换流变压器与交流系统的主变压器比较
天广直流输电换流变压器保护系统存在的问题
文章编号:10072290X(2008)0120007204天广直流输电换流变压器保护系统存在的问题朱韬析1,王超2(11南方电网超高压输电公司广州局广州510405;21浙江电力调度通信中心,杭州310027)摘要:由于直流输电的特点,换流变压器与交流变压器在构造上有一些不同,再加上直流控制系统对故障的控制和调节作用,导致换流变压器和传统变压器保护存在差异,为此,介绍了天广直流输电工程中换流变压器保护系统的配置和保护范围,并对运行中励磁涌流的影响、交直流保护系统的配合等问题进行了分析,讨论了相关的解决措施,这有助于提高直流输电系统运行的可靠性,可为未来直流输电工程的实施提供参考经验。
关键词:直流输电;换流变压器;保护系统中图分类号:TM72111;TM773 文献标志码:AProblems Existing in Protective System of Converter T ransformer Used inTian2G uang HV DC ProjectZ HU Tao2xi1,WAN G Chao2(1.Gua ngzhou Bureau of CS G EHV Power Transmission Co.,Gua ngzhou510405,China; 2.Zhejia ng Elect rical Power Disp atch and Communication Ce nter,Hangzhou310027,China)A bst ract:There are some st ructural diff erences betwee n converter t ra nsf or mers and A C t ra nsf or mers because of t he characteristics of high voltage direct curre nt t ra nsmission(HV D C),w hich,coupled wit h t he f ault cont rolling a nd adjusting cap acity of HV D C cont rol syste m,lead t o t he diff erences between t heir p rotective systems.In t his p aper,t he configuration and p rotective range of t he converter t ransf or mer p rotective syste m used in Tia n2Guang HV D C p roject are int roduced, t he n,t he negative influe nce of magnetizing inrush curre nt in op eration and t he coop eration of A C a nd D C p rotective syste ms are a nalyzed,and correlative solutions are discussed.Research carried out in t his p ap er is valuable f or develop me nt of HVD C p rojects in t he f uture.K ey w ords:high voltage direct curre nt t ra nsmission(HV D C);converter t ransf or mer;p rotective syste m 直流输电的功率调节迅速灵活,其本身不存在同步运行的稳定性问题,且不会增加交流系统的短路容量,又具有较强的线路故障恢复能力,超过一定距离时,建设投资更经济,因而被认为是较理想的超高压、远距离输电方式[1],近年来在南方电网取得很大的发展。
换流变结构原理
第一章 换流变结构
1 换流变压器的作用 2 换流变压器的接线方式 3 换流变压器绕组的常见类型 4 铁心及夹件系统的结构 5 换流变与普通变压器的主要差别
1 换流变压器的作用
我们把用于直流输电的主变压器称为换流 变压器。它在交流电网与直流线路之间起连接 和协调作用，将电能由交流系统传输到直流系 统或由直流系统传输到交流系统。换流变压器 是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备， 是交、直流输电系统中换流、逆变两端接口的 核心设备。
5 换流变与普通变压器的主要差别
（1）阀绕组承受的直流电压对绝缘设计的影响：
额定工作状态下，阀绕组端部与地之间 以及阀绕组与网绕组之间的主绝缘上长期承 受直流电压；当系统发生潮流反转时，阀绕 组所承受的直流电压也同时发生极性反转。 换流变压器中长期持续受到的交直流叠加电 场的作用以及以极性反转为代表的直流跃变 电压的作用是换流变压器绝缘设计中应考虑 的主要问题。
冷却器
本体呼吸器 分接头呼吸器
4 换流变压器本体保护（跳闸）
SF6密度继电器
温度测量装置
瓦斯继电器
分接头油 流继电器
分接头压 力继电器
5 换流变压器本体保护（报警）
本体压力释放阀
气囊泄漏传感器 分接头压力释放阀
油位传感器
在线气体分析装置
冷却器油流指 示器
3 换流变压器绕组的常见类型 德国西门子公司生产的单相三绕组变压器
4 铁心及夹件系统的结构
换流变铁心为单相四柱式，两个心柱 和两个旁轭，两个心柱上的线圈全部并联 连接，每柱容量为单相容量的一半。铁心 采用六级接缝，有效地降低接缝处的空载 损耗和空载电流。全斜无孔绑扎结构，间 隔一定厚度放置减震胶垫，以降低铁心磁 滞伸缩而引起的噪声。
5.4 换流变压器
5、直流偏磁
运行中的换流变压器阀侧及交流网侧绕组的电流，包含有直流分 量，使换流变压器产生直流偏磁现象，导致变压器损耗、温升及 噪音都有所增加。 但直流偏磁电流相对较小，一般不会对安全造成影响。
6、试验
除了与普通交流变压器一样的试验外，还有直流方面的试验：直 流电压试验、直流电压局部放电试验、直流电压极性反转试验等。
缺点： 1）阀厅面积增大
2）增加换流变压器的制造难度 3）换流变压器运行维护条件较差
4）更换备用换流变压器不方便
备注：此种接线方式适用于各种环流变压器型式 2.换流变压器双边插入阀厅布置 （雷同单边插入）
3.换流变压器脱开阀厅布置
（与单边插入相反）
四、实例
葛南及天广直流工程换流变压器的结构型式有以下几种方案
另外，直流全压起动以及极性反转，都会造成换流变压器的绝缘 结构远比普通的交流变压器复杂。
3、谐波
换流变压器在运行中有特征谐波电流和非特征谐波电流流过。 变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时还可能 使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。
对于有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。
谢谢大家！
5.4 换流变压器
整体结构
高压套管 ABB GOE 储油柜 阀侧套管 ABH GGF components
components
中性点套管 ABB components
梯子
快速压力释放发 冷却器 千斤顶
器身结构
HV 屏蔽管
阀侧均压球 有载开关
芯柱1
芯柱2
一、 换流变压器的功能
1）参与实现交流电与直流电之间的相互变换 2）实现电压变换
换流变压器的工作原理
换流变压器的工作原理好啦，今天咱们来聊聊换流变压器，听起来是不是有点高深莫测？别担心，咱们用最简单的方式来解读它。
你得知道，换流变压器的名字可不复杂，它的工作原理也并没有你想的那么神秘。
它就是在电力系统里变电压、转换电流方向的小“魔术师”！是的，你没听错，它能把电流的方向“换个样”，而且电压也能随它高低起伏。
不过，别急，咱们一个一个来，慢慢说清楚。
大家应该都知道，电力系统里面，电压和电流是非常关键的两个东西。
电压高，电流就会低，反之亦然。
一般情况下，我们的电网是要通过变压器来调节电压的，但对于换流变压器来说，它除了调节电压之外，还有一个更特别的任务——它能让电流方向发生变化。
咋回事呢？别着急，听我细细给你解释。
咱们要从交流电说起。
交流电的特点就是电流的方向会周期性地反转，也就是说，它会来回走，走着走着就“换个方向”。
但有些时候，我们需要让电流一直朝一个方向流动，这时候就需要换流变压器来帮忙了。
比如说在高压直流输电（HVDC）系统中，电流就得一直往一个方向走，这时候，换流变压器就派上用场了，它能帮助交流电变成直流电，让电流听话地朝一个方向“跑”。
怎么做到的呢？换流变压器内部有一套非常复杂的装置，能够通过电气设备的切换，把交流电“转换”成直流电。
想象一下，你在家里的插座上插入一台电器，插座是交流电源，电器里可能有电路板需要直流电，没错，就是换流变压器会悄悄在中间帮你“换个频道”。
这样，电器就能顺利工作，不管你插座里的电是“来来回回”的交流电，还是直来直去的直流电。
是不是听起来像是在做一场神奇的电流“大变身”？换流变压器并不是万能的，它也有自己的局限性。
比如说，它的体积比较大，重量也不轻，所以安装的时候得特别小心。
要是放错地方，可能就得“费劲儿”才能搬走。
更别提它的工作原理了，涉及到的电路和磁场，听起来就不简单。
所以，这东西的价格也不便宜。
你以为它是个“魔术师”，其实它背后可是得靠一堆技术、材料和设备才能保证它“魔术”的成功。
电工学概论习题答案_第三章
3-1. 何谓电力系统？采用电力系统传输和分配电能比由发电厂直接向用户供电由什么优点？答：电力系统是由发电厂、变电站、配电所直到各个用户等环节所组成的电能生产消费系统。
实践证明独立运行的发电厂通过电力网联接成电力系统后，将在技术经济上具有以下优点：（1）减少系统中的总装机容量（2）合理使用动力资源，充分发挥水力发电厂的作用（3）提高供电的可靠性（4）提高运行的经济性3-2. 为什么要采用高压传输电能？我国目前远距离输电所采用的最高电压等级是多少？在城市内所采用高压配电的电压等级是多少？答：采用高压传输电能能够明显减少传输过程中的电能损耗。
我国远距离输电所采用的最高电压等级是500kV。
在城市内所采用的高压配电的电压等级是35 kV 或10 kV。
3-3. 输电线路在什么情况下采用架空线？在什么情况下采用电力电缆？答：交流输电线可分为架空线路与电缆线路两大类，前者应用于地区间的输电，一般电压较高、距离较长。
后者应用于城市内的输电，电缆线路一般埋设在地下，线路电压为35kV或10kV，也有380V/220V的低压，在大型工厂企业内部也采用电缆输电。
与架空线路相比，电缆线路的铺设成本要高许多，所以在电力系统中只有在一些不适于架空线路的地方如过江、跨海或严重污染区才考虑使用电缆输电。
3-4. 架空输电线为什么一般采用钢芯铝绞线？答：架空输电线用以传输电流、必须具有足够的截面以保持合理的电流密度及比较小的电能损耗，同时又必须有足够的机械强度和抗大气化学腐蚀能力。
一般采用钢芯铝绞线它能兼顾机械强度、导电能力、散热面积等要求。
3-5. 何谓高压走廊？在高压走廊的范围内应注意什么安全问题？答：高压架空输电线路所通过的路径必须占用一定的土地面积和空间区域，称为线路走廊或高压走廊，在该走廊内除杆塔基础占用一定土地外，其余土地可用于耕作和绿化，但不能用于建设居住用房，人应避免长期在强电磁场的环境下生活，因为强电磁场会引起人生理上发生一些不良反应，这些反应可能会引起心情上的变化甚至会引起某些慢性不可预知的疾患。
变压器的分类和作用
变压器的分类和作用变压器是一类广泛应用于电力系统中的电气设备，主要用于变换交流电的电压和电流。
根据其功能和使用环境的不同，变压器可以分为多种类型，如功率变压器、储能变压器、电力变压器、配电变压器等。
下面将对这些不同类型的变压器进行详细的分类和讨论。
1.功率变压器：功率变压器用于改变电网络中的电压或电流，以实现输电线路之间的电压变化和分配电能的平衡。
根据其结构和工作原理的不同，功率变压器可以分为分接变压器、自耦变压器和非线性变压器等。
-分接变压器：分接变压器是一种带有多个中性点的变压器，可以根据需要调整主绕组和副绕组的有效匝数比例，从而实现不同的电压变换比例。
它常用于市政电网或工矿企业的供电系统中。
-自耦变压器：自耦变压器是一种在主要绕组和副绕组之间共享部分匝数的变压器。
它的构造简单，成本较低。
通常用于电气设备的启动、调节和控制电压。
-非线性变压器：非线性变压器主要应用于对非线性负载的供电系统。
它能够提供稳定的电压输出，并解决由于负载变化而引起的电压波动和谐波扭曲。
非线性变压器在现代工矿企业和大型商业场所中得到广泛应用。
2.储能变压器：储能变压器主要用于存储和释放电能。
在电力系统中，储能变压器通常与风力发电、太阳能发电等可再生能源设备一起使用，以平衡电力系统的供需。
储能变压器常见的类型有液流电池储能变压器、超级电容器储能变压器和超导磁能储能变压器等。
-液流电池储能变压器：液流电池储能变压器将电力转化为化学能，并在需要时释放化学能以供电。
它的充放电过程相对较为稳定和可控，适用于长期储能。
-超级电容器储能变压器：超级电容器储能变压器能够快速地存储和释放电能。
它的充放电过程速度很快，适用于短期储能和稳定电网频率。
-超导磁能储能变压器：超导磁能储能变压器通过超导材料中的磁能存储和释放电能。
由于超导材料在低温下具有极低的电阻，这种变压器可以实现高能量密度和高效率的储能和释放。
3.电力变压器：电力变压器主要用于电力系统中的电能变换过程，包括发电、输电和配电等。
换流变压器与电力变压器的比较分析
换流变压器与电力变压器的比较分析变压器按用途分类：有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）换流变压器1.1定义换流变压器(Converter Transformer) 接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。
采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压。
换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。
1．2工作原理在整流换流器中换流变压器为换流设备提供交流电能，换流器将交流电能转换为直流电能并通过直流输电线路传输；在逆变换流器中换流变压器接受逆变换流器将直流电能转换为交流的电能，并将其输送到其它交流供电网路中。
1.3作用换流变压器的作用是向换流器供给交流功率或从换流器接受交流功率，并且将网侧交流电压变换成阀侧所需要的电压。
在整流站,用换流变压器将交流系统和直流系统隔离,通过换流装置将交流网络的电能转换为高压直流电能,利用高压直流输电线路传输;在逆变站,通过换流装置将直流电能转换为交流电能,再通过换流变压器送到交流电网;从而实现交流输电网络与高压直流输电网络的联络。
换流变压器提供相位差为30°的12 脉波交流电压,以降低交流侧谐波电流,特别是5 次和7 次谐波电流;作为交流系统和直流系统的电气隔离,削弱侵入直流系统的交流侧过电压;通过换流变压器的阻抗限制直流系统的短路电流进入交流系统;通过换流变压器可以实现直流电压较大幅度的分档调节。
1.4结构组成绕组:换流变压器线圈包括网侧线圈、阀侧线圈和调压线圈三部分铁芯:换流变压器铁心通常为心式结构器身:考虑合理的线圈布置方式引线:阀侧套管与引线的连接要特殊设计油箱:采用桶式结构绝缘油:ABB用Lans有载分接开其他附件电力变压器2.1定义通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电压和电流的电力设备。
换流变压器
一、换流变压器1、定义：换流变压器（Converter Transformer）接在换流桥与交流系统之间的电力变压器。
采用换流变压器实现换流桥与交流母线的连接，并为换流桥提供一个中性点不接地的三相换相电压.换流变压器与换流桥是构成换流单元的主体。
2、换流变压器在直流输电系统中的作用：（1）、传送电力;（2）、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压;（3）、利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供两组幅值相等、相位相差30°(基波电角度）的三相对称的换相电压以实现十二脉动换流；（4）、将直流部分与交流系统相互绝缘隔离，以免交流系统中性点接地和直流部分中性点接地造成直接短接，使得换相无法进行；（5）、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用;（6）、对沿着交流线路侵入到换流站的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。
3、换流变压器的特点及要求：（1）漏抗以往由于晶闸管的额定电流和过负荷能力有限，为了限制阀臂短路和直流母线短路的故障电流，换流变压器的漏抗一般比普通电力变压器的大，一般为15－20%, 有些工程甚至超过20%。
随着晶闸管的额定电流及其承受浪涌电流能力的提高,换流变压器的漏抗可按对应的容量和绝缘水平合理选择，阻抗相应降低，通常为12－18%,因此，设备主参数、绝缘水平、换流器无功消耗及能耗等都可相应降低，同时，换流器的运行性能也有所改进。
为减少非特征谐波,换流变压器的三相漏抗平衡度要求比普通电力变压器高，通常漏抗公差不大于2%.如果运输条件允许，工程多采用单相三绕组换流变压器结构，进一步减少十二脉动换流单元中换流变压器六个阻抗值的差别。
(2）绝缘换流变压器阀侧绕组和套管是在交流和直流电压共同作用之下工作的,由于油、纸两种绝缘材质的电导系数与介电系数之比差别很大，油纸复合绝缘中直流场强按电导系数分布,交流场强则按介电系数分布。
当直流电压极性迅速变化时，会使油隙绝缘受到很大的电应力.在套管与底座的连接部分，由于绝缘结构复杂，这一问题最为严重。
换流变压器
4、有载调压
为了补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及将触发角运行在适 当的范围内以保证运行的安全性和经济性，要求有载调压分接开 关的调压范围较大，特别是可能采用直流降压模式时，要求的调 压范围往往高达20% ~ 30%。
5、直流偏磁
运行中的换流变压器阀侧及交流网侧绕组的电流，包含有直流分 量，使换流变压器产生直流偏磁现象，导致变压器损耗、温升及 噪音都有所增加。
2.换流变压器双边插入阀厅布置 （雷同单边插入） 3.换流变压器脱开阀厅布置 （与单边插入相反）
四、实例
葛南及天广直流工程换流变压器的结构型式有以下几种方案
1）方案Ⅰ单台容量过大, 无法解决运输问题,备用容量也很不经济 2）方案Ⅱ在技术经济上较方案Ⅲ优越,台数少, 每台变压器均可将阀套管 伸入阀厅,大大简化换流变压器入阀厅引线和节省占地面积。 但是方案Ⅱ 单台变压器运输重量达420 t , 运输尺寸3. 7 m×10.5 m×5.6 m。 3）方案Ⅲ变压器单台运输重250t。运输尺寸3.3m×9.5 m×4.7 m
整体结构
高压套管 ABB GOE components 中性点套管 ABB components
冷却器
储油柜
阀侧套管
ABH GGF components
梯子
千斤顶
快速压力释放发
器身结构
HV 屏蔽管
换流变压器与电力变压器的比较分析
换流变压器与电力变压器的比较分析变压器是一种重要的电力设备，常用于电力系统中实现电能的变换和传输。
在变压器的分类中，根据不同的应用场景和工作原理，我们可以将其分为多种类型，其中比较常见的包括换流变压器和电力变压器。
换流变压器换流变压器（Rectifier Transformer）是一种专门用于直流输电和交直流转换的变压器。
它在高电压交流输电线路上接收交流电，并将其转换为低电压交流电，然后经过相应的直流组件将其转换成为电力公司所需的直流电。
换流变压器的主要特点包括：工作原理换流变压器使用电力系统中的两个大型装置，高压和低压变流器。
变压器将输送至变流器的高压变信号转换为交流电，然后将其输出到低压变流器进行交直流转换。
这种操作使得电力系统能够从高压线路上输送直流电，实现长距离电力输送。
应用场景换流变压器广泛应用于交直流变换站或直流输电线路上，其主要作用是将来自交流输电系统的电能转换到直流输电系统中，或者将直流输电系统中的电能转换到交流输电系统中。
由于换流变压器所涉及的直流输电系统需求非常的苛刻，因此其在设计和制造时需要考虑更多的因素。
比如在换流变压器中使用的冷却系统需要保证其能够在高温和高湿度的工作环境中进行长时间的工作，并确保稳定和可靠的工作。
电力变压器电力变压器（Power Transformer）主要用于普通的电能传输，将高压电输送到低压电区域中，或者将低压电转变为高压电以供工业和居民使用。
电力变压器相对于换流变压器而言，其工作和设计原理相对简单一些，其主要特点包括：工作原理电力变压器使用一个磁性铁芯来传递电能，该芯介于输入和输出线圈之间，从而实现电压的变换。
其工作原理基于法拉第电磁感应定律，可将变壓比表示爲输入线圈的匝数与输出线圈的匝数之比。
应用场景电力变压器被广泛应用于电力系统中，其主要作用是将来自输电系统的电能变换为合适的电压供应给工业和居民使用，也可以将工业和居民使用的低压电转换为高压电以供输电系统传输。
换流变压器
16
中国 西电集团
技术 培训
西安西电变压器有限责任公司
企业二次培训
ABB高层领导为培训人 员颁发证书
17
中国 西电集团
西安西电变压器有限责任公司
三常线 ZZDFPZ—297500/500 Y 换流变压器 三常线 ZZDFPZ—297500/500 Δ 换流变压器
ZZDFPZ-297500/500换流变压器介绍
统
绝缘结构
主要考虑交流电压（工频电 除考虑交流电压还要考虑直流 压、雷电和操作过电压） 电压（包括极性反转电压）
电、磁回路 正弦波电流
非正弦波电流（含谐波电流）
4
中国 西电集团
西安西电变压器有限责任公司
5
中国 西电集团
西安西电变压器有限责任公司
三、换流变压器型式
换流变压器可以根据直流系统的要求设计所需要的结构型式 ，可以是三相三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单相三 绕组。换流变结构型式的选择受产品容量大小、绝缘水平、运输 限制、换流阀和阀厅的布置、试验条件等的限制。
高压大容量直流输电系统采用单相三绕组换流变压器组相 对于采用单相双绕组来说具有少的铁心、油箱、套管及有载调 压开关，因此原则上采用三相变压器绕组更经济、可靠。但三 相绕组变压器的运输质量约为单相双绕组的1.6倍。
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中国 西电集团
西安西电变压器有限责任公司
直流输电技术期末考试参考题
一、单项选择题（20分，每题2分）1、下图中（B ）是南方电网几大直流输电工程正常运行时的接线方式。
A.B.C.D.2. 定功率控制属于（C ）的主要控制功能。
A.换流阀控制级B.换流器控制极C.极控制级D.系统控制级3.关于交直流输电的等价距离的大小，下面说法不正确的是( D )。
A.直流线路造价低B.换流站造价比变电站高C.等价距离是随技术的发展变化的D.当输电距离大于等价距离时，采用交流输电较为经济4.单极金属回线方式运行时，线路损耗约为双极运行时一个极损耗的（D ）A.1倍B.2倍C.3倍D.4倍5. 换流变压器，下面说法中不正确的是( A )。
A.短路电抗大，噪声小。
B. 存在低频噪声C. 有载调压范围大D. 需要做直流方面的试验6. 关于架空线路的直流电晕，下列说法中正确的是( B )A．双极电晕损耗近似等于单极电晕损耗之和.B. 全年的直流电晕损耗基本取决于好天气时的数据；C．对于单极电晕损耗，正极性约等于负极性的两倍；D．电压增加时，直流电晕损耗比交流电流电晕损耗增加更快。
7. 直流系统正常启动时整流侧和逆变侧换流器的解锁顺序为（B ）A．先解锁整流侧，再解锁逆变侧.B.先解锁逆变侧，再解锁整流侧；C．同时解锁；D．以上都不对。
8.对于正常运行的直流输电系统，通常电压由（）控制，电流由（）控制A.逆变站整流站B.整流站逆变站C.αγD. γα9.下列设备中（C ）能平滑直流电流中的纹波，能避免载低直流功率传输时电流的断续。
A．交流滤波器. B.直流滤波器；C．平波电抗器；D．换流变压器。
10、换流站采用12脉动换流器，若采用单相三绕组变压器，则每极需要（A ）台变压器A.2台；B.3台；C.6台；D.12台；二、分析题1、试结合图1所示直流控制系统在直流架空线路故障时的稳态响应特性（分近处和远处故障分析）。
图1 图2直流线路的故障通常用整流器直流电压下降和逆变器的电流减小来检测，既可用幅值也可用变化率大小来判定。
主变压器基础知识
铁心（单相三柱）
铁心（三相五柱）
电抗器铁心
(单相三柱)
(单相四柱)
二片一叠
二片一叠六级搭接
除了使用高性能的硅钢片之外，改进硅钢片的搭 接结构也能降低空载损耗。最有效的搭接是步进式搭 接。利用这种方式，不仅能减少损耗，还能降低噪音 和铁芯的过热点温度。
ZZDFPZ-340800/500-800 换流变压器拉板、夹件模 型、漏磁、涡流计算
纠结连续式线圈内屏蔽连续式线圈饼式局部全波冲击电压分布计算高压绕组低压绕组绕组漏磁分布计算漏磁通分布图磁场强度分布图器身绝缘是主绝缘是线圈到接地部分铁心和油箱的绝缘主要是端部绝缘的设计线圈对其他线圈的绝缘同相和相间的设计
变压器（电抗器） 基础知识
华能河北清洁能源分公司 涿鹿风电场
变压器 变压器是一种静止的电气设备，它利用电磁感 应作用将一种电压、电流的电能转换成同频率 的另外一种电压、电流的电能。 电抗器 由于其电感而在电路或电力系统中使用的电器。
总装配
总装配
总装配
变压器和电抗器 的结构主要由六大部分组成
变压器铁心设计
铁心是变压器的磁路，由铁心叠片、绝 缘件和铁心结构件等组成。为使不同绕组能 感应出和匝数成正比的电压，需要绕组内有 高导磁率的材料制造的铁心，尽量使全部磁 通在铁心内和两个绕组耦合。铁心又是安装 线圈的骨架，对于变压器的电磁性能、机械 强度和变压器的噪声是极为重要的部件。
变压器线圈
线圈是变压器变换和输送电能的中枢。 要保证变压器长期安全可靠地运行，对变 压器线圈，必须保证以下基本要求： 一、电气强度（长期工作电压、大气过电压、
操作过电压、暂态过电压作用下不损坏。）
二、耐热强度（使用寿命长和热稳定性好） 三、机械强度（短路电动力作用下不损坏） 四、技术性能（重量轻、损耗小、制造简单。）
换流站的主要设备及作用 -回复
换流站的主要设备及作用-回复换流站是电力系统中的重要组成部分，用于实现不同电压等级之间的电能转换和升降压。
主要设备包括变电变压器、换流变压器、直流场、交流滤波器、斩波电抗器和直流电压源等。
每种设备都有不同的作用，下面一步一步来介绍。
1. 变电变压器：变电变压器是换流站中最常见的设备之一，通过变压器的变换作用，实现不同电压等级之间的电能传输。
变电变压器可以将高压输电线路的输电电压降低到适合城市或工业用电的电压等级，也可以将城市或工业用电的电压升高到适合输电线路的电压等级。
2. 换流变压器：换流变压器主要用于直流输电系统，将交流电能转换为直流电能（或反过来，将直流电能转换为交流电能）。
换流变压器一般由一个或多个高压线圈和一个或多个低压线圈组成。
通过控制变压器的接线方式和工作状态，可以实现单相或多相的电能转换。
3. 直流场：直流场是换流站中非常重要的设备，用于将交流电能转换为直流电能。
直流场由大量的直流电子器件（如二极管、晶闸管等）组成，通过合理的连接和控制，实现将交流电压整流为直流电压。
直流场还可以调节直流电压的大小和稳定性，提供给直流负荷使用。
4. 交流滤波器：交流滤波器主要用于滤除直流场输出中的交流成分，保证直流电压的平稳和稳定。
交流滤波器一般由电容器和电感器等元件组成，通过合理的电路连接和参数设计，实现对交流电压的滤波。
滤波后的直流电压质量更好，对负载设备的影响更小。
5. 斩波电抗器：斩波电抗器主要用于限制换流变压器的过电压和过电流。
在换流变压器的正常运行过程中，电压和电流会出现突变的情况，这会对变压器和系统的安全造成威胁。
通过安装斩波电抗器，可以有效地控制和限制这些突变，保证设备的安全和稳定运行。
6. 直流电压源：直流电压源是换流站中的关键设备之一，用于提供稳定的直流电源。
直流电压源可以通过连接到电网，也可以通过使用电池组等装置来实现。
它提供了直流场所需的稳定电压，并通过控制电压和电流的波形，确保直流设备的正常运行。
换流变压器与电力变压器的比较分析
换流变压器（1.）与电力变压器（2.）的比较分析科技名词定义1.中文名称：换流变压器英文名称：converter transformer其它名称：换流变、变流变压器定义：将电能从交流系统传输给一个或多个换流桥，或者相反传输的变压器。
2.中文名称：电力变压器英文名称：power transformer定义：通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电压和电流的电力设备。
由铁芯和套于其上的两个或多个绕组组成。
变压器结构部件1. HVDC换流变压器为了提高整流效率，由2个6脉冲换流桥组成，这样就要2组阀侧绕组，一组为Y接，另一组为D接。
可有3种选择：每相2台三相双绕组，或为单相三绕组（3台组成三相组），亦或单相双绕组（每台只含一个Y相或一个D相，阀侧绕组，6台组成2个三相组）。
2.普通变压器的原、副边线圈是同心地套在一个铁芯柱上，内为低压绕组，外为高压绕组。
（电焊机变压器原、副边线圈分别装在两个铁芯柱上）变压器在带负载运行时，当副边电流增大时，变压器要维持铁芯中的主磁通不变，原边电流也必须相应增大来达到平衡副边电流。
变压器二次有功功率一般=变压器额定容量（KVA）×0.8（变压器功率因数）=KW。
电力变压器主要有：A、吸潮器（硅胶筒）：内装有硅胶，储油柜（油枕）内的绝缘油通过吸潮器与大气连通，干燥剂吸收空气中的水分和杂质，以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能；硅胶变色、变质易造成堵塞。
B、油位计：反映变压器的油位状态，一般在+20O左右，过高需放油，过低则加油；冬天温度低、负载轻时油位变化不大，或油位略有下降；夏天，负载重时油温上升，油位也略有上升；二者均属正常。
C、油枕：调节油箱油量，防止变压器油过速氧化，上部有加油孔。
D、防爆管：防止突然事故对油箱内压力聚增造成爆炸危险。
E、信号温度计：监视变压器运行温度，发出信号。
指示的是变压器上层油温，变压器线圈温度要比上层油温高10℃。
超高压直流输电优点
超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。
这些优点包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。
换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。
它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在最优的状态等。
1 换流变压器的特点1.1 短路阻抗直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。
短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。
1.2 直流偏磁当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线等，方式使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。
如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。
因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。
1.3 谐波由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。
对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n+1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。
在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。
这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。
1.4 调压分接头为了使直流系统运行在最优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。
例如：三峡到常州工程三峡侧换流变压器档位范围+25/-5，每档调节范围1.25%。
因此保护设计时要考虑分接头调整带来的影响，如正常运行时变比的变化等。
换流变故障分析与管控建议
60电工电气 (20 6 No. 2)信息与交流换流变故障分析与管控建议王耀龙(云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明 650217)0 引言±500kV 永仁—富宁(简称永富)直流输电工程为国内首个省级直流输电工程，直流输电容量为3000MW，双极设计，换流阀单极由12脉动阀组构成，每极由3台高端(Y/Y)和3台低端(Y/Δ)单相双绕组换流变压器(简称换流变)组成，每站留有2台备用换流变。
永富直流工程计划2016年建成投产，投产后将由云南电网公司负责运维。
为了提高换流变投产后的运维针对性，文中对换流变相关文献和资料进行了汇总分析，总结了换流变的多发故障与运维经验。
1 与交流变压器的差异换流变的作用是为换流阀提供整流电源，换流变压器与换流阀一起构成换流器，实现交直流的相互转换，并实现交直流的相互电气隔离。
图1为单极换流器原理图。
与普通变压器相比，换流变除承受交流侧电压外，还承受直流电压；在正常换相情况下，实质为两相交替短路过程；在换相失败等特殊情况下，则是三相瞬间短路过程；在触发相位不一致时将会有直流分量流过绕组。
单相换流变一般采用四柱式铁芯结构，中间两芯柱套有绕组，两芯柱所套绕组为并联关系。
考虑换流变阀侧对地直流电压的影响，低端Y D 型换流变(阀侧对地直流电压250k V )绕组的排列方式为：铁芯-阀侧绕组-网侧绕组-调压绕组，如图2所示；高端Y Y 型换流变(阀侧对地直流电压为500kV)绕组的排列方式为：铁芯-调压绕组-网侧绕组-阀侧绕组。
换流变网侧绕组采用两个有载分接开关同步联调方式调压。
因换流变工作于交直流电磁环境中，且运行温度较高，换流变用变压器油性能高于普通变压器油，不能混用。
换流变所用变压器油与普通变压器油相比，主要特点如下：(1)较低的黏度和不低的闪点；(2)更好的抗氧化和抗老化性能；(3)高的清洁性。
目前国内换流变制造厂主要引进西门子、ABB 技术。
对于换流变用变压器油，国产KI50X 牌号的变压器油可满足ABB 公司要求；与ABB 要求相比，西门子特别要求变压器油的析气性为负值，以避免产生气泡击穿，国产KI50GX 牌号的变压器油具有负的析气性，可满足西门子公司要求。
换流变电站高端变压器和低端变压器的功能
森林防火及安全知换流变电站高端变压器和低端变压器的功能换流变电站中的高端变压器和低端变压器是换流站的重要组成部分，它们在直流输电系统中扮演着关键角色。
以下是高端变压器和低端变压器的主要功能：
1. 高端变压器（High-Voltage Transformer）：
高端变压器通常连接在换流站的交流系统侧，其功能主要是将交流系统的电压升高到适合直流输电的电压水平。
它起到升压的作用，以便于通过换流变压器将交流电转化为直流电。
高端变压器还需要具备一定的抗干扰能力，以应对系统中的电磁干扰和操作过电压。
2. 低端变压器（Low-Voltage Transformer）：
低端变压器则通常连接在换流站的直流系统侧，其功能是将经过换流器转换后的直流电转化为适合用户使用的交流电。
它起到降压的作用，将直流电转换为较低电压水平的交流电，供给用户的负载。
低端变压器同样需要具备良好的电压稳定性和抗干扰能力，以确保直流系统的稳定运行和用户电能的质量。
换流变电站中的高端变压器和低端变压器通过换流器（如换流阀）进行连接和控制，使得电能能够在交流系统和直流系统之间转换，实现远距离高效输电。
整个换流变电站的设计和运行需要考虑到系统的稳定性、效率和经济性，以确保电力传输的安全可靠。
1。
电器事故中变压器短路的处理
短路 故障造成 绕组严 重变形需要 更换绕 组时 ， 注意 应
铁 芯芯 片 的回装 、 所有 绝缘 件 的烘 干 、 压器 油 的处 变 在 回装 上铁 轭时 ， 注意 铁芯 芯 片 的尖角 ， 应 并及 理及 变压器 的整体 干燥 。 分 析换 流 变压 器 与交 流 系统 的主变 压器 所具 有 的特点 ， 阐述 了这 些特点 以及直 流输 电的各 种特殊 运
三是在变 压器全部 检修完 工后 ， 压器进行 涡 对变 由于某些 受潮 的绝缘件 在热油 浸泡较 长时 间后 ， 流升温 干燥 ， 一般 ３ ５ｄ就可 以使 用 。 － 水分会扩 散到绝缘 的表 面 ， 如果 注油后就试 验往往绝 此外 ， 在变 压器 发 生短路 故 障后 ， 了按 照常 规 除 缘缺陷检查 不 出来 。 如 ， 台 １ Ａ的 ３ Ｖ变压 项 目对 变压器进 行试验 外 ，应重 点结合变 压器油 、 例 一 ＭＶ ５ｋ 气 器 低压 侧在 处理 时 更换 了 １ Ｖ铜 排 的一块 支架 木 体继电器 内气体、 ０ｋ 绕组直流电阻 、 绕组电容量、 绕组变
关键 词
变压器 事故 总结
处理变压器 短路事故 ，首先要 通过 中周 变压器 的 绕组 断 １ 。 股 检测 ， 电源 变压器 的检测检查 、 试验找 出问题 实质所 在 ； １２ 变压 器绕 组 电容量 的测量 ．
其次处理过程还应 注意相关 问题 。具体操作如下 ：
绕组 的电容 由绕组 匝间 、 间及 饼 间电容和 绕组 层
（） ３ 因为在 变压 器短 路 时 ， 板与 夹 件之 间可 能 压
根据 变压 器 直 流 电阻 的测 量 值来 检 查 绕 组 的直
察变 压器绕组 受损 情况 。例 如 ， 台变 压器 短路事 故 某
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换流变压器与交流系统的主变压器比较
超高压直流输电由于其特有的优点，越来越广范的得到应用。
这些优点[1>包括：不须考虑稳定问题；线路故障恢复能力较强；调节作用利于交流系统的稳定；减少互联交流系统的短路容量；超过一定距离建设投资更经济等。
我国目前已投运的超高压直流输电工程包括葛上直流、天广直流和三常直流等，在这些工程中所有的保护与控制系统都是国外进口设备。
换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备。
它可以提供相位差为30°的12脉波交流电压，降低交流侧谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，提供阀的换相电抗；通过换流变压器可以在较大范围内调节交流电压，以使直流系统运行在较优的状态等。
换流变压器的投资在换流站中占有很大的比例，换流变压器的可靠安全运行是直流输电系统可靠安全运行的基础。
因此对换流变压器提供完善的保护功能对直流输电系统的安全稳定可靠运行显得尤为重要。
下面主要讨论换流变压器的特点、直流输电的各种运行工况对换流变压器保护的影响，并结合其特点提出相应的保护原理与方案。
1 换流变压器的特点以及对保护带来的影响
1.1 短路阻抗
直流输电中阀的换相过程实际上就是两相短路，为了将换向过程中的电流限制在一定范围内，换流变压器的短路阻抗要大于一般变压器。
短路阻抗过大，会使换流变压器二次侧故障时短路电流较一般变压器小，因此保护配置与整定要在这方面予以考虑。
1.2 直流偏磁
当直流系统在使用大地回线的情况下，在一些运行工况下会有直流电流流入大地，如双极不平衡运行，单极大地回线方式等，使地电位发生变化，造成直流电流流入变压器原边绕组，使换流变压器发生直流偏磁，工作点偏移。
如果此直流电流过大，会导致换流变压器铁心饱和，同时损耗和温升也将增加。
因此，要配置相应的保护防止这种情况下对换流变压器造成的损坏。
1.3 谐波
由于换流器的非线性，在交流和直流系统中将出现谐波电压和电流。
对于换流变压器，主要会流过特征谐波电流，即p*n 1次谐波电流（p为脉波数，n为任意正整数）。
在运行中，谐波电流会使换流变压器损耗和温升增加，产生局部过热，发出高频噪声，还会使交流电网中的发电机和电容器过热，对通讯设备产生干扰。
这些谐波电流应加以考虑，以免对保护装置造成影响。
1.4 调压分接头
为了使直流系统运行在较优的工况，减少交流系统电压扰动对直流系统的影响，换流变压器都具有较大范围的利用分接头调整电压的功能。
例如：三峡到常州工程三峡侧换流变压器档位范围25/-5，每档调节范围1.25%。
因此保护设计时要考虑分接头调整带来的影响，如正常运行时变比的变化等。
1.5 直流系统的特殊运行工况
由于直流控制系统的特殊调节作用，使换流变压器遇到的运行工况以及故障情况不同于普通变压器。
这些不同主要包括以下几点：
a. 直流系统的故障相当于换流变压器的区外故障，一般短路电流都不会太大。
对于整流侧，穿越换流变的电流会增大，但由于直流控制保护系统的快速作用，很快会减小。
对于逆变侧，直流系统的故障会造成直流电流无法传变至交流侧，反而会使穿越电流减小。
b. 对于换流变压器保护来说，直流系统造成的较严酷的区外故障为整流侧的阀短路故障，相当于换流变出口的两相或三相短路故障。
但由于直流保护的干预，实际只会出现半个周波的两相短路。
对于逆变侧，由于触发角很大，阀短路时流过换流变压器的电流较整流侧小很多。
c. 换流变压器发生区内故障时，直流系统一般不会提供
短路电流。
这是由直流控制系统的作用造成的。
在整流侧，功率由交流侧转换至直流侧，换流变压器的故障只会造成这种转换的停止，而不会使功率反向，因此直流侧不会提供短路电流；在逆变侧，当故障轻微换相可以正常进行时，由于直流系统的定电流控制特性，直流侧不会提供额外的短路电流。
如果故障严重，必然造成换相无法进行（交流电压降低），直流侧更不会提供短路电流。
d. 由于直流控制系统快速的调节作用，在需要的时候，可以快速的将功率传输由一个方向反至另一个方向，对于换流变压器来说，就会出现快速的潮流反向。
f. 换流变压器保护区内发生接地故障时，实际造成了阀的短路(参见图4)。
由于阀的单向导电性，故障电流半周电流大，半周电流小，导致差电流中含有较大的二次谐波。
g. 对于逆变侧的换流变压器的区内故障，往往会导致换相失败的发生，从而在穿越电流电流中产生很大的谐波，但差电流（即提供给故障点的电流）仍主要为工频分量。
h. 由于换流变压器的特殊运行方式以及较大的漏抗（作为换相电抗），二次侧故障一般不会造成各侧TA的饱和，即使饱和造成保护的“误动作”也是正确的（换流变的区外即阀的区内故障，都会造成直流的停运）。
但对于一个半开关的接线方式，交流系统区外故障时高压侧TA存在饱和的可能。
见图7。
这种情况下的误动作是不可接受的，必须防止。
i. 在阀未解锁前，当阀侧交流连线存在接地故障时，并不产生接地电流，也不会对变压器造成损害。
但如此时不发现故障，阀一解锁后，就会造成阀的短路。
因此要设置保护检测这种情况下的接地故障。
2 换流变压器保护的实现
2.1 保护的配置原则
为了保证既可靠又安全，在既简单又经济的情况下，可以这样配置换流变压器保护：每台换流变压器保护装设两台保护装置，每台保护装置的电源、输入独立，每台装置的输出都可以到达断路器的两个跳闸线圈以及直流控制的两个系统。
每台装置采取措施防止自身误动作，而靠两装置的或出口防止故障情况下的拒动作。
2.2 保护的配置及原理
为了避免换流站特有的谐波对保护的影响，保护装置应从硬件和软件上采取措施，使保护只针对工频分量。
主保护包括稳态比率差动、差动速断、工频变化量比率差动、零序比率差动、过激磁保护。
后备保护包括过流、零序过流、过电压、零序过压、饱和保护。
2.2.1 稳态比率差动保护
由于变比和联接组的不同，电力变压器在运行时，各侧电流大小及相位也不同。
在构成继电器前必须消除这些影响。
换流变压器的TA一般装在各侧绕组上，因此原、副边
绕组电流相位相同，因此只需要对变比的影响进行补偿。
以下的叙述的前提均为已消除了变压器各侧幅值和相位的差异。