换流变压器与电力变压器的比较分析

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2017年02月05日

换流变压器是超高压直流输电工程中至关重要的关键设备,是交、直流输电系统中的换流、逆变两端接口的核心设备。它的投入和安全运行是工程取得发电效益的关键和重要保证。换流变压器的关键作用,要求其具有高可靠性和高技术性能。因为有交、直流电场、磁场的共同作用,所以换流变压器的结构特殊、复杂,关键技术高难,对制造环境和加工质量要求严格。开展换流变压器设计制造关键技术的研究、攻克和制造条件改造工作,不断提高试验手段,将有利于全面掌握换流变压器的设计制造技术,实现换流变压器国产化,填补国内空白。同时可促进国内交、直流输电设备设计制造水平的进一步提高和发展,为特高压交、直流输变电设备的发展打下基础,做好前期准备,实现换流变压器国产化。
   
    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。换流变压器在直流输电系统中的作用有:?传送电力;?把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压;?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;?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;?换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用;?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。
   
    换流变压器的工作原理是将500 kV网侧交流电压通过变压器变为阀侧交流电压,经换流阀整流为直流传输。为了提高整流效率,由2个6脉冲换流桥组成,这样就要2组阀侧绕组,一组为Y接,另一组为D接。可有3种选择,每相2台三相双绕组。500 kV输电电压高、容量大,变压器均做成单相,或为单相三绕组(3台组成三相组),抑为单相双绕组(每台只含一个Y相或一个D相,阀侧绕组,6台组成2个三相组),。为了适应换流器的工作条件,换流变压器就应具有不同于一般交流变压器的特点:首先,流过高压侧交流中含有高次谐波(特征谐波),它使变压器的损耗增加,并有可能导致局部过热;再者,如换流阀发生不同步触发,则在交流侧和变压器中产生非特征谐波和直流分量,引起变压器的噪声、空载电流增大,损耗增加;另外换流变压器的阻抗偏差也影响换流阀的非特征谐波和直流分量,为此要加以限制;最后,也是最为重要的是,由于在高压网侧有1个或2个高压阀侧绕组(直流),因而绝缘问题最为突出。变压器阀侧除应承受一般交流电压外,还要承受叠加的直流电压。在系统输送能量反向时,还有阀侧绕组的直流极性反转以及冲击试验电压等。与一般电力变压器相比,对绝缘设计和制造都呈现出更为严格的技术要求,这是设计、制造所要考虑到的基本问题。
   
    换流变压器是直流输电系统的主要设备,其主要参数按直流系统的特殊要求确定。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。换流变压器在直流输电 <http://baike.baidu.com/view/904861.htm>系统中的作用有: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 <http://baike.baidu.com/view/1313269.htm>的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。
   
      近年来,随着国民经济的持续发展,电力需求快速增长,电力工业发展迅速,输电电压等级逐步提高,电网规模不断扩大。伴随着2009年我国第~条1000kV特高压交流输电线路的投入运行与世界首条+800kV直流输电工程的开工建设,目前全国已经形成了六大区域电网互联,系统总容量达6亿千伏安的世界上最大规模的交直流互联电网之一。这会将对电网安全稳定运行的要求提高到一个新的层次。继电保护作为电网的安全保卫者,其重要性也被放在了越来越突出的位置,对其动作的性能与可靠度也提出了更高的要求。电力变压器是电力系统的重要设备,不仅自身价格昂贵,它的正常运行对于整个系统的安全稳定也起着至关重要的作用。然而变压器保护的正确动作率始终不高,这给电力系统的运行可靠性带来了隐患。尤其是变压器空载投入或外部故障切除时产生的励磁涌流,常常会使保护发生误动作。电力变压器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。由铁心和套于其上的两个或多个绕组组成。 
   
    电力变压器[1]是一种静止的电气设备 <http://baike.baidu.com/view/1487672.htm>,是用来将某一数值的交流电 <http://baike.baidu.com/view/56394.htm>压(电流)变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压(电流)的设备。当一次绕组通以交流电时,就产生交变的磁通,交变的磁通通过铁芯导磁作用,就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关,即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能 <http://baike.baidu.com/view/48797.htm>,因此,额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值,它是表征传输电能的大小,以kVA或MVA表示,当对变压器 <http://baike.baidu.com/view/30130.htm>施加额定电压时,根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。现在较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器 <http://baike.baidu.com/view/904828.htm>,其最大优点是,空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值,是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时,除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外,同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。由器身、油箱、冷却装置、保护装置和出线装置组成。器身包括铁心、线圈、绝缘、引线和分接开关;油箱包括油箱本体和油箱附件(放油阀、接地螺钉、小车、铭牌等);冷却装置包括散热器和冷却器;保护装置包括储油柜、油标、安全气道、吸湿器、测湿元件和气体继电器;出线装置包括高、低压套管.变压器的基本元件是铁心和线圈。铁心是由铁心柱和铁扼组成的闭合磁路,用厚度0.35~0.5mm的硅钢片叠压或卷绕而成。线圈是变压器的电路部分,用绝缘铜线或绝缘铝线绕制而成。线圈与线圈之间、线圈与铁心之间都有良好的绝缘,并留有不同形式的槽道,以便于散热和循环冷却。油浸式变H器的铁心和线圈都浸没在绝缘油WN.容斌较大的变压器·油箱外焊有散热竹。油经过油箱和散热管循环流动,把铁心和线圈发出的热量散发到空气中去。大型变压器还采用加装风扇、强迫油循环、水冷等冷却方式。
      
   
    工作原理:电力变压器 <http://byq.gkcity.com>是电力系统的重要设备,它主要通过交变的磁通把一种等级的电压、电流转变为另一等级的同频率的电压、电流,而且通过电力变压器可把不同等级的电力系统彼此联系起来。它的种类很多,按照功用可分为升压变压器、降压变压器、特种变压器等;按照相数可分为单相变压器、三相变压器等;按照绕组数目可分为单绕组变压器、三绕组变压器、分裂绕组压器、自耦变压器等,但其工作原理是一致的。 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈 <http://www.gkcity.com/Products/690-10930000----0-0-0.htm>中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。
   
    主要部件及作用
      ①、普通变压器的原、副边线圈是同心地套在一个铁芯柱上,内为低压绕组,外为高压绕组。(电焊机变压器原、副边线圈分别装在两个铁芯柱上)
      变压器在带负载运行时,当副边电流增大时,变压器要维持铁芯中的主磁通不变,原边电流也必须相应增大来达到平衡副边电流。
      变压器二次有功功率一般=变压器额定容量(KVA)×0.8(变压器功率因数)=KW。
      ②、电力变压器主要有:
      A、吸潮器(硅胶筒):内装有硅胶,储油柜(油枕)内的绝缘油通过吸潮器与大气连通,干燥剂吸收空气中的水分和杂质,以保持变压器内部绕组的良好绝缘性能;硅胶变色、变质易造成堵塞。
      B、油位计:反映变压器的油位状态,一般在+20O左右,过高需放油,过低则加油;冬天温度低、负载轻时油位变化不大,或油位略有下降;夏天,负载重时油温上升,油位也略有上升;二者均属正常。
      C、油枕:调节油箱油量,防止变压器油过速氧化,上部有加油孔。
      D、防爆管:防止突然事故对油箱内压力聚增造成爆炸危险。
      E、信号温度计:监视变压器运行温度,发出信号。指示的是变压器上层油温,变压器线圈温度要比上层油温高10℃。国标规定:变压器绕组的极限工作温度为105OC;(即环境温度为40OC时),上层温度不得超过95OC,通常以监视温度(上层油温)设定在85OC及以下为宜。
      F、分接开关:通过改变高压绕组抽头,增加或减少绕组匝数来改变电压比。
      ∵:U1/U2=W1/W2,U1W2=U2W1,
      ∴:U2=U1W2/W1。
      一般变压器均为无载调压,需停电进行:常分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三挡+5%、0%、-5%(一次为10.5KV、10KV、0.95KV二次为380V、400V、420V),出厂时一般置于Ⅱ挡。
      G、瓦斯信号继电器:(气体继电器)轻瓦斯、重瓦斯信号保护。上接点为轻瓦斯信号,一般作用于信号报警,以表示变压器运行异常;下接点为重瓦斯信号,动作后发出信号的同时使断路器跳闸、掉牌、报警;一般瓦斯继电器内充满油说明无气体,油箱内有气体时会进入瓦斯继电器内,达到一定程度时,气体挤走贮油使触点动作;打开瓦斯继电器外盖,顶上有二调节杆,拧开其中一帽可放掉继电器内的气体;另一调节杆是保护动作试验纽;带电操作时必须戴绝缘手套并强调安全。
   

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