换流变压器的高压直流试验
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每次试验前, 所有套管可靠接地至少 1 h( 极性 反转 2 h) 。阀侧绕组 a、b 端短接后采取防晕措施, 并进行局放方波校正, 非试端子短接后接地。油箱 及铁心、夹件等可靠接地。对于试品外部的尖角及 接触不良处、试品周围的其它金属物体等进行必要 的屏蔽或接地。 4. 2 试验线路
换流变压器在进行长时间直流耐压试验和极性 反转试验时的一次接线如图 3 所示。 4. 3 试验结果
# 8 # June 2002
High Voltage Apparatus
Vol 38 No. 3
试验顺序如 图 2 所示。标 准要求反 转时间在 2 min内完成, 而三峡产品则要求每次极性反转应在 1 min内完成( 即从- Up 到+ Up 必须在 1 min 内完 成) , 并在整个过程中按照 IEC60076- 3 附录 A 的要 求测 量大于 2 000 pC 的局放脉 冲数, 要求 在任意 10 min时间段内, 大于 2 000 pC 的局放脉冲不超过 10 个[ 3] 。
( Xi. an XD Transformer Co. , Ltd. , Xi. an 710077, China)
摘要: 高压直流试验是换流变压器的例行试 验之一。文中 介绍了对换流变压器进 行 HVDC 试验 所需的 设备 和试 验方
法, 并给出了三峡龙泉站换流变压器的试验结 果。
关键词: 换流变压器; 高压直流; 试验
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测量直流下的局放, 其带宽与交流情况相同, 应 满足 IEC 60270 的要求[ 5] , 不同之处在于, 直流下主 要测量在一定时间间 隔内大于某一幅值的脉 冲次
数, 其计数用人 工是无法 实现的。可使用 LDS- 6
2002 年 6 月
高 压 电器
第 38 卷 第 3 期 # 9 #
型数字式局放仪, 配合专用的分析软件和计算机进 行直 流 局 放 测 量, 每 隔 一 定 时 间, 计 算 机 读 取 LDS- 6中的全部数据, 最后通过软件来自动截取任 意时间间隔的脉冲次数。
gorge Longquan Station are shown as well.
Key words: converter transformer; HVDC; test
1 前言
由于换流变压器工作性质的特殊性, 特别是其 阀侧绕组, 在工作电压中, 既包括交流、直流, 还包含 了系统倒换极性时的极性反转电压, 因此其试验方 法既与普通的电力变压器有大量相同之处, 也有其 特殊性。按照 IEC61378 的要求, 换流变压器的绝缘 试验中除各种交流耐压试验、雷电冲击试验、操作冲 击试验外, 还增加了两项高压直流试验, 即直流耐压 试验和直流极性反转试验。而高压直流试验是各项 试验中考核绝缘最有效的试验[ 1] 。
由于换流变在直流耐压试验时是高电压设备, 一般选用 5 mA 以下的轻型直流发生器即可。如龙
泉站 换 流 变, 其 阀 侧 绝 缘 电 阻 为 17 500 M8 , 在 810 kV电压下电流只有 0. 046 mA。但考虑到其它作 用, 发生器选用额定输出电流 20 mA, 短时( 30 min) 工作 电 流 30 mA, 额 定 工 作 条 件 下 局 放 不 大 于 1 000 pC。
为此, 选用了 2 880 r/ min 的电机作为调压器的 控制电机; 选用 2 400 M8 的电阻作为分压及放电电 阻, 选用液压控制极性转换; 选用空压接地பைடு நூலகம்关, 快 速并可靠接地。
在高压直流试验中, 自始至终要对整个试验过 程中的局放进行测量, 并成为该项试验能否通过的 判据。因此, 发生器本体及其分压器、接地开关、充 电装置、阻尼电阻等不应有较大的局放, 特别是在其 电源侧, 不能产生量值较大的放电。
2 高压直流试验的要求
2. 1 直流耐压试验 换流变压器阀侧绕组直流耐压试验的试验电压
值由单桥上最大连续额定直流电压和阀侧绕组最大 连续交流电压决定, 为了减少谐波和提高效率, 多采 用两组换流变与一个双桥 12 脉冲换流器相连接, 三 峡至常州龙泉站换流变与换流器连接如图 1 所示,
收稿日期: 2002- 01- 30
3 试验设备
要完成直流耐压试验和极性反转试验, 必须有 能提供此高电压并完成极性反转的直流发生器, 为 此, 带有极性反转的直流发生器是进行各种直流绝 缘试验的关键设备。
对于 ? 500 kV 直流输电系统 换流变压器的直 流耐压试验需提供 810 kV 以上的直流电压, 考虑到 目前国际最高运行的 ? 600 kV 直流输电系统, 其试 验电压约为 972 kV, 为此, 直流发生器的额定输出电 压选为 ? 1 200 kV。
对三峡龙泉站换流变压器( Y 和 v ) 分别按 2. 1 和 2. 2 节进行直流高压试验, 其结果见表 1。
由试验结果 可看 出, 合作 制造 的产 品与 瑞典 ABB 制造的产品试验结果基本相同, 直流试验的设 备和技术也已达到三峡产品的要求, 并跻身国际先 进行列。
表 1 直流高压试验结果
工号 2 000005 ( Y) 2 000006( v) 8 329400 ( Y) 8 329402 ( Y) 8 329406( v) 8 329407( v) 8 329408( v)
目前, 还有部分专家提出要在 30 s 内完成极性 变换, 不论其提出的合理性如何, 要求设备在 30 s 内完成降低电压、接地开关动作、硅堆换向完成、接
地开关断开、升压至稳定试验电压等一系列变换, 其 要求非常苛刻, 也是很难做到的。如果不考虑试品 的状态如何, 发生器有可能在试验电压下快速接地 并倒换极性后充电至稳定, 其时间约为 30 s, 也难以 保证 30 s 内完成。但是试品( 即换流变) 是否能在 如此高的试验电压下承受快速接地还需慎重考虑, 文[ 1] 建议将转换时间缩短为 30 s, 那么试验电压是 否仍维持不变, 是需要进行探讨的, 毕竟换流变压器 在实际倒换极性时虽然只有若干毫秒, 但其电压却 远远低于试验电压。
2h 直流耐压试验
极性反转试验
试验电压 时段 超过 2 000 pC 试验电压 时段 超过 2 000 pC / kV / min 脉冲数/ 次 / kV / min 脉冲数/ 次
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中图分类号: TM835
文献标识码: B
Abstract: HVDC test is one of routine tests on the converter
transformer . This paper introduces the necessary equipment and test
method. The test results for HVDC converter transformer in Three-
变压器内部绝缘主要是由油、纸、纸板等组成的 复合绝缘, 在直流电压作用下, 其电场分布取决于材 料的电阻率, 即呈阻性分布, 而在交流电压作用下, 其电场分布取决于材料的介电常数, 即呈容性分布, 这是换流变压器阀侧绕组与普通电力变压器绕组端 部电场分布的主要区别。由于这些绝缘材料的电阻 率受温度、湿度等诸多因素的影响, 因此进行直流高 压试验时应控制其温度和湿度, 标准要求试验时的 油温 为 ( 20 ? 10) e , 而 三 峡 换 流 变 要 求 油 温 在 20~ 30 e 内进行直流高压试验。
2002 年 6 月
文章编号: 1001- 1609( 2002) 03- 0007- 03
高 压 电器
第 38 卷 第 3 期 # 7 #
换流变压器的高压直流试验
张长栓
( 西安西电变压器有限责任公司试验中心, 陕西 西安 710077)
HVDC TEST FOR CONVERTER TRANSFORMER ZHANG Chang-shuan
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4 试验方法
4. 1 试验前的准备 由于直流试验的特殊性, 要求所有与试验有关
的设备, 不论是带电体或绝缘体, 表面应清除灰尘, 特别是长期不用的防晕罩( 线) 、保护( 阻尼) 电阻、发 生器的硅堆表面、主电容表面等易于积聚灰尘的地 方, 必要时要用无水酒精擦拭干净, 否则在直流下灰 尘的放电将严重影响测量结果的真实性, 并有可能 造成设备自身的放电。
为保证整套装置 在 30 mA 时纹波系数不 大于 3% , 并考虑到发生器的效率、电压降及其他因素, 主 电容选用 0. 1 LF, 3 级串级直流发生器, 50 Hz 调压 器供电。根据极性反转试验, 要求在 1 min 内电压 从额定试验电压降至 50% 以下, 接地开关接地, 转 换极性, 接地开关 断开, 升压 至额定试验电压 并稳 定。这首先要求: ¹ 发生器本体放电到 50% 额定电 压时间应小于 30 s; º接地开关接地和断开时间应 小于 5 s; »高压硅堆极性转换时间应小于 5 s; ¼ 快 速升压至额定电压时间应小于 20 s; ½ 为了限制开 关接地时试品放电和发生器的放电电流, 接地开关 前后需加保护电阻。
试验时间为 2 h, 要求充电时间不大于 1 min, 试 验结束后, 电压应在 1 min 内降至 0 V。
在直流耐压试验的同时, 进行局部放电测试, 并 记录大于 2 000 pC 的视在放电量的脉冲次数, 要求 最后 30 min 内该脉冲应不超过 30 个, 最后 10 min 内 脉冲数不超过 10 个。如果所记录局放脉冲数超过 这一要求, 试验应延长 30 min, 在延长的 30 min 内, 局放脉冲数满足上述要求, 变压器仍为合格。 2. 2 极性反转试验
在极性反转 时, 介质中 的最高场强是 时变的。 最高场强在最大值附近维持的时间随介质不同也不 同, 文[ 4] 的研究表明, 在反转瞬间, 油、纸中所承受 的外加电压 U = Ug + Uc。其 中: Ug 为空间电荷的 感应电压; Uc 为反转瞬间 外加电压的容 性分布分 量。这两种电压的作用在油中加强, 而在纸中则相 互消弱。基于容性分布原则, 在反转瞬间, 油承担了 外加电压 Uc 的大部分, 故而出现电位集中、易导致 油中局放的产生, 这与制造过程及工艺基本无关, 因 此, 在极性反转及完成前后 1 min 内, 出现的局放脉 冲可以忽略不计, 或仅做记录而已。但是, 这一现象 应引起设计人员的重视。
对阀侧绕 组进 行极 性反转 试 验, 其试 验电 压 为[ 2] : U pr= 1. 25[ ( N - 0. 5) Udm+ 0. 35Uvm] 。对于 Y 接换流变, Upr= 579. 06 kV, 取 Upr= 579 kV ; 对于 v 接换流变, U pr= 257. 19 kV, 取 Upr= 257 kV。
试验电压为[ 2] : Udc= 1. 5 @ [ ( N - 0. 5) @ Udm + 0. 7Uvm ] 。 式中: N 为串联于地极与变压器间的整流器的脉动 桥数; Udm为每个单桥上的最大连续额定直流电压; Uvm 为阀侧 绕组 最大 连续 相对 交流 电压 。
龙泉 站 交 流 电 压 Uvm = 220 kV, 直 流 电 压 515 kV , 单桥电压 Udm= 0. 5 @ 515= 257. 5 kV。对于 Y 接换流变阀侧, N = 2, Udc= 810. 375 kV , 取 U dc= 810 kV; 对于 v接换流变阀侧, N = 1, Udc= 424. 125 kV, 取 Udc= 424 kV。
换流变压器在进行长时间直流耐压试验和极性 反转试验时的一次接线如图 3 所示。 4. 3 试验结果
# 8 # June 2002
High Voltage Apparatus
Vol 38 No. 3
试验顺序如 图 2 所示。标 准要求反 转时间在 2 min内完成, 而三峡产品则要求每次极性反转应在 1 min内完成( 即从- Up 到+ Up 必须在 1 min 内完 成) , 并在整个过程中按照 IEC60076- 3 附录 A 的要 求测 量大于 2 000 pC 的局放脉 冲数, 要求 在任意 10 min时间段内, 大于 2 000 pC 的局放脉冲不超过 10 个[ 3] 。
( Xi. an XD Transformer Co. , Ltd. , Xi. an 710077, China)
摘要: 高压直流试验是换流变压器的例行试 验之一。文中 介绍了对换流变压器进 行 HVDC 试验 所需的 设备 和试 验方
法, 并给出了三峡龙泉站换流变压器的试验结 果。
关键词: 换流变压器; 高压直流; 试验
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测量直流下的局放, 其带宽与交流情况相同, 应 满足 IEC 60270 的要求[ 5] , 不同之处在于, 直流下主 要测量在一定时间间 隔内大于某一幅值的脉 冲次
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高 压 电器
第 38 卷 第 3 期 # 9 #
型数字式局放仪, 配合专用的分析软件和计算机进 行直 流 局 放 测 量, 每 隔 一 定 时 间, 计 算 机 读 取 LDS- 6中的全部数据, 最后通过软件来自动截取任 意时间间隔的脉冲次数。
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Key words: converter transformer; HVDC; test
1 前言
由于换流变压器工作性质的特殊性, 特别是其 阀侧绕组, 在工作电压中, 既包括交流、直流, 还包含 了系统倒换极性时的极性反转电压, 因此其试验方 法既与普通的电力变压器有大量相同之处, 也有其 特殊性。按照 IEC61378 的要求, 换流变压器的绝缘 试验中除各种交流耐压试验、雷电冲击试验、操作冲 击试验外, 还增加了两项高压直流试验, 即直流耐压 试验和直流极性反转试验。而高压直流试验是各项 试验中考核绝缘最有效的试验[ 1] 。
由于换流变在直流耐压试验时是高电压设备, 一般选用 5 mA 以下的轻型直流发生器即可。如龙
泉站 换 流 变, 其 阀 侧 绝 缘 电 阻 为 17 500 M8 , 在 810 kV电压下电流只有 0. 046 mA。但考虑到其它作 用, 发生器选用额定输出电流 20 mA, 短时( 30 min) 工作 电 流 30 mA, 额 定 工 作 条 件 下 局 放 不 大 于 1 000 pC。
为此, 选用了 2 880 r/ min 的电机作为调压器的 控制电机; 选用 2 400 M8 的电阻作为分压及放电电 阻, 选用液压控制极性转换; 选用空压接地பைடு நூலகம்关, 快 速并可靠接地。
在高压直流试验中, 自始至终要对整个试验过 程中的局放进行测量, 并成为该项试验能否通过的 判据。因此, 发生器本体及其分压器、接地开关、充 电装置、阻尼电阻等不应有较大的局放, 特别是在其 电源侧, 不能产生量值较大的放电。
2 高压直流试验的要求
2. 1 直流耐压试验 换流变压器阀侧绕组直流耐压试验的试验电压
值由单桥上最大连续额定直流电压和阀侧绕组最大 连续交流电压决定, 为了减少谐波和提高效率, 多采 用两组换流变与一个双桥 12 脉冲换流器相连接, 三 峡至常州龙泉站换流变与换流器连接如图 1 所示,
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3 试验设备
要完成直流耐压试验和极性反转试验, 必须有 能提供此高电压并完成极性反转的直流发生器, 为 此, 带有极性反转的直流发生器是进行各种直流绝 缘试验的关键设备。
对于 ? 500 kV 直流输电系统 换流变压器的直 流耐压试验需提供 810 kV 以上的直流电压, 考虑到 目前国际最高运行的 ? 600 kV 直流输电系统, 其试 验电压约为 972 kV, 为此, 直流发生器的额定输出电 压选为 ? 1 200 kV。
对三峡龙泉站换流变压器( Y 和 v ) 分别按 2. 1 和 2. 2 节进行直流高压试验, 其结果见表 1。
由试验结果 可看 出, 合作 制造 的产 品与 瑞典 ABB 制造的产品试验结果基本相同, 直流试验的设 备和技术也已达到三峡产品的要求, 并跻身国际先 进行列。
表 1 直流高压试验结果
工号 2 000005 ( Y) 2 000006( v) 8 329400 ( Y) 8 329402 ( Y) 8 329406( v) 8 329407( v) 8 329408( v)
目前, 还有部分专家提出要在 30 s 内完成极性 变换, 不论其提出的合理性如何, 要求设备在 30 s 内完成降低电压、接地开关动作、硅堆换向完成、接
地开关断开、升压至稳定试验电压等一系列变换, 其 要求非常苛刻, 也是很难做到的。如果不考虑试品 的状态如何, 发生器有可能在试验电压下快速接地 并倒换极性后充电至稳定, 其时间约为 30 s, 也难以 保证 30 s 内完成。但是试品( 即换流变) 是否能在 如此高的试验电压下承受快速接地还需慎重考虑, 文[ 1] 建议将转换时间缩短为 30 s, 那么试验电压是 否仍维持不变, 是需要进行探讨的, 毕竟换流变压器 在实际倒换极性时虽然只有若干毫秒, 但其电压却 远远低于试验电压。
2h 直流耐压试验
极性反转试验
试验电压 时段 超过 2 000 pC 试验电压 时段 超过 2 000 pC / kV / min 脉冲数/ 次 / kV / min 脉冲数/ 次
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中图分类号: TM835
文献标识码: B
Abstract: HVDC test is one of routine tests on the converter
transformer . This paper introduces the necessary equipment and test
method. The test results for HVDC converter transformer in Three-
变压器内部绝缘主要是由油、纸、纸板等组成的 复合绝缘, 在直流电压作用下, 其电场分布取决于材 料的电阻率, 即呈阻性分布, 而在交流电压作用下, 其电场分布取决于材料的介电常数, 即呈容性分布, 这是换流变压器阀侧绕组与普通电力变压器绕组端 部电场分布的主要区别。由于这些绝缘材料的电阻 率受温度、湿度等诸多因素的影响, 因此进行直流高 压试验时应控制其温度和湿度, 标准要求试验时的 油温 为 ( 20 ? 10) e , 而 三 峡 换 流 变 要 求 油 温 在 20~ 30 e 内进行直流高压试验。
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文章编号: 1001- 1609( 2002) 03- 0007- 03
高 压 电器
第 38 卷 第 3 期 # 7 #
换流变压器的高压直流试验
张长栓
( 西安西电变压器有限责任公司试验中心, 陕西 西安 710077)
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4 试验方法
4. 1 试验前的准备 由于直流试验的特殊性, 要求所有与试验有关
的设备, 不论是带电体或绝缘体, 表面应清除灰尘, 特别是长期不用的防晕罩( 线) 、保护( 阻尼) 电阻、发 生器的硅堆表面、主电容表面等易于积聚灰尘的地 方, 必要时要用无水酒精擦拭干净, 否则在直流下灰 尘的放电将严重影响测量结果的真实性, 并有可能 造成设备自身的放电。
为保证整套装置 在 30 mA 时纹波系数不 大于 3% , 并考虑到发生器的效率、电压降及其他因素, 主 电容选用 0. 1 LF, 3 级串级直流发生器, 50 Hz 调压 器供电。根据极性反转试验, 要求在 1 min 内电压 从额定试验电压降至 50% 以下, 接地开关接地, 转 换极性, 接地开关 断开, 升压 至额定试验电压 并稳 定。这首先要求: ¹ 发生器本体放电到 50% 额定电 压时间应小于 30 s; º接地开关接地和断开时间应 小于 5 s; »高压硅堆极性转换时间应小于 5 s; ¼ 快 速升压至额定电压时间应小于 20 s; ½ 为了限制开 关接地时试品放电和发生器的放电电流, 接地开关 前后需加保护电阻。
试验时间为 2 h, 要求充电时间不大于 1 min, 试 验结束后, 电压应在 1 min 内降至 0 V。
在直流耐压试验的同时, 进行局部放电测试, 并 记录大于 2 000 pC 的视在放电量的脉冲次数, 要求 最后 30 min 内该脉冲应不超过 30 个, 最后 10 min 内 脉冲数不超过 10 个。如果所记录局放脉冲数超过 这一要求, 试验应延长 30 min, 在延长的 30 min 内, 局放脉冲数满足上述要求, 变压器仍为合格。 2. 2 极性反转试验
在极性反转 时, 介质中 的最高场强是 时变的。 最高场强在最大值附近维持的时间随介质不同也不 同, 文[ 4] 的研究表明, 在反转瞬间, 油、纸中所承受 的外加电压 U = Ug + Uc。其 中: Ug 为空间电荷的 感应电压; Uc 为反转瞬间 外加电压的容 性分布分 量。这两种电压的作用在油中加强, 而在纸中则相 互消弱。基于容性分布原则, 在反转瞬间, 油承担了 外加电压 Uc 的大部分, 故而出现电位集中、易导致 油中局放的产生, 这与制造过程及工艺基本无关, 因 此, 在极性反转及完成前后 1 min 内, 出现的局放脉 冲可以忽略不计, 或仅做记录而已。但是, 这一现象 应引起设计人员的重视。
对阀侧绕 组进 行极 性反转 试 验, 其试 验电 压 为[ 2] : U pr= 1. 25[ ( N - 0. 5) Udm+ 0. 35Uvm] 。对于 Y 接换流变, Upr= 579. 06 kV, 取 Upr= 579 kV ; 对于 v 接换流变, U pr= 257. 19 kV, 取 Upr= 257 kV。
试验电压为[ 2] : Udc= 1. 5 @ [ ( N - 0. 5) @ Udm + 0. 7Uvm ] 。 式中: N 为串联于地极与变压器间的整流器的脉动 桥数; Udm为每个单桥上的最大连续额定直流电压; Uvm 为阀侧 绕组 最大 连续 相对 交流 电压 。
龙泉 站 交 流 电 压 Uvm = 220 kV, 直 流 电 压 515 kV , 单桥电压 Udm= 0. 5 @ 515= 257. 5 kV。对于 Y 接换流变阀侧, N = 2, Udc= 810. 375 kV , 取 U dc= 810 kV; 对于 v接换流变阀侧, N = 1, Udc= 424. 125 kV, 取 Udc= 424 kV。