高压直流输电用换流变压器_韩晓东

文章编号:1001-1609(2002)03-0005-02

高压直流输电用换流变压器

韩晓东,　翟亚东

(西安西电变压器有限责任公司,　陕西　西安　710077)

C ONVERTER TRANSFORMER USE

D F OR HV DC TRANSMISSION

HAN Xiao-dong,　ZHAI Ya-dong

(Xi'an XD Transformer Co.,Ltd.,　Xi'an　710077,　China)

摘要:　简要分析了换流变压器设计中的难点和特殊要求,介绍了三峡—常州直流输电工程的换流变压器的结构和基本性能参数。

关键词:　高压直流输电;　换流变压器;　绝缘结构

中图分类号:　TM40 文献标识码:　B

A bstract:　This paper briefly anal y ses the d ifficult points and spe-cial demands in the des ign of converter transformer,and presents the structure and basic performance parameters for converter trans-former used in Three Gorge-Changzhou HVDC Transmiss ion Project. Key words:　HVDC trans mission;converter transformer;

insulation structure

1　引言

换流变压器是整个直流输电系统中必不可少的重要设备,其主要参数按直流系统的特殊要求确定。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。另外,换流变压器还有下列功能: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。

2　换流变压器设计的特殊要求

设计换流变压器与普通电力变压器的主要区别:收稿日期:2002-01-30

(1)短路阻抗:当换流变压器桥臂短路时,为了限制过大的短路电流损坏换流阀,换流变压器应具有足够大的短路阻抗。但短路阻抗过大,会使换流变压器的无功分量增大,直流电压中换相压降过大,因此在设计中要兼顾。

(2)直流偏磁:如果换流阀触发脉冲间隔不等,会使换流变压器发生直流偏磁,导致换流变压器铁心周期性饱和,发出低频噪声,同时损耗和温升也将增加。因此,设计时要充分考虑直流偏磁的影响。

(3)谐波:在运行中,换流变压器直流侧和交流侧产生的谐波电流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,使换流装置控制不稳定,有时会在电网中引发局部谐波过电压。通常,减小谐波的方法有两种。一是增加换流变压器的脉波数,但这会使换流变压器的接线非常复杂,且不经济,不适用于高压直流输电;二是在换流装置的交流侧用滤波器限制交流谐波,在直流侧用平波电抗器来限制直流谐波。

在换流变压器的设计中,要充分考虑谐波电流引起的损耗增加,在结构上还应采取有效的冷却措施,在套管升高座等有较强谐波通过的部位采用非导磁材料,在绕组两端和油箱壁上分别加磁屏蔽和电屏蔽,加强换流变压器和安装现场的吸音、减震结构等抑制可闻噪声措施,以减小谐波产生的影响。

(4)直流分量:由于换流阀的轮流导通,换流变压器阀侧绕组对地电位含有直流分量,这就要求换流变压器的绝缘结构远比普通电力变压器复杂。

在运行中,由于换流变压器阀侧绕组不仅受到交流电压而且受到直流电压的作用,此外,直流电压的极性还应根据需要进行反转,因此,阀侧绕组内部

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2002年6月 高　压　电　器 第38卷　第3期

绝缘中的电位分布和场强与普通电力变压器不同,要采用全绝缘。换流变压器和普通电力变压器的内绝缘都采用变压器油和绝缘纸板的复合结构,但两者的绝缘纸板与变压器油的比例不同。在交流电压作用下,绝缘中的电场呈容性分布,与材料的介电系数成反比,由于绝缘纸板的介电系数约为变压器油的2倍,变压器油中的电场大于绝缘纸板中的电场,大部分电压由变压器油承担;在直流电压作用下,绝缘中的电场呈阻性分布,与材料的电导率成反比,而材料的电导率受温度、湿度、电场强度及电压加载时间的影响,一般绝缘纸板的电导率与变压器油的电导率之比约为1∶10～1∶500,变压器油中的电场远小于绝缘纸板中的电场,电压绝大部分由绝缘纸板承担;在极性反转时,绝缘中的电场基本按容性分布。因此,在设计中对油纸绝缘电气强度的校核,既要考虑交流电压的作用,又要考虑直流电压的作用和极性反转时的情况,应增加绝缘中绝缘纸板的比例。

3　三峡—常州直流工程的换流变压

器的结构参数

三峡—常州直流输电工程龙泉整流侧换流站换流变压器的基本结构为单相双柱双绕组结构,两柱并联。铁心为双柱带旁轭结构,在铁心柱外绑扎有半导体绑带,以加强铁心柱的整体强度,并减小铁心至线圈的距离;调压线圈为层式,网侧线圈为纠结—连续式,阀侧线圈为螺旋式(阀侧Y接)和纠结—连续式(阀侧D接),所有线圈按照计算的压紧力压装后进行线圈高度调节,保证线圈高度满足设计要求;在器身上下两端铁轭以外部分设有磁分路,用以吸收漏磁并导入铁轭,降低产品的杂散损耗;绝缘结构是根据交、直流电场的分布和绝缘材料的特性进行设计,器身通过油压涨管压紧,使整个器身形成一个整体,大大提高了变压器的抗短路能力;从线圈出头到套管以及两柱之间引线均用均压管屏蔽,改善了引线的电场。油箱采用桶式平箱盖结构,箱壁为平板,内侧有铜屏蔽,以减少箱壁中产生的杂散损耗,油箱壁采用高强度钢板,用槽形加强筋加强,保证油箱强度高,结构紧凑,满足铁路运输的外限尺寸要求。基本参数及主要技术性能列于表1。

表1　基本参数及主要技术性能

阀侧D接换流变压器阀侧Y接换流变压器额定容量/MV A297.5297.5

相数单单

频率/Hz5050

联接组标号Y/Y Y/D

冷却方式OF AF OFA F

额定网侧电压/kV525/3525/3

额定阀侧电压/kV210.4210.4/3

调压范围525/3

+25

-5

×1.25%525/3

+25

-5

×1.25%短路阻抗/%16.0±0.616.0±0.6

噪音/dB(A)

(声压级)

基频7575

考虑谐波电流9696

考虑直流偏磁9898

空载损耗/k W136136

负载损耗/k W(考虑谐波分量)732732

雷电冲击耐压/kV

网侧首端:1550网侧首端:1550

阀侧首端:1175阀侧首端:1675

网侧末端:250网侧末端:250

阀侧末端:1175阀侧末端:1675操作冲击耐压/kV

网侧:1175 网侧:1175

阀侧:950 阀侧:1425 1min AC外施电压/kV网侧末端:95网侧末端:95

阀侧D C120min带局放测量的耐压试验/k V 424 810

阀侧极性反转电压(DC)/kV

-257(90mi n)-579(90min)

+257(90mi n)+579(90min)

-257(45mi n)-579(45min)阀侧60mi nAC外施试验电压/kV327600

作者简介:韩晓东(1970-),男,陕西西安市人,工程师,从事变压器电气设计和结构设计工作。

(上接第4页)

参考文献:

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作者简介:刘海峰(1978-),男,硕士研究生,从事直流输电与柔性交流输电方面的研究。

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·June2001 High Voltage Apparatus Vol38　No.3