换流变压器中的两个直流分量_高敏华

第

卷

第

期月

年

刹潇犯丢匆口艺盗汤丛刃

换流变压器中的两个直流分量高教华冷沈阳变压器有限责任公司、

,

勇辽宁沈阳。

,

摘要介绍了换流变压器中直流电流直流电压两个直流分量的产生原因及其对换流变压器的影响关键词换流变压器直流电流直流电压直流分量

中国分类号

文献标识码

文章编号

一

一

一

电磁感应作用把一种电压的交流电能转变成频率相月吕

同的另一种电压的交流电能。

。

由于直流电的电压和,

交流电是指电压和电流的大小及方向均随时间做周期性变化的电能变压器的基本原理就是利用

电流的大小及方向不随时间变化而改变,

作为静止,

电气设备的变压器对其不起变压作用所以电力变

的电一光转换发射电路它具有良好的线性度和温度,

,,飞

平绍勋黄仁山光电式电流互感器的现状和发展【〕

,

稳定性同时有很强的抗电磁干扰能力量电路中,

,

。

这种

转

高压电器,

,

,

一,

换电路不仅可以用于工作频率在一定范围的其它测,

赵中原方志邱毓昌高压测量用光电系统的设计「

,

而且通过改变

外接电容和参考}飞。

高电压技术,,

,

一

,

电压的值还可以改变其测量的频率范围通过改变

电网曾庆禹电力系统数字测量系统的原理及技术〔」

衰减器的元件的值,

,

还可适应不同的绕组输出电压。

技术

,

,

一,

乔峨安作平罗承沐应用在混合式光电互感器中的线圈【变压器,

,

范围以满足不同测量的需要

一

参考文献

一

一

双魂‘

,’,,

连口‘

口,

一

‘

七

一

一

沙

’’

,

收稿日期作者简介方

一

一

志

一一

,

男黑龙江省嫩江市人西安交通大学博士生从事光电测量的应用研究男浙江省宁波市人西安交通大学教授博士生导师。,,,

,

,

,

邱毓昌

,

,

高级会员从事高电压技

,

术与气体放电应用等方面的研究

司降压器一般用于交流系统,

第

卷

而且它一般也不受直流电,

压和电流的作用

门

换流变压器作为变压器的一种。,

它同样要遵循,,

令图

斗专

与普通变压器相同的基本原理另外由于它用于直流输电系统中阀侧绕组与换流阀相连使它又具有一些普通电力

变压器所没有的特点,

令,

由

口

幸

,

如铁心存在直。

不平衡触发角产生的等效直流电流。

流偏磁现象主绝缘结构中有直流电场分布等这些现象存在的根本原因在于换流变压器中出现了直流

置发生了偏移出现了一个等效直流电流分量换流站地电位的升高

分量

—了解产生这两个直流分量的原因及其对换流变,

直流电流和直流电压

。

当直流输电系统在以大地作为电流返回路径的

方式下运行时接地极,

,

将有很大的直流电流流入换流站的

压器的影响

对理解换流变压器的特点有很重要的

使其电位相对于无限远处的地电位有所升

作用

高

,

结果会在换流变压器的阀侧绕组中引入一个直。

直流电流由于直流输电系统与交流输电系统具有不同的系统结构和运行方式,

流电流

直流输电线与交流输电线相部陈

实际工程中。。

,

直流输电线中流动的并不是理想,,

因此某些直流输电系统所独,

的纯直流电流由于各种原因其中会含有一些谐波电流这些谐波电流是连续的而换流阀是循环导通与关断的,

有的特点会在换流变压器中引人直流电流

如由换

流阀触发角不平衡和换流站地电位的升高所引入的直流电流另外。,

结果导致直流侧的谐波电流会以其它的。

频率形式在换流变压器各相网侧绕组中出现直流输电系统经常是与交流输电系统通,

其中

有两类频率的谐波电流分量较强流侧谐波频率的和与差。

,

即网侧基频及直

过换流站联合在一起运行的而交直流输电系统之间的相互作用也会在换流变压器中引人直流电流分量如换流站直流侧的基频电流会在交流侧产生直,

、

工程中。

,

经常会出现直流输电线与交流输电线,,

相邻的情况此时直流输电线中会感应出一个工频电流分量由于换流阀存在上述特性这个工频电流

。

流电流

换流站交流侧的正序二次谐波电压经过直,

流侧的反馈最终也会在交流侧产生一个直流电流由于上述原因,

。

分量会在换流变压器网侧绕组基波电流上分别叠加一个二次谐波电流和一个直流电流。

在换流变压器的技术要求中出

现了一个普通电力变压器所没有的技

术参数

效的连续直流电流技术规范书中提出流中含有

。

—如在三峡一常州直流输电工程

等

交流侧母线含有正序二次谐波电压川

与上面的情况类似流阀这一特性的作用下电流分量图见图。。

,

换流阀的循环导通与关断。

,

对于换流变压器要按照励磁电

不仅会影响电流的波形还会影响电压的波形在换,

,

直流电流来考虑其对换流变压器空载。

换流站交流母线中的正序

损耗和噪声的影响

二次谐波电压会在换流变压器网侧绕组中产生直流正序二次谐波电压产生的直流电流流程

直流电流产生的原因

励磁电流中的直流电流分量主要是由以下几个方面的原因引起的。

触发角不平衡川

正序二次谐波电压

理想情况下。,

,

同一阀桥中的所有阀应具有相同,

阀桥的开关动作

纂频电

一

的触发角此时换流变压器单相绕组中的电流波形见图。

一飞直流侧基频阻抗

从图中可以看到正负半周电流幅值相等,

、

,

导通时间相同电流一时间面积相等但在实际工程中这种绝对的一致很难被长久保持多种原因会导致同一阀桥中各阀的触发角彼此不平衡此时换流变压器单相绕组中的电流可能会出现图。,,、一

。

正序二次①

,

,

止宣巫竺竺②直流电流交流侧

阀桥的开关动作鉴频电流

。

,

直流侧

所示的波、

图

正序二次谐波电压产生的直流电流流程图。

形从图中可以看出此时正负半周电流导通时间长度不再相等。

图的流程图解释了这一过程到,,

从图中可以看。

虽然电流的幅值相等但正负半周,

,

交流母线中的正序二次谐波电压经过换流阀的

电流一时间面积已不相等

对称轴相对于原来的位

开关动作后以基频电压的形式出现在直流侧此基

第

期

高敏华冷,

、

勇换流变压器中的两个直流分量。

频电压作用在直流侧的基频阻抗上产生基频电压然后根据与,,

流变压器的结构设计中应该采取比普通电力变压器

相同的原理经过换流阀的开关动

更多响。

、

更有效的降噪措施来减轻其对环境和人的影

作后

,

直流侧的这一基频电流会以一个正序二次谐。

波电流和一个直流电流的形式出现在换流变压

器的网侧绕组中

直流电压交流电通过换流桥之所以可以转移成直流电一是因为换流阀具有单向导通性二是因为换流变压器的阀侧绕组是按特定的顺序与换流阀相连的,,,

直流偏磁现象由于上述原因在换流变压器的励磁电流中引人一定大小的等效直流电流使励磁电流在一半周期内,,

。

实质。

增大在另一半周期内减小因此变压器铁心在正负两个半周内饱和程度不一致出现偏磁现象,

,

,

,

、

上换流变压器阀侧绕组中流动的仍然是交流电另一方面,,,

。

换流变压器的一个特点就是阀绕组。

但那种认为换流变压器励磁电流中的直流分量和交流分量分别依照铁心磁化曲线各产生一个磁通然后再将两者进行叠加的想法却是错误的原因,

长期承受直流电压的作用为此换流变压器的例行

试验中还有一项长时直流耐压试验那么,

。

流通交流电的阀侧绕组承受的直流电压

是铁心磁化曲线具有非线性励磁电流和磁通曲线见图。

。

带有直流偏磁分量的,

是从何而来的呢直流电压产生原因

从图可以看出由合成,

的励磁电流根据磁化曲线得到的磁通曲线相对于原来的对称轴偏移了一个丸大小的分量这就是铁心中实际存在的直流偏移磁通分量山力,

高压直流输电工程实际多采用单极十二脉冲换流阀桥它是由两个六脉冲桥串联而成的与网侧绕组成联结的阀绕组同靠近极端的一组六脉冲阀相接与网侧绕组成。,

。

。

而单独由励磁电,

流中的直流分量根据铁心磁化曲线得到的磁通为它远远大于实际存在的九这就说明当我们考,

桥桥

联结的阀绕组同靠相接。。

。

近地电位的一组六脉冲阀桥桥一个极的接线原理图联结阀绕组的线电压近似波形

图给出了

虑直流偏磁问题时直流分量,,

不应孤立地考虑励磁电流中的。

图分别给出了

联结和

而应将其与励磁电流中的交流分量相接

合以合成的励磁电流作为考虑这一问题的出发点直流电流对变压器的影响

实际工程中

,

串联的两个六脉冲桥的输出电压

入

艺入

乙

户图图带有直流偏磁分的励磁电流和磁通曲线。

卜不玉】

乙

玉

乙

玉

乙

入

艺玉乙

单极

脉冲接线原理图

直流偏磁现象使铁心出现周期性的饱和,

这会。

增大变压器的空载损耗使铁心温升有所升高若设计不当使铁心在饱和期内的饱和度过深就会增加漏磁通造成结构件涡流损耗增加甚至可能出现严重的局部过热现象得低一些。,

厂

刘

勺嘴

,

,

日

当火

、

、

厂刀

勺

,

。

因此在电磁计算过程中换流

,

,

变压器的额定铁心磁通密度要比普通电力变压器取另外,

铁心周期性的饱和还会引起换流变压器,

厂图

‘

“

甲

‘

厂

噪声水平的提高

它的特别之处在于它的频率仅为。,

正常磁化电流噪声的一半从环保的角度考虑在换

换流变压器阀绕组线电压近似波形

誉多左是相等的这里为了方便地说明问题近似认为阀绕。,

纸板来承担绝大部分的直流电场强度所以阀绕组要被多层纸板筒和角环所包绕,

。

,

组的线电压与每个六脉冲桥的额定直流输出电压相、等也就是直流输电线额定电压从的一半,

主绝缘中纸板筒的。,

。

厚度和用量远高于普通电力变压器同理阀侧引线

从图中可以看出虽然单独看联结阀绕组与

,

外的绝缘件数量也要有所增加

。

联结阀绕组的电压仍为交流的

,

但由于它们实际,

其次

,

由于阀侧绕组在运行过程中长期承受直,,,

与

脉冲阀桥相连阀桥一点接地结果由于单极,

,

流电压的作用所以在选用阀侧套管时要注意使套管在直流电压作用下的爬距满足一定的要求影响换流变压器的运行另外,,

脉冲阀桥接地电位的钳制作用这两个电压的对称轴均不再是零电位而分别为之瓜,

以免

和以

玉

,

这就是每。

。

个联结阀绕组和联结阀绕组持续承受的直流电压

前面提到过,

,

由于绝缘电阻率具有非线

直流电场的分布特性从上面的分析中可以看到、

性当温度升高时主绝缘结构中的直流电场分布趋,

换流变压器的阀侧。。

于均匀

。

为了能有效地考核换流变压器承受长时间,

绕组在运行过程中处在交直流叠加电场的作用下直流电场与交流电场具有完全不同的分布特性纸一

直流耐压的能力℃。

标准中规定直流外施耐压试,

,

验应该在室温条件下进行

即试验

温度应为

土

变压器中主要的绝缘材料为变压器油和绝缘交流电场按照容性分布规律分布在这两种介质也就是说介电常数大的绝缘介质中承受较小的,

中

,

结束语换流变压器既具有普通电力变压器的基本原理和性能又有一些自身独具的特点其中最明显的特,

交流电场强度

而介电常数小的绝缘介质中承受较。,,

大的交流电场强度一般来讲变压器油的介电常数

。

约为绝缘纸板的一半

所以变压器油中的交流电场。,

性就是变压器中含有直流分量直流电流分量用。,

。

即励磁电流中含有。

强度约为绝缘纸板中的一倍可以说变压器中交流

而阀侧绕组长期承受直流电压的作既,,

电场的分布还比较均匀律进行分布的

。

但这两个直流分量之间并不存在因果关系,

而直流电场却是遵循与交流电场完全不同的规

不是因为直流电压的存在而出现了直流电流也不是因为直流电流的存在而出现了直流电压正象本文所介绍的那样,,

它按照阻性分布规律分布在两种绝,

。

缘介质中

二

也就是说电阻率大的绝缘介质中承受较电阻率小的绝缘介质中承受较一般认为,,,

这两个直流分量分别产生于各自。,

大的直流电场强度小的直流电场强度压器油的电阻率为

不同的起因对变压器的影响也各不相同了解这两

。

在室温条件下变

,

个直流分量的产生原因和对变压器的影响技术人员在设计变压器的可靠性参考文献【」乌尔曼仁〔了〕一,,

有利于,

数量级而绝缘纸板的电阻率

、

制造和试验过程中有针对性地采,

为

’

数量级

、

也就是说绝缘纸板中的直流电场强

取一些有效的措施降低它们对变压器的影响提高。

度约为变压器油中的

倍。

。

可见变压器中直流电

,

场的分布非常不均匀,

需要注意的是绝缘材料的介电系数基本不受外界条件影响可以认为是常数而绝缘材料的电阻率。

直流输电〔」北京科学出版社,,

却受很多因素影响如温度材料含水量等所以绝缘材料的电阻率呈非线性度升高时,

,

、

,

,。

。

又由于变压器油和绝缘,

、

一,

一

,

纸板的电阻率随温度的的变化率不相同所以当温,

一

绝缘纸板和变压器油电阻率的比值变。

小直流电场分布渐趋均匀

而〔〕一,,

一、

、

直流电压对变压器的影响

直流电场的分布特点决定了换流变压器阀侧绕组主绝缘及引线绝缘的设计不同于普通电力变压器

」

以

主汇

〕、

,

首先普通电力变压器的主绝缘设计是基于薄纸筒小油隙理论即在交流电场中纸板主要起分隔油隙的作用基本上不具备单独耐压的功能以纸筒厚度比较薄总量也比较小,,,、

,

,

一

,

〔〕理。,

。

所一

,

。

但由于在换流

〔〕

变压器中存在直流电场主绝缘中需要更多的绝缘

月

第

卷

第年月

期

到澎

一

况心忆萨砚忍赶百冷

一

压互感器的型三相防原理与应用谐振电衰国胜吴厚林惠兆鸡安作平大连第一互感器厂,

,

,

,

辽宁大连,

摘要论述线错误。

了中性点绝缘系统中采用的三相防谐振电压互感器的原理与结构并指出了运行中容易发生的接

关键词电压互感器中点绝缘系统谐振应用中国分类号文献标识码文章编号一一一

引言我国。

产生的条件二是谐振发生后接阻尼电阻增大回路阻尼效应降低谐振破坏程度三是改变互感器接线电网的绝缘系统均为中性点绝缘,,

,

,

方式使互感器的电感在激发条件下不改变不具备

,

,

系统为对系统进行绝缘接地监视系统中普遍使用

谐振发生条件,

。

运行经验表明在。

,

及以下电网

,

接地电压互感器,

现在绝大多数采用三台单相电压。

采取第三类措施是防止电压互感器烧坏的有效方法应用也日趋广泛因此本文仅就第三类措施中采用三相防谐振电压互感器的原理与结构及其应用加以论述。

互感器接成三相组的方式联形成铁磁谐振回路,

这些电压互感器都是电,

磁式的为非线性电感元件与电网导线对地电容并,

在一定的激发条件下产生谐。

振并产生过电压和过电流。,

运行经验表明这种铁一

,

磁谐振引发的电压互感器烧坏和电网停电事故是较常见的长期以来电力系统对此进行了很多的试验研究也采取了一系列的消谐措施并付诸实施些措施可归纳为三大类渊书产,夕挤多护妇‘〕〔,,,

防谐振电压互感器的原理与结构

。

这方式

互感器中

性点经单相电压互感器接地的接线

一是改变参数消除谐振

担,乎,,拼,王沙均,浮豆朴神,渗妇‘押多

通口再夕葱去“,,,,

口刀

决

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,

’,

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收稿日期

一

一

作者简介高敏华‘发工作

卜

,

女辽宁省沈阳市人沈阳变压器有限责任公司开发处工程师从事变压器设计与开

,

,

,

冷

勇

一。

,

男辽宁省辽阳市人沈阳变压器有限责任公司副总工程师主要从事电力变压器制

,

,

,

造技术及研究