换流变压器的原理

Question

如题所述

Answer 1

　　换流变压器是接在换流桥与交流系统之间的电力变压器，其原理是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。
　　由于换流变压器的运行与换流器换相造成的非线性密切相关，它在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点和要求。

　　漏抗
　　以往由于晶闸管的额定电流和过负荷能力有限，为了限制阀臂短路和直流母线短路的故障电流，换流变压器的漏抗一般比普通电力变压器的大，一般为15－20%, 有些工程甚至超过20%。随着晶闸管的额定电流及其承受浪涌电流能力的提高，换流变压器的漏抗可按对应的容量和绝缘水平合理选择，阻抗相应降低，通常为12－18%，因此，设备主参数、绝缘水平、换流器无功消耗及能耗等都可相应降低，同时，换流器的运行性能也有所改进。
　　为减少非特征谐波，换流变压器的三相漏抗平衡度要求比普通电力变压器高，通常漏抗公差不大于2%。如果运输条件允许，工程多采用如图1所示的单相三绕组换流变压器结构，进一步减少十二脉动换流单元中换流变压器六个阻抗值的差别。

　　绝缘
　　换流变压器阀侧绕组和套管是在交流和直流电压共同作用之下工作的，如图2 所示。在这种电压作用下，由于油、纸两种绝缘材质的电导系数与介电系数之比差别很大，油纸复合绝缘中直流场强按电导系数分布，交流场强则按介电系数分布。当直流电压极性迅速变化时，会使油隙绝缘受到很大的电应力。在套管与底座的连接部分，由于绝缘结构复杂，这一问题最为严重。
　　(a) 接线 (b) 波形
　　越接近直流两极的阀侧绕组对地电压越高，在设计时必然增大绕组端部与铁芯轭部的距离，使绕组端部的辐向漏磁和局部损耗增加，因谐波漏磁而引起的损耗则增加更多。
　　作为阀侧绕组外绝缘的套管，其爬电距离要考虑到直流电压的分量，为了避免雨天时在直流电压作用下，由于不均匀湿闪而造成的闪络故障，一般阀侧套管均伸入阀厅。干式合成套管已得到实际应用。为了抗震，套管法兰盘处一般装有振动阻尼装置。

　　谐波
　　换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，有时可能使某些金属部件和油箱产生局部过热现象。在有较强漏磁通过的部件要用非磁性材料或采用磁屏蔽措施。谐波磁通所引起的磁致伸缩噪声处于听觉较为灵敏的频带，必要时要采取更有效的隔音措施。

　　直流偏磁
　　换流器触发时刻的间隔不等，交流母线正序二次谐波电压和与直流线路并行的交流线路的感应作用等将在换流变压器阀侧绕组电流中产生直流分量；接地极入地电流引起的地电位变化会在交流侧绕组电流中产生直流分量，二者共同使换流变压器产生直流偏磁现象。使在铁芯的B－H曲线上的运行工作点绕行轨迹偏离对称状态，部分进入一侧的饱和段，励磁电流分量出现一个半波的尖峰波形，使变压器的损耗、温升以及50Hz的噪声(正常时基波噪声频率为100Hz)都有明显增加，应在换流变压器设计中充分考虑。

　　有载调压
　　换流变压器应具有较多的有载调压开关，利用调压开关可使直流输电系统经常运行在接近最佳状态，换流器触发角运行在适当的范围内，以兼顾到运行的安全性和经济性。分接开关的调压范围一般为20－30%，每档调节量为1%－2%，以达到分接开关调节和换流桥触发控制联合工作，做到既无明显的调节死区，又可避免频繁往返动作。

Answer 2

1、变压器的工作原理如图所示：

在一次绕组上外施一变流电压U1便有I0流入，因而在铁心中激励一交流磁通φ，磁通φ同时也与二次绕组匝链。由于磁通φ的交变作用在二次绕组中便感应出电势ez。根据电磁感应定律可知，绕组的感应电势正比于安的匝数。因此只要改变二次绕组的匝数，便能改变电势ez 的数值，如果二项绕组接上用电设备，二次绕组便有电压输出，这就是变压器的工作原理。
假设初次、次级绕组的匝数分别为W1,W2,当变压器的初级接到频率为f，电压为V1的正弦变流电源时，根据电磁感应原理，铁心中的交变磁通φ将分别在一、二次绕组中感应出电势。一次绕组感应电势为：e1 - W1*dφ/dt 式中的dφ/dt为磁通的变化率，负号表示磁通增大时，电势e1的实际方向与电势的正方向相反。如果不计漏阻抗，根据回路电势平衡规律可得：
U1=- E1 其数值V1=E1=4.44 *f * W1*φm (1)
在二次侧同理可以得出：
U2= E2= 4.44* f* W2*φm
(2) 由（1），（2）式之比得
U1/U2 = E1/E2 = W1/W2 = K
式中K就是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一次侧电压变到需要的二次电压。
电力系统普遍采用三相制供电。因而实际应用得最广的是三相变压器，三相变压器在三相负载平衡时的运行情况基本上与单相变压器相同。
2、变压器的主要参数：
<一>额定电压
变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生电压。
变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级（kV）为0.38 、3、6、10、15（20）、35、63、110、220、330、500、750 输变电线路电压等级就是线路中断的电压值。因此，连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端（电源端）电压考虑了线路的压降将此等级电压高，35kV以下电压等级的始端电压比电压等级要高50％。而35kV及以上的要高10％。因此，变压器的额定电压也相应提高，线路始端电压值（kV）0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550 由此可知高压额定电压等于始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压（电压等级）的变压器为降压变压器。
变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为10kV及以下系列，35kV系列，63kV系列，110kV系列和220kV系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。
<二> 额定容量：
变压器的主要作用是传输电能，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。
双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量，（由于变压器的效率很高，通常一，二次侧的额定容量设计成相等）
多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其额定容量为量大的绕组额定容量；当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指量大的容量。
我国现在变压器的额定容量等级是按≈1.26的倍数增加的，如容量有100、125、160、200……kVA等，只有30 kVA和63000 kVA以外的容量等级与优先数系有所不同。
1967年以前变压器的额定容量等级是按R8=8≈1.33倍数增加的R8容量系列。
对于单相变压器SN =IIN^2 * U1N*(10)^-3 = U2N * I2N*10^-3(kVA)
对于三相变压器SN= *U1N *I1N * 10^-3=√3 *U2N *I2N *10^-3(kVA)
变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大，损耗增大；电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量必小。电压高的容量必大。
<三>额定电流
变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的系数（单相为1，三相为 ）,而并得的电流经绕组线端的电流。
因此变压器的额定电流就是各绕组的额定电流，是指线电流，也以有效值表示（要注意组成三相的单相变压器）
<四>额定频率
额定频率是指对变压器所设计的运行频率，我国标准规定频率为50HZ。
<五>空载电流和空载损耗
空载电流是指当向变压器的一个绕组（一般是一次侧绕组）施加额定频率的额定电压时，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流I。其较小的有功分量Ioa用以补偿铁心的损耗，其较大的无功量Ior用于励磁以平衡铁心的磁压降。
空载电流Io＝
通常Io以额定电流的百分数表示：Io%=(Io/IN) *100= 0.1~3%
空载电流的有功分量Ioa是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗Po，即指当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。
<六>阻抗电压和负载损耗
双绕组变压器当一个绕组短接（一般为二次侧）另一绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz，多绕组变压器则有任意一对绕组组合的Uz。通常阻抗电压以额定电压百分比表示
Uz%=(Uz/UN)*100%(且应折算到参考温度)
一个绕组短接（一般为二次）。另一绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗PR.
负载损耗＝最大一对绕组的电阻损耗＋附加损耗
附加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度。
<七>温升和冷却方式
温升，变压器温升，对于空气冷却变压器是指测量部分的温度与冷却空气温度之差；对于水冷却变压器是指测量部分的温度与冷却器入口处的水温之差（一般按运行在海拔高度1000m及以下）
油浸式变压器线圈和顶层油温升限值是这样得来的,因为A级绝缘在98℃产生的绝缘损坏为正常损坏，而保证变压器正常寿命的年平均气温是20℃，线圈最热点与其平均温度之差为13K，所以线圈温升限值为98-20-13＝65K。
油正常运行的最高温度为95℃，最高气温为40℃，所以顶层油温升限值为95-40＝55K.本回答被网友采纳