电结构：
　　
　　首先应尽量将产生大量谐波的非线性负荷与基本上不产生谐波的用电设备分在不同供电母线上。因为将多个谐波源接于同一段母线上，利用谐波的相互补偿作用可降低电网谐波含量。其次是将三相整流变压器采用Y，d(Y／△)或d，Y(△／Y)的接线，可消除3的整数倍高次谐波，从而使注入电网的谐波电流只有5，7，11等次，这是抑制谐波最基本的方法。
　　
　　(2)装设滤波器：
　　
　　滤波器通常安装在非线性负荷侧母线上，使其固有频率按要求和某些特征频率共振，从而吸收大部分谐波源注入电网的谐波电流。滤波器可分为调谐滤波器和高通滤波器两大类。调谐滤波器的特点是滤波器调谐于某一频率，成为该次谐波的低阻通路，通常用于幅值较大的5、7、11等谐波的滤波。也可把滤波器调谐于某两个特定频率之间，用一套滤波器去减小这两种谐波分量，这样可减少滤波器的投资。高通滤波器不是削弱某一特定次数的谐波，通常用于抑制比调谐滤波器更高次的谐波(如17、19、23、25……)或幅值较小的低次谐波。
　　
　　(3)增加中性线容量：
　　
　　既然中性线因谐波电流的影响而可能产生超过相线的电流，那么增加中性线的容量就显得很有必要了。根据以上分析可知，如果通过理论计算或实测的中性线谐波电流较大时，就必须增大中性线容量。建议使用四芯等截面电缆。
　　
　　（4）采用D，yn11接线组别的变压器：
　　
　　变压器是非线性设备，它工作时也会向电网注入谐波，尤其是变压器空载或轻载时。从变压器制造来分析，如果变压器铁芯磁通未饱和时，则励磁电流与铁芯中的磁通成正比变化，其波形为正弦波，无谐波分量。然而，变压器的制造设计均取变压器工作磁通密度在磁化曲线的拐点处，铁芯工作在起始的饱和部分。如磁通波形为正弦波时，则激磁电流呈尖顶波。如果激磁电流为正弦波时，则磁通为平顶波。两种接线组别变压器副边波形分析如表1所示。
　　
　　

表1　两种接线组别变压器副边波形分析

变压器接线组别	原边绕组有无3n次谐波通路	原边激磁电流 波形	铁芯中磁通波形	感应副边电压 波形
Y,yno	无通路	正弦波	平顶波	高次谐波分量大
D,yn11	有通路，可环流	尖顶波	正弦波	正弦波

　　采用D，yn11接线组别的配电变压器，由于三次谐波电流可在D接线高压绕组的闭合回路流通，所以相电压中没有三次谐波分量，这样就抑制了高次谐波电流，从而达到使中性线中谐波电流减小的目的。