换流变压器用有载分接开关

前言

引子

第1章 有载分接开关在换流变压器中的作用和控制方式

1．1 换流变压器在高压直流输电中的地位

1．2 有载分接开关在换流变压器中的作用

1．2．1 补偿交流电网电压波动

1．2．2 控制角的优化

1．2．3 实现直流降压运行模式

1．3 有载分接开关在换流变压器中的控制方式

1．3．1 角度控制

1．3．2 电压控制

第2章 换相过程对电流波形的影响

2．1 引言

2．2 换流器的基本工作原理

2．2．1 6脉动整流器

2．2．2 可控整流器

2．2．3 逆变器

2．3 换流阀的换相过程

2．3．1 整流器换相

2．3．2 逆变器换相

2．3．3 换相对电压波形的影响

2．4 电流过零时的变化率di／dt

2．4．1 影响电流变化率di／dt的因素

2．4．2 电流变化率对系统的影响

2．4．3 电流变化率对有载分接开关的影响

2．5 换流变压器网侧电流波形

2．5．1 双桥12脉动整流器

2．5．2 YNd联结双绕组换流变压器网侧电流

2．5．3 YNy联结双绕组换流变压器网侧电流

2．5．4 三绕组YNdy联结换流变压器网侧电流

2．5．5 整流器触发角岫苑Р嗟缌鞑ㄐ魏臀薰Φ挠跋ì

2．5．6 di／dt与负载电流的关系

第3章 考虑di／dt的有载分接开关设计

3．1 di／dt对触头问恢复电压的影响

3．1．1 有载分接开关的切换模式

3．1．2 主通断触头的开断条件

3．1．3 过渡触头的开断条件

3．2 di／dt对触头断弧能力的影响

3．2．1 缘强度恢复曲线

3．2．2 提高缘恢复速度的手段

3．2．3 降低电压上升率du／dt的手段

3．3 真空断流器的性能

3．4 考虑电流上升率di／dt的有载分接开关设计

3．4．1 考虑di／dt的油中熄弧有载分接开关方案

3．4．2 考虑di／dt的真空熄弧有载分接开关方案

第4章 换流变压器用有载分接开关的应用技术

4．1 换流变压器的特征

4．2 换流变压器的容量

4．2．1 换流变压器阀侧绕组的额定容量

4．2．2 换流变压器网侧电流

4．3 换流变压器短路阻抗

4．3．1 短路阻抗的规定值

4．3．2 主分接位置短路阻抗的允许偏差

4．3．3 在整个分接范围内短路阻抗的允许偏差

4．3．4 各相间、各台间和不同接法各台间短路阻抗的允许偏差

4．3．5 严格控制短路阻抗的原因

4．3．6 由不同厂家生产的换流变压器

4．4 换流变压器网侧与阀侧绕组参数

4．5 换流变压器中点缘水平

4．6 换流变压器调压绕组的非线性元件保护

4．7 换流变压器用有载分接开关

4．7．1 换流变压器特殊的运行工况

4．7．2 换流变压器所用有载分接开关必须具有的特征

4．7．3 有载分接开关应具有自动调整位置的功能

4．7．4 有载分接开关的内缘

4．7．5 有载分接开关中的极性选择器

第5章 双绕组及三绕组换流变压器用有载分接开关

5．1 单相或三相三绕组YNdy接法换流变压器用有载分接开关

5．1．1 换流变压器短路阻抗

5．1．2 单相三绕组换流变压器绕组中的电流分析

5．1．3 电流中的特征谐波分量

5．1．4 双绕组与三绕组换流变压器中的各次谐波

5．1．5 网侧绕组中的线电流

5．1．6 三绕组换流变压器能否用一台有载分接开关

5．1．7 实际运行工况

5．1．8 换流变压器的绕组排列

5．2 单相或三相双绕组YNy接法换流变压器用有载分接开关

5．3 单相或三相双绕组YNd接法换流变压器用有载分接开关

5．4 网侧为特高压的换流变压器所用有载分接开关

5．4．1 网侧为特高压的换流变压器的特征

5．4．2 网侧为特高压时有载分接开关的选用

5．4．3 网侧特高压的换流变压器

附录A 切换分接位置的操作顺序图

A．1 VR型有载分接开关

A．1．1 真空断流器式VR型有载分接开关的特征

A．1．2 VR型有载分接开关切换分接位置的操作顺序图

A．1．3 真空断流器型有载分接开关的简化切换顺序图

A．1．4 VR型有载分接开关切换开关的操作顺序

A．1．5 换流变压器选用VR有型有载分接开关的优点

A．2 VM型有载分接开关

A．2．1 真空断流器式VM型有载分接开关的特征

A．2．2 VM型有载分接开关切换分接位置的操作顺序图

A．2．3 VM型有载分接开关的适用场合

A．2．4 VM型有载分接开关的切换顺序

附录B 实际工程中有载分接开关选用实例

B．1 实例1

B．2 实例2

B．3 实例3

B．4 实例4

B．5 实例5

B．6 实例6

B．7 实例7

B．8 单相三绕组换流变压器有载分接开关的选用

B．9 选用有载分接开关时应注意之处

B．10 级电压为4kV时可选用的有载分接开关

B．11 适用于换流变压器的有载分接开关

B．11．1 R型有载分接开关

B．11．2 VR型有载分接开关

B．11．3 运行经验

参考文献2100433B

《换流变压器用有载分接开关》主要介绍换流变压器用有载分接开关的基本理论与应用技术，内容包括有载分接开关在换流变压器中的作用和控制方式、换相过程对电流波形的影响、考虑出／出的有载分接开关设计、换流变压器用有载分接开关的应用技术、双绕组及三绕组换流变压器用有载分接开关。

《换流变压器用有载分接开关》主要供从事换流变压器设计、运行及检修工作和高压直流输电工程规划、设计、运行及维护工作的专业人员阅读、使用。

备案信息

备案号：74340-2020

备案月报： 2020年第8号(总第244号)

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、直流输电系统中的整流、逆变两端接口的核心设备。它的投入和安全运行是工程取得发电效益的关键和重要保证。换流变压器的关键作用，要求其具有高可靠性和高技术性能。因为有交、直流电场、磁场的共同作用，所以换流变压器的结构特殊、复杂，关键技术高难，对制造环境和加工质量要求严格。开展换流变压器设计制造关键技术的研究、攻克和制造条件改造工作，不断提高试验手段，将有利于全面掌握换流变压器的设计制造技术，实现换流变压器国产化，填补国内空白。同时可促进国内交、直流输电设备设计制造水平的进一步提高和发展，为特高压交、直流输变电设备的发展打下基础，做好前期准备，实现换流变压器国产化 。

由于换流变压器的运行与换流器换相造成的非线性密切相关，它在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点和要求。

换流变压器漏抗

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，工程多采用的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。

换流变压器绝缘

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。在这种电压作用下，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。

越接近直流两极的阀侧绕组对地电压越高，在设计时必然增大绕组端部与铁芯轭部的距离，使绕组端部的辐向漏磁和局部损耗增加，因谐波漏磁而引起的损耗则增加更多。

作为阀侧绕组外绝缘的套管，其爬电距离要考虑到直流电压的分量，为了避免雨天时在直流电压作用下，由于不均匀湿闪而造成的闪络故障，一般阀侧套管均伸入阀厅。干式合成套管已得到实际应用。为了抗震，套管法兰盘处一般装有振动阻尼装置。

换流变压器谐波

换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。在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。谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔音措施。

换流变压器直流偏磁

换流器触发时刻的间隔不等，交流母线正序二次谐波电压和与直流线路并行的交流线路的感应作用等将在换流变压器阀侧绕组电流中产生直流分量；接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，二者共同使换流变压器产生直流偏磁现象。使在铁芯的B－H曲线上的运行工作点绕行轨迹偏离对称状态，部分进入一侧的饱和段，励磁电流分量出现一个半波的尖峰波形，使变压器的损耗、温升以及50Hz的噪声(正常时基波噪声频率为100Hz)都有明显增加，应在换流变压器设计中充分考虑。

换流变压器有载调压

换流变压器应具有较多的有载调压开关，利用调压开关可使直流输电系统经常运行在接近最佳状态，换流器触发角运行在适当的范围内，以兼顾到运行的安全性和经济性。分接开关的调压范围一般为20－30%，每档调节量为1%－2%，以达到分接开关调节和换流桥触发控制联合工作，做到既无明显的调节死区，又可避免频繁往返动作 。