为什么变压器会在未过载的情况下过热？

变压器过热是现代工业中常见的警告信号。 电力系统许多网站都认为变压器过载，但这并不总是正确的。

即使实际负载仍在额定容量范围内，变压器也可能过热。

更深层次的原因通常是电能质量差。谐波失真、功率因数低、非线性负载有功功率和无功功率问题都会导致变压器内部发热。

现代设施使用的电力电子设备比以往更多。变频器、整流器、UPS系统、太阳能逆变器、电池充电器、焊机和LED系统都会影响波形质量。这些非线性负载会产生谐波电流，这些谐波电流会扩散到整个电力系统中，并增加变压器、电缆和开关设备的发热。

如果忽略变压器过热问题，可能会导致效率降低、绝缘老化、跳闸次数增多以及设备寿命缩短。

变压器为何会过热

变压器的设计目的是在额定负载和温度范围内安全地传输电能。当电力系统清洁且平衡时，变压器可以正常工作。

但电力质量差会改变这种情况。

变压器过热可能由以下原因引起：

●谐波失真

● 功率因数低

● 无功功率需求

● 负载不平衡

● 非线性载荷

● 高中性电流

● 电缆过载

● 通风不良

● 高温环境

● 电容器组谐振

有些原因是机械或环境因素造成的。但在许多工业系统中，主要问题是电应力。

这就是为什么仅仅检查负载百分比是不够的。即使变压器负载达到70%，如果电流波形畸变或功率因数较差，仍然会过热。

谐波失真和变压器发热

谐波失真是导致变压器过热的最常见原因之一。

在正常系统中，电流应呈平滑的正弦波变化。非线性负载不会平滑地吸收电流，而是以脉冲形式吸收电流。这会产生高频谐波电流。

这些谐波电流对做功没有帮助，反而会增加损耗和发热量。

在变压器内部，谐波会产生：

● 更高的均方根电流

● 额外铜损

● 零星损失

●涡流加热

● 中性导体加热

● 绝缘应力

● 可用容量减少

随着时间的推移，这种热量会损坏绝缘层，缩短变压器的使用寿命。

这就是为什么即使从账面上看变压器没有过载，谐波也会损坏变压器的原因。

公共谐波源

大多数现代设施的电力系统中都已存在谐波源。

常见来源包括：

● 变频驱动器

● 整流器

● UPS系统

● 电池充电器

● 太阳能逆变器

● 电动汽车充电器

● 焊工

● LED照明

● 开关电源

少量非线性负载可能不会造成严重问题。但当许多非线性负载运行在同一母线上时，风险就会增加。

例如，一家工厂可能拥有多台变频器驱动的水泵，也可能配备压缩机、传送带和生产设备。这会导致总谐波失真升高，即使有功功率需求变化不大，也会导致变压器运行温度升高。

功率因数低也会增加发热量。

谐波失真并非唯一原因。功率因数低也会加剧变压器过热。

当功率因数较低时，变压器需要承载更大的电流才能输出相同的有效功率。这额外的电流会增加变压器绕组、电缆和开关设备的损耗。

功率因数低通常是由感性负载引起的，例如：

● 电机

● 水泵

● 压缩机

●粉丝

● 暖通空调系统

● 焊接设备

● 变压器和电抗器

这就产生了无功功率需求。无功功率不产生有用功，但它仍然会在电力系统中流动。

这意味着更大的电流、更多的热量和更小的变压器可用容量。

为什么电容器组可能不够用

许多站点使用电容器组进行功率因数校正。在稳定的系统中，它们可以很好地工作。

但电容器组并非全面的电源质量解决方案。

电容器组提供无功功率，但不能消除谐波失真。在谐波较多的系统中，电容器组可能会出现过热、熔断器跳闸、功率因数不稳定甚至谐振等问题。以往的电能质量资料指出，电容器组提供无功功率，而非谐波滤波。

谐波失真会导致它们过热、跳闸或提前失效。

当场地存在许多非线性荷载时，这样做就会变得很危险。

如果变压器过热，请检查整个系统的电源质量问题。

电容器组出现问题可能预示着系统整体存在同样的问题，而不仅仅是变压器的问题。

用于变压器保护的AHF

一个 有源谐波滤波器有助于减少谐波失真引起的变压器过热。

它实时监测谐波电流，并注入补偿电流以消除不需要的谐波分量。

这样可以改善波形质量并降低电应力。

有源谐波滤波器可以起到帮助作用：

● 降低谐波电流

● 降低变压器发热

● 降低电缆和开关设备的应力

● 提高电流波形质量

● 减少不必要的出行

● 提高系统可靠性

● 支持变压器长期保护

一个 有源谐波滤波器对于装有变频器、整流器、UPS 系统、太阳能逆变器、电动汽车充电器和其他非线性负载的设施来说，尤其有用。

如果变压器因谐波失真而过热，AHF 通常是直接的解决方案。

用于无功补偿的SVG

一个 静态变量生成器也称为 SVG，有助于减少无功功率和低功率因数引起的变压器应力。

SVG提供动态无功功率补偿。它根据系统状况实时注入或吸收无功功率。

与电容器组不同，SVG 不依赖于固定的开关步长。它响应迅速，能够更精确地适应不断变化的负载需求。

SVG 可以提供帮助：

● 提高功率因数

● 降低无功电流

● 降低变压器损耗

● 提高电压稳定性

● 降低电缆和开关设备的应力

● 提高变压器容量利用率

● 支持在负载变化下稳定运行

如果变压器过热主要是由于功率因数低和无功功率需求高造成的，那么SVG通常是更好的解决方案。

当需要同时使用AHF和SVG时

许多变压器过热问题并非由单一原因引起。

一个站点可能同时存在谐波失真和功率因数低的问题。在这种情况下，仅采用一种解决方案可能无法解决部分问题。

逻辑很简单：

问题 主要解决方案 谐波失真 有源谐波滤波器 功率因数差 静无功发生器 无功功率波动 静无功发生器 无功电流引起的变压器发热 有源谐波滤波器 无功电流引起的变压器发热 静无功发生器 混合电能质量问题 有源谐波滤波器 + 静无功发生器

在有变频器、电机、UPS 系统、太阳能逆变器和不断变化的负载的设施中，AHF 和 SVG 可能需要协同工作。

AHF可降低谐波失真。SVG可改善无功功率补偿和功率因数。二者共同作用，可降低变压器应力，并提高整体电能质量。

需要检查的警告信号

变压器过热通常伴有其他警告信号。

工程师应检查以下内容：

● 变压器表面温升

● 热线

● 火线中性线

● 不稳定的功率因数

● 断路器反复跳闸

● 电容器组故障

● 高THDi

● 电压畸变

● 异常变压器噪音

● 变压器容量降低

● 维护频率上升

这些症状不应单独处理，它们通常指向更广泛的电力质量问题。

工程师应该测量什么

更换或升级变压器之前，应先对现场进行准确测量。

重要检查项目包括：

● 变压器负载

● 总谐波失真

● 功率因数趋势

● 电流波形

● 电压波形

● 中性电流

● 负载均衡

● 主要谐波阶数

● 电容器组状况

● 非线性载荷百分比

● 变压器温度

● 通风和环境温度

这样可以避免做出错误的决定。如果根本原因是谐波失真或无功功率补偿不良​​，那么更换变压器可能无法解决问题。

最佳长期解决方案

最佳解决方案取决于实际原因。

如果谐波失真较高，请使用 有源谐波滤波器。

如果功率因数低或无功功率变化迅速，请使用 静态变量生成器。

如果这两个问题都存在，请同时使用 AHF 和 SVG。

目标不仅是降低变压器温度，而是提高整个电力系统的电能质量。

更好的电能质量可以减少发热、降低损耗、延长设备寿命、减少跳闸，并为未来的扩展提供保障。

结论

变压器过热并不总是意味着变压器过载。在许多现代化设施中，真正的原因是电能质量差。

谐波畸变会增加变压器损耗和发热量。功率因数低会增加电流并降低可用容量。无功功率问题会给整个系统带来额外的压力。

一个 有源谐波滤波器有助于减少谐波失真。 静态变量生成器提供快速无功功率补偿。AHF 和 SVG 协同工作，可保护变压器并改善长期电能质量。