换流变压器教学教材

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。

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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

4、生产厂家
国外主要换流变压器制造商：瑞典 ABB公司、德国SIEMENS公司、美国GE公司；
国内主要换流变压器制造商：西电变压器公司、特变电工变压器公司（原沈变）、保定天威等。

2016年8月30日,中国西电研制的2台酒泉—湖南±800 kV特高压直流输电工程酒泉站ZZDFPZ-412300/750-400换流变压器,一次性通过全部试验,各项性能指标满足或优于国家标准和技术协议的要求,技术水平达到国际领先水平。

这标志着网侧750 kV、国产容量最大的换流变压器在中国西电研制成功。

二、平波电抗器
1、简介：
能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。

电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。

它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。

在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。

如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。

因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。

平波电抗器用于整流以后的直流回路中。

整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。

这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。

直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。

直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。

平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。

平波电抗器一般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间，是高压直流换流站的重要设备之一。

2、分类：
（1）油浸式平波电抗器
油浸式平波电抗器的结构与变压器相似，主要由线圈、铁芯和油箱、套管、冷却系统等部件组成。

油浸式平波电抗器因构造上有铁芯，其负荷电流与磁性成非线性关系。

油浸式平波电抗器优点：油浸式平波电抗器由于有铁芯，因此要增加单台电感量较容易；油浸式平波电抗器的油纸绝缘系统很成熟，运行也很可靠；油浸式平波电抗器安装在地面上，因此重心低，抗震性能好；油浸式平波电抗器采用干式套管穿入阀厅，取代了水平穿墙套管，解决了水平穿墙套管的不均匀湿闪问题；油浸式平波电抗器的垂直套管也采用干式套管，使其发生污闪的概率降低。

油浸式平波电抗器缺点：内部绝缘复杂。

主要靠油纸绝缘，
容易着火并引起火灾。

噪声较大。

重量较大，运输较为困难。

运行、维护费用较高。

（2）干式平波电抗器
干式平波电抗器主要由线圈、支架、绝缘支柱、均压环、底座等组成。

线圈由多层同心压缩铝线包组成，每层线包均浇注环氧树脂绝缘，层间垫有隔条，用于保证层间绝缘和散热。

每层线圈通过垂直紧固件固定牢靠，以确保线圈震动时不变形。

由于干式平波电抗器无铁芯，负荷电流与磁性成线性关系。

干式平波电抗器优点：对地绝缘简单。

干式平波电抗器的绝缘主要由支柱绝缘子提供，提高了主绝缘的可靠性。

无油，消除了火灾危害和环境影响。

干式平抗无油绝缘系统，因而没有火灾危险和环境影响，在阀厅和户外之间也不需要装设防护墙。

潮流翻转时无临界质场强。

高压直流翻转需要改变电压极性，会因捕获电荷的原因在油纸复合绝缘系统中产生临界场强；但对于干式平波电抗器来说，改变电压极性仅在支柱绝缘子上产生应力，没有临界场强的限制，这样干式平波电抗器的支柱绝缘子与其他母线支柱绝缘子的特性相似。

负荷电流与磁链成线性关系。

由于干式平波电抗器没有铁芯，因而在故障情况下不会出现磁链饱和现象，在任何情况下都保持同样的电感值。

暂态过电压较低。

因干式平波电抗器对地电容较低，所以对平抗的冲击绝缘水平要求也较低。

可听噪声低。

质量轻，易于运输和处理。

运行、维护费用低。

干式平波电抗器基本上是免维护的。

干式平波电抗器缺点：重心较高，防震性能较差。

占地面积较多。

内部无铁芯，要增加单台电感量和提高过负荷能力较困难。

本身不带穿墙套管，与换流器之间需要安装穿墙套管，增大了穿墙套管湿闪、污闪的概率；对环境污秽较敏感。

对发热点和红外测温较为困难。

由于干式平波电抗器外部装有噪声罩，对其内部线圈发热点测量较为困难、误差较大。

3、使用条件：
（1）安装场所：户内
（2）环境温度：-30℃至+45℃
（3）通风良好：装在柜内时应加装通风设备
（4）海拔高度：不超过1500m，更高海拔需定制
（5）相对湿度：不超过90%
（6）铁芯采用优质低损耗冷轧硅钢片，绕组采用H级绝缘铜漆包线，电抗器具有温升低，损耗小，电气性能高的特点
（7）科学的浸漆和热烘固化工艺，确保产品的整体机械强度，有效控制产品运行时的噪音
（8）精确的设计计算和稳定的生产工艺控制，保证产品滤波效果好，工作稳定可靠
严格控制的电感量偏差，避免谐振和过载
4、生产水平
由中国西电集团公司研制的灵绍工程首台±800kV 400Mvar干式平波电抗器一次性通过全部试验。

这标志着灵绍工程首台±800kV 400Mvar干式平波电抗器在中国西电研制成功。

±800kV 400Mvar干式平波电抗器，是目前国内单台额定直流连续电流最大的干式平波电抗器，抗震、温升要求高、防雨降噪要求严格，在合理解决防雨降噪和热点温升之间的矛盾方面具有一定难度。

它的研制成功，使XD品牌干式平波电抗器产品系列更加完善，提高了高电压、大电流干式平波电抗器设计和制造水平，进一步增强了市场竞争力。