換流變壓器過(guò)電壓保護(hù)

《電力名詞》第三版。 2100433B

為防止換流變壓器因電網(wǎng)側(cè)交流系統(tǒng)電壓超過(guò)允許值導(dǎo)致?lián)p壞而裝設(shè)的一種保護(hù)。

換流變壓器是超高壓直流輸電工程中至關(guān)重要的關(guān)鍵設(shè)備，是交、直流輸電系統(tǒng)中的整流、逆變兩端接口的核心設(shè)備。它的投入和安全運(yùn)行是工程取得發(fā)電效益的關(guān)鍵和重要保證。換流變壓器的關(guān)鍵作用，要求其具有高可靠性和高技術(shù)性能。因?yàn)橛薪?、直流電?chǎng)、磁場(chǎng)的共同作用，所以換流變壓器的結(jié)構(gòu)特殊、復(fù)雜，關(guān)鍵技術(shù)高難，對(duì)制造環(huán)境和加工質(zhì)量要求嚴(yán)格。開(kāi)展換流變壓器設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)的研究、攻克和制造條件改造工作，不斷提高試驗(yàn)手段，將有利于全面掌握換流變壓器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)換流變壓器國(guó)產(chǎn)化，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。同時(shí)可促進(jìn)國(guó)內(nèi)交、直流輸電設(shè)備設(shè)計(jì)制造水平的進(jìn)一步提高和發(fā)展，為特高壓交、直流輸變電設(shè)備的發(fā)展打下基礎(chǔ)，做好前期準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)換流變壓器國(guó)產(chǎn)化 。

由于換流變壓器的運(yùn)行與換流器換相造成的非線性密切相關(guān)，它在漏抗、絕緣、諧波、直流偏磁、有載調(diào)壓和試驗(yàn)等方面與普通電力變壓器有不同的特點(diǎn)和要求。

換流變壓器漏抗

以往由于晶閘管的額定電流和過(guò)負(fù)荷能力有限，為了限制閥臂短路和直流母線短路的故障電流，換流變壓器的漏抗一般比普通電力變壓器的大，一般為15－20%，有些工程甚至超過(guò)20%。隨著晶閘管的額定電流及其承受浪涌電流能力的提高，換流變壓器的漏抗可按對(duì)應(yīng)的容量和絕緣水平合理選擇，阻抗相應(yīng)降低，通常為12－18%，因此，設(shè)備主參數(shù)、絕緣水平、換流器無(wú)功消耗及能耗等都可相應(yīng)降低，同時(shí)，換流器的運(yùn)行性能也有所改進(jìn)。

為減少非特征諧波，換流變壓器的三相漏抗平衡度要求比普通電力變壓器高，通常漏抗公差不大于2%。如果運(yùn)輸條件允許，工程多采用的單相三繞組換流變壓器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減少十二脈動(dòng)換流單元中換流變壓器六個(gè)阻抗值的差別。

換流變壓器絕緣

換流變壓器閥側(cè)繞組和套管是在交流和直流電壓共同作用之下工作的。在這種電壓作用下，由于油、紙兩種絕緣材質(zhì)的電導(dǎo)系數(shù)與介電系數(shù)之比差別很大，油紙復(fù)合絕緣中直流場(chǎng)強(qiáng)按電導(dǎo)系數(shù)分布，交流場(chǎng)強(qiáng)則按介電系數(shù)分布。當(dāng)直流電壓極性迅速變化時(shí)，會(huì)使油隙絕緣受到很大的電應(yīng)力。在套管與底座的連接部分，由于絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這一問(wèn)題最為嚴(yán)重。

越接近直流兩極的閥側(cè)繞組對(duì)地電壓越高，在設(shè)計(jì)時(shí)必然增大繞組端部與鐵芯軛部的距離，使繞組端部的輻向漏磁和局部損耗增加，因諧波漏磁而引起的損耗則增加更多。

作為閥側(cè)繞組外絕緣的套管，其爬電距離要考慮到直流電壓的分量，為了避免雨天時(shí)在直流電壓作用下，由于不均勻濕閃而造成的閃絡(luò)故障，一般閥側(cè)套管均伸入閥廳。干式合成套管已得到實(shí)際應(yīng)用。為了抗震，套管法蘭盤處一般裝有振動(dòng)阻尼裝置。

換流變壓器諧波

換流變壓器漏磁的諧波分量會(huì)使變壓器的雜散損耗增大，有時(shí)可能使某些金屬部件和油箱產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象。在有較強(qiáng)漏磁通過(guò)的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。諧波磁通所引起的磁致伸縮噪聲處于聽(tīng)覺(jué)較為靈敏的頻帶，必要時(shí)要采取更有效的隔音措施。

換流變壓器直流偏磁

換流器觸發(fā)時(shí)刻的間隔不等，交流母線正序二次諧波電壓和與直流線路并行的交流線路的感應(yīng)作用等將在換流變壓器閥側(cè)繞組電流中產(chǎn)生直流分量；接地極入地電流引起的地電位變化會(huì)在交流側(cè)繞組電流中產(chǎn)生直流分量，二者共同使換流變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。使在鐵芯的B－H曲線上的運(yùn)行工作點(diǎn)繞行軌跡偏離對(duì)稱狀態(tài)，部分進(jìn)入一側(cè)的飽和段，勵(lì)磁電流分量出現(xiàn)一個(gè)半波的尖峰波形，使變壓器的損耗、溫升以及50Hz的噪聲(正常時(shí)基波噪聲頻率為100Hz)都有明顯增加，應(yīng)在換流變壓器設(shè)計(jì)中充分考慮。

換流變壓器有載調(diào)壓

換流變壓器應(yīng)具有較多的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，利用調(diào)壓開(kāi)關(guān)可使直流輸電系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在接近最佳狀態(tài)，換流器觸發(fā)角運(yùn)行在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，以兼顧到運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。分接開(kāi)關(guān)的調(diào)壓范圍一般為20－30%，每檔調(diào)節(jié)量為1%－2%，以達(dá)到分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)和換流橋觸發(fā)控制聯(lián)合工作，做到既無(wú)明顯的調(diào)節(jié)死區(qū)，又可避免頻繁往返動(dòng)作 。

反映換流變壓器交流側(cè)套管電流和閥側(cè)套管電流之差值,用以切除換流變壓器各種區(qū)內(nèi)故障的保護(hù)。