換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

前言

引子

第1章 有載分接開(kāi)關(guān)在換流變壓器中的作用和控制方式

1．1 換流變壓器在高壓直流輸電中的地位

1．2 有載分接開(kāi)關(guān)在換流變壓器中的作用

1．2．1 補(bǔ)償交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)

1．2．2 控制角的優(yōu)化

1．2．3 實(shí)現(xiàn)直流降壓運(yùn)行模式

1．3 有載分接開(kāi)關(guān)在換流變壓器中的控制方式

1．3．1 角度控制

1．3．2 電壓控制

第2章 換相過(guò)程對(duì)電流波形的影響

2．1 引言

2．2 換流器的基本工作原理

2．2．1 6脈動(dòng)整流器

2．2．2 可控整流器

2．2．3 逆變器

2．3 換流閥的換相過(guò)程

2．3．1 整流器換相

2．3．2 逆變器換相

2．3．3 換相對(duì)電壓波形的影響

2．4 電流過(guò)零時(shí)的變化率di／dt

2．4．1 影響電流變化率di／dt的因素

2．4．2 電流變化率對(duì)系統(tǒng)的影響

2．4．3 電流變化率對(duì)有載分接開(kāi)關(guān)的影響

2．5 換流變壓器網(wǎng)側(cè)電流波形

2．5．1 雙橋12脈動(dòng)整流器

2．5．2 YNd聯(lián)結(jié)雙繞組換流變壓器網(wǎng)側(cè)電流

2．5．3 YNy聯(lián)結(jié)雙繞組換流變壓器網(wǎng)側(cè)電流

2．5．4 三繞組YNdy聯(lián)結(jié)換流變壓器網(wǎng)側(cè)電流

2．5．5 整流器觸發(fā)角岫苑Р嗟緦韃ㄐ魏臀薰Φ撓跋ì

2．5．6 di／dt與負(fù)載電流的關(guān)系

第3章 考慮di／dt的有載分接開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

3．1 di／dt對(duì)觸頭問(wèn)恢復(fù)電壓的影響

3．1．1 有載分接開(kāi)關(guān)的切換模式

3．1．2 主通斷觸頭的開(kāi)斷條件

3．1．3 過(guò)渡觸頭的開(kāi)斷條件

3．2 di／dt對(duì)觸頭斷弧能力的影響

3．2．1 緣強(qiáng)度恢復(fù)曲線

3．2．2 提高緣恢復(fù)速度的手段

3．2．3 降低電壓上升率du／dt的手段

3．3 真空斷流器的性能

3．4 考慮電流上升率di／dt的有載分接開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

3．4．1 考慮di／dt的油中熄弧有載分接開(kāi)關(guān)方案

3．4．2 考慮di／dt的真空熄弧有載分接開(kāi)關(guān)方案

第4章 換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)的應(yīng)用技術(shù)

4．1 換流變壓器的特征

4．2 換流變壓器的容量

4．2．1 換流變壓器閥側(cè)繞組的額定容量

4．2．2 換流變壓器網(wǎng)側(cè)電流

4．3 換流變壓器短路阻抗

4．3．1 短路阻抗的規(guī)定值

4．3．2 主分接位置短路阻抗的允許偏差

4．3．3 在整個(gè)分接范圍內(nèi)短路阻抗的允許偏差

4．3．4 各相間、各臺(tái)間和不同接法各臺(tái)間短路阻抗的允許偏差

4．3．5 嚴(yán)格控制短路阻抗的原因

4．3．6 由不同廠家生產(chǎn)的換流變壓器

4．4 換流變壓器網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)繞組參數(shù)

4．5 換流變壓器中點(diǎn)緣水平

4．6 換流變壓器調(diào)壓繞組的非線性元件保護(hù)

4．7 換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

4．7．1 換流變壓器特殊的運(yùn)行工況

4．7．2 換流變壓器所用有載分接開(kāi)關(guān)必須具有的特征

4．7．3 有載分接開(kāi)關(guān)應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)整位置的功能

4．7．4 有載分接開(kāi)關(guān)的內(nèi)緣

4．7．5 有載分接開(kāi)關(guān)中的極性選擇器

第5章 雙繞組及三繞組換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

5．1 單相或三相三繞組YNdy接法換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

5．1．1 換流變壓器短路阻抗

5．1．2 單相三繞組換流變壓器繞組中的電流分析

5．1．3 電流中的特征諧波分量

5．1．4 雙繞組與三繞組換流變壓器中的各次諧波

5．1．5 網(wǎng)側(cè)繞組中的線電流

5．1．6 三繞組換流變壓器能否用一臺(tái)有載分接開(kāi)關(guān)

5．1．7 實(shí)際運(yùn)行工況

5．1．8 換流變壓器的繞組排列

5．2 單相或三相雙繞組YNy接法換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

5．3 單相或三相雙繞組YNd接法換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)

5．4 網(wǎng)側(cè)為特高壓的換流變壓器所用有載分接開(kāi)關(guān)

5．4．1 網(wǎng)側(cè)為特高壓的換流變壓器的特征

5．4．2 網(wǎng)側(cè)為特高壓時(shí)有載分接開(kāi)關(guān)的選用

5．4．3 網(wǎng)側(cè)特高壓的換流變壓器

附錄A 切換分接位置的操作順序圖

A．1 VR型有載分接開(kāi)關(guān)

A．1．1 真空斷流器式VR型有載分接開(kāi)關(guān)的特征

A．1．2 VR型有載分接開(kāi)關(guān)切換分接位置的操作順序圖

A．1．3 真空斷流器型有載分接開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)化切換順序圖

A．1．4 VR型有載分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)的操作順序

A．1．5 換流變壓器選用VR有型有載分接開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)

A．2 VM型有載分接開(kāi)關(guān)

A．2．1 真空斷流器式VM型有載分接開(kāi)關(guān)的特征

A．2．2 VM型有載分接開(kāi)關(guān)切換分接位置的操作順序圖

A．2．3 VM型有載分接開(kāi)關(guān)的適用場(chǎng)合

A．2．4 VM型有載分接開(kāi)關(guān)的切換順序

附錄B 實(shí)際工程中有載分接開(kāi)關(guān)選用實(shí)例

B．1 實(shí)例1

B．2 實(shí)例2

B．3 實(shí)例3

B．4 實(shí)例4

B．5 實(shí)例5

B．6 實(shí)例6

B．7 實(shí)例7

B．8 單相三繞組換流變壓器有載分接開(kāi)關(guān)的選用

B．9 選用有載分接開(kāi)關(guān)時(shí)應(yīng)注意之處

B．10 級(jí)電壓為4kV時(shí)可選用的有載分接開(kāi)關(guān)

B．11 適用于換流變壓器的有載分接開(kāi)關(guān)

B．11．1 R型有載分接開(kāi)關(guān)

B．11．2 VR型有載分接開(kāi)關(guān)

B．11．3 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

參考文獻(xiàn)2100433B

《換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)》主要介紹換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)的基本理論與應(yīng)用技術(shù)，內(nèi)容包括有載分接開(kāi)關(guān)在換流變壓器中的作用和控制方式、換相過(guò)程對(duì)電流波形的影響、考慮出／出的有載分接開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)、換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)的應(yīng)用技術(shù)、雙繞組及三繞組換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)。

《換流變壓器用有載分接開(kāi)關(guān)》主要供從事?lián)Q流變壓器設(shè)計(jì)、運(yùn)行及檢修工作和高壓直流輸電工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)工作的專(zhuān)業(yè)人員閱讀、使用。

備案信息

備案號(hào)：74340-2020

備案月報(bào)： 2020年第8號(hào)(總第244號(hào))

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)橛薪弧⒅绷麟妶?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(pán)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(chēng)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 。