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高压直流输电下换流变压器的性能分析引言：随着电力系统的发展和需求的增长，高压直流输电技术逐渐得到广泛应用。
而在直流输电系统中，换流变压器是一个关键的设备，用于实现交流与直流之间的能量转换。
本文将对高压直流输电下的换流变压器进行性能分析，包括热特性、失效机理和寿命预测等方面。
一、热特性分析1. 温升特性：换流变压器在高压直流输电中会产生较大的电流和磁场，从而导致温升。
温升直接影响着变压器的工作温度和寿命。
因此，必须对变压器的温升特性进行分析。
可以通过数值计算、仿真模拟或实验测试来获得变压器的温升情况。
同时，考虑到换流变压器的复杂性和大型化，设计中应该合理选择冷却系统、冷却介质和散热方式。
2. 等值电路模型分析：为了更好地评估换流变压器的性能，建立一个准确的等值电路模型非常重要。
等值电路模型可以反映变压器的电气特性和磁滞特性等，用于分析变压器的损耗和效率。
常用的等值电路模型包括电阻、电抗、电容元件以及磁滞环等。
通过适当的参数调整和拟合，可以使得模型更加准确地描述换流变压器的工作情况。
二、失效机理分析1. 电击击穿：高压直流输电系统中，由于系统电压较高，会导致电击击穿现象。
电击击穿主要是指在电气设备的绝缘部分形成电弧或电晕放电，破坏绝缘强度。
对于换流变压器而言，电击击穿可能发生在绝缘材料、绝缘油的介质强度等方面。
因此，需要进行电击击穿分析，以避免电气设备的失效。
2. 热失效：因为高压直流输电系统中的大电流会导致变压器发热，加剧绝缘材料内部的热应力和热老化。
长期高温会导致绝缘材料的物理性能下降，甚至发生热失效。
为了避免热失效，需要进行热稳定性分析，并选择合适的绝缘材料和冷却系统来降低变压器的工作温度。
三、寿命预测1. 失效模型：为了预测变压器的使用寿命，需要建立失效模型。
失效模型主要是通过研究绝缘材料的老化规律、电压电流的应力以及环境因素等，来评估变压器的可靠性和寿命。
常用的失效模型包括Arrhenius模型、微观损伤模型、剩余寿命模型等。
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。
2、什么叫逆变失败？逆变失败的原因是什么？答：晶闸管变流器在逆变运行时，一旦不能正常换相，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流，这种情况叫逆变失败，或叫逆变颠覆。
造成逆变失败的原因主要有：（2分）触发电路工作不可靠。
例如脉冲丢失、脉冲延迟等。
晶闸管本身性能不好。
在应该阻断期间管子失去阻断能力，或在应该导通时不能导通。
交流电源故障。
例如突然断电、缺相或电压过低等。
估计不足，使换相的裕量时间小于晶闸管的关断时间。
换相的裕量角过小。
主要是对换相重叠角逆变失败后果会在逆变桥与逆变电源之间产生强大的环流，损坏开关器件（4分）防止逆变失败采用最小逆变角βmin防止逆变失败、晶闸管实现导通的条件是什么？关断的条件及如何实现关断？答：在晶闸管阳极——阴极之间加正向电压，门极也加正向电压，产生足够的门极电流Ig，则晶闸管导通，其导通过程叫触发。
关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
（3分）实现关断的方式：1>减小阳极电压。
2>增大负载阻抗。
3>加反向电压。
3、为什么半控桥的负载侧并有续流管的电路不能实现有源逆变？（5分）答：由逆变可知，晶闸管半控桥式电路及具有续流二极管电路，它们不能输出负电压Ud固不能实现有源逆变。
（5分）2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）(3) 阻感负载时需提供无功。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
（3分）3、逆变电路必须具备什么条件才能进行逆变工作？答：逆变电路必须同时具备下述两个条件才能产生有源逆变：（1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电势Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致。
（3分）（2）变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须为负（相对于整流时定义的极性），以保证与直流电源电势Ed构成同极性相连，且满足Ud<Ed。
编订：__________________单位：__________________时间：__________________换流变压器与电力变压器的比较分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-8149-89 换流变压器与电力变压器的比较分析(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
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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、直流输电系统中的换流、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。
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。
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℃。
1.(简答题,基础知识,易)什么叫左手定则？简述左手定则。
答案：答：左手定则是导体在磁场中受力方向的定则。
伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并都和手掌在同一平面内，让磁力线垂直穿过手心，使四指指向电流的方向，那么拇指的指向，则是导体受力的方向。
2.(简答题,基础知识,易)什么叫右手定则？简述右手定则。
答案：答：右手定则是导体在磁场中运动时导体中感生电动势方向的定则。
伸开右手，使拇指与其余四指垂直，并都和手掌在同一平面内，让磁力线从手心垂直地进入，使拇指指向导体的运动方向，这时其余四指所指的方向就是感生电动势的方向。
3.(简答题,基础知识,易)晶体管振荡的条件是什么？答案：答：（1）一个振荡器必须满足相位和振幅平衡条件。
（2）在振荡器电路中必须具有非线性元件。
（3）为了保证自激起振，振荡管要有适当的偏置电流。
4.(简答题,基础知识,易)对供电系统的基本要求有哪些？答案：答：（1）供电可靠。
（2）电能质量合格。
（3）安全、经济、合格。
（4）电力网的运行调度灵活。
5.(简答题,基础知识,易)什么是高峰负荷、低谷负荷和平均负荷？答案：答：（1）高峰负荷，又称最大负荷，是指电网中或某客户在一昼夜时间内所发生的最大负荷值。
（2）低谷负荷，又称最小负荷，是指电网中或某客户在一天24h内发生的用电量最小的一点的小时平均电量。
（3）平均负荷，是指电网中或某客户在一段确定时间阶段内的平均小时用电量。
6.(简答题,基础知识,较易)电功率与电能有什么区别？它们是什么关系？答案：答：电功率与电能的区别在于：电能是指一段时间内电源力所做的功；而电功率则是指单位时间内电源力所做的功。
它们之间的关系是式中P ——电功率，kW；t ——时间，h；W ——电能，kWh。
1kW的负载在1h内所消耗的电能为1kWh。
7.(简答题,基础知识,较易)半导体整流电路和滤波电路的作用是什么？答案：答：（1）半导体整流电路的作用是将交流电变换成单方向脉动的电压和电流。
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。
