5.4 换流变压器

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）。

换流变压器结构引言换流变压器是一种用于直流输电系统的关键设备，它起到将交流电转换为直流电的作用。

在直流输电系统中，换流变压器的结构设计至关重要，它直接影响到系统的安全性、可靠性和效率。

本文将对换流变压器的结构进行全面、详细、完整和深入的探讨。

换流变压器的基本结构换流变压器由变压器油箱、高压绕组、低压绕组、换流阀及相关附件组成。

变压器油箱变压器油箱是换流变压器的外壳，通常采用钢板焊接而成。

它起到保护内部元件的作用，同时提供足够的机械强度和防护等级，防止外界的电磁干扰和渗水。

高压绕组高压绕组是换流变压器中的主要部分，它由大量的线圈组成，布置在铁芯上。

高压绕组用于将交流电源转换为直流电压，并经由换流阀输出。

低压绕组低压绕组是换流变压器中的另一个重要部分，它位于高压绕组的附近。

低压绕组用于输送电流，将直流电流从换流阀返回到系统。

换流阀换流阀是换流变压器中的核心部件，它起到将交流电转换为直流电或反之的作用。

换流阀通常由多个晶闸管组成，通过控制晶闸管的导通和关断实现电流的方向改变。

相关附件换流变压器还包括一些相关的附件，如冷却系统、监测和保护系统、控制系统等。

这些附件起到辅助和保护的作用，提高换流变压器的性能和可靠性。

换流变压器通过不断地控制换流阀的开关状态，将交流电转换为直流电或反之。

其工作原理可以简述如下：1.高压绕组接收交流电源输入，将交流电转换为高压直流电。

2.高压直流电经由换流阀输出到输电线路。

3.低压绕组接收经过输电线路返回的直流电流，将其转换为低压直流电。

4.低压直流电通过换流阀输出到系统。

5.通过控制换流阀的导通和关断，实现电流的方向改变。

换流变压器的性能要求换流变压器的性能要求非常严格，主要包括以下几个方面：可靠性换流变压器在输电系统中起到关键作用，因此其可靠性是非常重要的。

它需要能够长时间稳定运行，保证系统的可靠供电。

效率换流变压器应尽可能地提高能量转换效率，减少能量损耗。

高效的换流变压器能够节约能源，并减少对环境的影响。

换流变压器与电力变压器的比较分析换流变压器与电力变压器的比较分析变压器按用途分类：有电力变压器、特种变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）换流变压器1.1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。

1．2工作原理在整流换流器中换流变压器为换流设备提供交流电能，换流器将交流电能转换为直流电能并通过直流输电线路传输；在逆变换流器中换流变压器接受逆变换流器将直流电能转换为交流的电能，并将其输送到其它交流供电网路中。

1.3作用换流变压器的作用是向换流器供给交流功率或从换流器接受交流功率，并且将网侧交流电压变换成阀侧所需要的电压。

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。

换流变压器提供相位差为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。

1.4结构组成绕组:换流变压器线圈包括网侧线圈、阀侧线圈和调压线圈三部分铁芯:换流变压器铁心通常为心式结构器身:考虑合理的线圈布置方式引线:阀侧套管与引线的连接要特殊设计油箱:采用桶式结构绝缘油:ABB用Lans有载分接开其他附件电力变压器2.1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。

换流变压器的工作原理好啦，今天咱们来聊聊换流变压器，听起来是不是有点高深莫测？别担心，咱们用最简单的方式来解读它。

你得知道，换流变压器的名字可不复杂，它的工作原理也并没有你想的那么神秘。

它就是在电力系统里变电压、转换电流方向的小“魔术师”！是的，你没听错，它能把电流的方向“换个样”，而且电压也能随它高低起伏。

不过，别急，咱们一个一个来，慢慢说清楚。

大家应该都知道，电力系统里面，电压和电流是非常关键的两个东西。

电压高，电流就会低，反之亦然。

一般情况下，我们的电网是要通过变压器来调节电压的，但对于换流变压器来说，它除了调节电压之外，还有一个更特别的任务——它能让电流方向发生变化。

咋回事呢？别着急，听我细细给你解释。

咱们要从交流电说起。

交流电的特点就是电流的方向会周期性地反转，也就是说，它会来回走，走着走着就“换个方向”。

但有些时候，我们需要让电流一直朝一个方向流动，这时候就需要换流变压器来帮忙了。

比如说在高压直流输电（HVDC）系统中，电流就得一直往一个方向走，这时候，换流变压器就派上用场了，它能帮助交流电变成直流电，让电流听话地朝一个方向“跑”。

怎么做到的呢？换流变压器内部有一套非常复杂的装置，能够通过电气设备的切换，把交流电“转换”成直流电。

想象一下，你在家里的插座上插入一台电器，插座是交流电源，电器里可能有电路板需要直流电，没错，就是换流变压器会悄悄在中间帮你“换个频道”。

这样，电器就能顺利工作，不管你插座里的电是“来来回回”的交流电，还是直来直去的直流电。

是不是听起来像是在做一场神奇的电流“大变身”？换流变压器并不是万能的，它也有自己的局限性。

比如说，它的体积比较大，重量也不轻，所以安装的时候得特别小心。

要是放错地方，可能就得“费劲儿”才能搬走。

更别提它的工作原理了，涉及到的电路和磁场，听起来就不简单。

所以，这东西的价格也不便宜。

你以为它是个“魔术师”，其实它背后可是得靠一堆技术、材料和设备才能保证它“魔术”的成功。

上篇第一章換流變結構一、換流變概述通常，我們把用於直流輸電的主變壓器稱為換流變壓器。

它在交流電網與直流線路之間起連接和協調作用，將電能由交流系統傳輸到直流系統或由直流系統傳輸到交流系統。

換流變壓器是超高壓直流輸電工程中至關重要的關鍵設備，是交、直流輸電系統中換流、逆變兩端介面的核心設備。

直流輸電系統的接線方式有多種，目前常見的接線方式如圖1-1所示。

圖1-1兩個六脈衝換流橋構成一個單極十二脈動接線，這兩個六脈衝換流橋分別由Yy 與Yd 聯結的換流變壓器供電。

兩個單極疊加在一起構成一個雙極。

每極所用的換流變壓器可以由下述方式實現，兩臺三相雙繞組變壓器（一個Yy 聯結，一個Yd 聯結）或三臺單相三繞組變壓器（一個網側繞組和兩個閥側繞組，一個Y 接，一個D 接）或六臺單相雙繞組變壓器（三個Yy 單相，三個Yd 單相）。

由建設規模的大小及直流電壓等級可以確定換流變壓器的大致型式。

選擇不同的型式主要受運輸尺寸的限制，其次是考慮備用變容量的大小，當然，備用變容量越小越經濟。

當直流輸送容量較大時可採用每級兩組基本換流單元的接線方式，此種接線方式有串聯和並聯兩種方式。

如目前在建的±800kv 專案即採用了串聯方式，其基本接線原理見圖2。

圖1-2800（HY ）600（HD ）400（L Y ）200（LD ）圖1-3 單相雙繞組換流變壓器外形圖1-4 單相三繞組換流變壓器外形圖1-5 雲廣±800kV專案高端（800kV）換流變壓器外形二、繞組的常見類型換流變中的繞組按照其連接的系統不同，通常可分為連接交流系統的網繞組及調壓繞組；連接換流閥的閥繞組。

繞組的排列方式通常有以下兩種：鐵心柱→閥繞組→網繞組→調壓繞組；鐵心柱→調壓繞組→網繞組→閥繞組。

1.網繞組目前，我公司的網繞組主要採用軸向糾結加連續式結構。

與傳統的糾結或內屏連續式不同，軸向糾結採用特殊的階梯導線繞制n個雙餅構成n/2個糾結單元。

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。

附录A（资料性附录）换流变压器的额定值与技术参数A. 1 系统条件系统条件的额定值如下：a)交流系统最高运行电压：送端800kV，受端高端550kV，受端低端1100kV；b)交流系统额定频率：50Hz；c)交流系统中性点接地方式：直接接地；d)直流系统标称电压：±1100kV；e)直流系统最高运行电压：1122kV。

注：以上为换流变压器所连接系统的参数，本附录中参数依据该数据得到。

A. 2 换流变压器的绝缘水平±1100kV单相双绕组换流变压器的阀侧绝缘水平见表A.1。

表A.1 典型换流变压器绝缘水平阀侧绕组(kV或kV,DC)名称Y1 Δ1Y2 Δ2端1 2300198013501240雷电全波LI端2 2300198013501240端1 2530217514851360雷电截波LIC（型试）端2 2530217514851360端1 — — — —端2 — — — —操作波SI端1+端22100184012501175端1（U1）239414239414交流长时感应+局放端1（U2）211365211365交流长时外施+局放 端1+端21297987676366直流长时外施+局放 端1+端217911353914475直流极性反转+局放 端1+端213861021655289A. 3 换流变压器套管端子允许载荷换流变压器套管端子允许载荷见表A.2。

表A.2 换流变压器套管端子允许载荷水平纵向 水平横向 垂直方向2425网侧 3000N 2000N 2000N 阀侧 3000N 3000N 3000N 中性点2000N2000N1500N注：静态安全系数不小于2.5，动态安全系数不小于1.67，至少承受扭矩400N·m。

A. 4 换流变压器套管电流互感器换流变压器套管电流互感器的配置及要求跟据工程要求，包括但不限于表A.3。

表A.3 换流变压器套管电流互感器阀侧套管装设位置 网侧套管 中性点套管Y1套管 Δ1套管Y2套管Δ2套管数量（组）与阀相连套管与中性点相连套管首端套管尾端 套管与阀相连套管与中性点相连套管首端套管尾端 套管线圈数量 （个）从引出端子至变压器本体分别为:准确级电流比 二次容量A. 5 换流变压器阀侧套管末屏电压分压器换流变压器阀侧套管末屏电压分压器的配置及要求跟据工程要求，包括但不限于表A.4。