换流变概述

厂区鸟瞰,换流变压器简介,保定天威保变电气股份有限公司,2012年04月,目录,一、直流输电系统简介,二、换流变压器简介,三、直流工程简介,四、产品结构简介,五、关键设计技术简介,一.直流输电系统简介,直流输电具有输电距离远、输送容量大、线路损耗小等优点，特别适用于远距离大功率输电和区间电网互联。,直流输电系统简介,直流输电系统由两端的换流站和直流输电线路构成。如下图所示。换流站的直流端连接直流线路，交流端连接交流电网。换流站的作用是实现交流电和直流电之间的变换。交流变换成直流为整流，直流变换成交流为逆变。,直流输电系统分解示意图,三相单桥六脉换流器脉波频率是交流基波频率的6倍,换流器可由一个或数个换流单元串联组成 ，目前换流单元均采用三相桥式换流电路，原理如下图所示。,单桥六脉换流器,工程上为了获得合乎要求的平滑直流电流和电压，一般采用三相双桥12脉换流器,两桥直流端之间的电压Ud= Ud1+ Ud2,三相双桥换流器获得12脉波直流电压,直流输电系统的运行方式,全压运行,功率反送运行,降压运行,功率反送运行,功率反送运行,直流输电系统的主要优点,输送容量大，送电距离长，线中损耗低架空走廊窄，投资省。直流输电一般采用双级中性点接地方式运行，因此直流输电线路仅需要两根线，而三相交流线路需要三根线可实现非同步交流大电网间的联网,直流输电的应用领域一,大容量、远距离架空线输电 距离大于700km时，直流输电比交流输电更经济。例如：我国的葛上线直流输电工程、天广线及三峡到华东的三广线和贵广、回线均属此类。,直流输电的应用领域二,跨海输电 交流远距离输电需中间补偿，无法实现跨海输电，而直流输电则很容易。例如英法海峡联络线；我国的舟山地区和华东地区的联网等。,直流输电的应用领域三,大电网间互联-背靠背换流站 可以实现非同步电网之间的直流互联，不论哪里发生故障，将不增加交流系统的短路容量。例如：美国-加拿大东部和西部电网之间的换流站，即美国布拉斯加洲的西尼背靠背换流站；我国连接东北和华北电网的高岭背靠背换流站等,直流输电用换流变的市场前景,为了满足我国经济快速发展对电力的需求，国家制定了西电东送、南北互供、全国联网的电力发展战略。直流输电具有诸多优点，因此直流输电系统今后将有较快的发展,直流输电用换流变的市场前景,根据国家电力发展规划，以三峡送出、西电东送为契机，截至到“十一五”末期，已建成直流输电线路20余条。“十二五”期间计划建设直流输电线路约15条。建设任务非常巨大，迫切需要国产化的直流输电设备，特别是直流换流变压器。,直流输电用换流变的市场前景,对于12脉波大容量直流输电线路，每条直流线路需要单相双绕组换流变压器28台。15条线路总计需求420余台，总产值达150亿元人民币，年平均产值30亿元，因此，国内市场是非常巨大的。,在建及近期规划的直流输电工程,锦屏苏南800kV直流输电工程糯扎渡-广东800kV直流输电工程溪洛渡广东两回500kV直流输电工程哈密-郑州800kV直流输电工程溪洛渡浙西800kV直流输电工程哈密-重庆、锡盟-泰州等特高压直流输电工程淮东-成都1100kV直流输电工程（样机研制）,二.换流变压器简介,换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互变换，原理与电力变压器类似，结构比电力变压器要复杂。换流变接到与交流电网相连的换流站交流母线上的绕组通常称为网侧绕组，接到换流桥的绕组通常称为阀侧绕组。,换流变压器的作用及特点,作用 换流变压器的作用是将送端交流电力系统的功率送到整流器或从逆变器接受功率送到受端交流电力系统。,换流变的特点(与普通变压器的差别),1.短路阻抗值大。2.由于系统有降压运行的要求,网侧分接范围大(30%)左右，级数多，分接偏差要求严格.3.绝缘设计（阀侧交直流复合场）： 3.1阀侧绕组耐受直流外施电压试验. 3.2.阀侧绕组耐受极性反转电压试验.4.阀侧绕组及网侧绕组有谐波电流的影 响.5.有直流偏磁.6.在结构上由于阀侧套管要深入到阀厅中,为了防止换流变发生事故时殃及到阀体,所以阀侧套管采用干式套管.,3相/3绕组,单相/2绕组,单相/3绕组,3相/2绕组,直流输电系统常见换流变压器的种类,换流变压器选择方案,阀厅截面图,三.溪洛渡直流工程简介,项目总体概述一般采用单十二脉动阀组接线。与每个12脉动桥相连的有6台换流变压器，其中3台换流变压器的阀侧绕组为星形连接，另外3台采用三角形连接。从高压端到低压端的换流变压器阀侧绕组连接方式为星形接线三角形接线。 。,换流变压器额定参数,项目 换流站换流变容量(单相双绕组换流变)MVA 317.6换流变短路阻抗 16.5% 换流变网侧绕组额定(线)电压kV 525换流变阀侧绕组额定(线)电压kV 210.5换流变分接开关级数 +18/-6 分接开关的分接间隔 1.25%,换流变压器绝缘水平,换流变压器铁心采用单相四柱式（两主柱并联），全斜无孔绑扎心式结构，采用进口优质、低损耗、高导磁晶粒取向冷轧电工钢带，六级阶梯接缝叠装，铁心内部加橡胶板以降低噪声。铁心柱各级台阶用撑条撑紧，使铁心绑扎更加牢固和圆整，同时使线圈受到均匀有效的内支撑。变压器铁芯和夹件通过箱盖的端子盒引出并可靠接地，接地处有明显的接地符号或“接地”字样。,四、产品结构简介铁心结构,换流变器身绝缘结构,排列方式：铁心调压线圈网侧线圈阀侧线圈 铁心阀侧线圈网侧线圈调压线圈,网侧线圈、阀侧线圈均为端部出线结构，阀侧线圈为全绝缘结构,换流变器身绝缘结构,器身采用整体套装垫块压紧结构，所有绕组分别套在两个主柱上。采用层压纸板材料制做分瓣压板。绝缘筒采用数层1mm厚的绝缘纸板对接。阀侧绕组为全绝缘结构，上下端分别采用了成型角环绝缘件。网侧绕组首端为500kV端部出线结构，首末端也采用了适量的成型角环。器身整体再利用上下夹件的定位装置分别与箱盖和箱底用树脂浇注成一个整体，从而有效的固定器身，实现了“六向定位”，保证器身在运输过程中不发生相对位移。采用先进的套装和压装工艺，使整个器身紧固可靠，有效地提高了产品的抗短路能力。应用计算机程序对线圈间主绝缘结构、端部绝缘结构进行电场计算和优化处理，避免局部场强集中，降低局部放电量，使各个部件均具有足够的绝缘强度和可靠的绝缘裕度。,换流变器身绝缘结构,换流变压器无论是阀侧还是网侧绕组端部都需要放置多层成型角环。角环的设计角度是严格按照全域电场计算结果来进行设计的，要求与等位面平行，即与电力线垂直。角环装配时要求平整放置，加压后不允许出现“鸭脖子”区域。为了保证爬电距离，相邻两层角环安装时，其搭接位置要使坡口形成“Z”路径。当两角环的搭接位置无法形成“Z”路径，而是单向爬电路径时，则坡口左右之间应该错开一定的距离。,线圈结构,网侧线圈：换流变压器的网绕组将承受全波1550kV 的雷电冲击水平, 网绕组必须具有良好的冲击特性。为此, 网侧绕组采用纠结连续式, 绕组首端若干段为纠结段,采用组合换位导线绕制。阀侧线圈：阀侧绕组要经受住约1550kV 的全波雷电冲击水平的考核, 阀绕组为内屏蔽连续式, 采用组合换位导线(首末端若干个饼的导线带屏蔽线) 绕制, 该绕组采用纵向电容分区补偿结构, 具有良好的冲击电压分布, 设计中严格控制场强分布, 确保绕组内不发生局部放电。调压线圈：采用螺旋式结构，匝间和段间均无油道。调压分接之间增加氧化锌避雷器，确保纵绝缘的可靠性。,网侧线圈纠结段结构,阀侧线圈屏蔽段结构,换流变油箱结构,油箱为桶式结构，平顶箱盖，箱壁加磁屏蔽。平顶箱盖进行预处理，形成一定弧度，不会形成积水，并保证油箱内部无有窝气死角。箱壁为钢板拼接而成，条形加强铁。箱底布置有降低噪声的橡胶隔音板。,油箱三维示意,换流变冷却系统,本产品采用ODAF（带油导向的强油风冷）冷却方式，此方式主要的优点就在于线圈中的油流导向能够提高冷却性能。热点温升得到降低，绝缘件的热老化得以减缓。本产品采用4组风冷却器，风机为电子换向直流风机，智能调速，有备用冷却容量无常规意义上的备用风机，挂于变压器本体。,五、关键设计技术,换流变压器技术代表着当今世界变压器领域的最高技术，为一种高技术含量、高附加值的特型产品，涉及到多项关键技术，主要有：产品结构形式的分析研究；阀侧的工频、冲击等过电压的计算分析；直流耐受电压对变压器绝缘的影响；直流极性反转试验对变压器绝缘的影响及电场计算；谐波、直流偏磁电流对变压器的影响；空载、负载损耗、温升和噪声的计算方法等。,交流电场 直流电场 介电常数的比 电阻率的比,交流电场和直流电场,交流场 直流场,交流场和直流电场的计算,交流场 直流场,交流场和直流电场的计算,UDC,B,A,C,D,t,A: t=0s (DC) B: t=60s(PR) C: t=2700s D: t=5400s,换流变压器极性反转场的计算,全波冲击时的饼间梯度分析,截波冲击时的饼间梯度分析,磁场的研究,换流变压器的漏磁分布路径非常复杂, 很容易在某些金属结构件上因漏磁( 由基波电流和谐波电流共同产生) 过于集中而使局部涡流损耗密度很大,产生局部过热, 从而影响产品的安全运行。为此需要进行漏磁计算分析。左图为箱壁中漏磁计算结果, 并根据计算结果采用合理的磁屏蔽结构措施, 有效地降低油箱上的杂散损耗。根据铁心拉板表面和铁心夹件等结构件中的漏磁分布, 确定铁心拉板和末级铁心片合理的隔磁槽数量, 对结构件采取屏蔽措施,有效地降低其涡流损耗, 保证产品不出现局部过热现象。铁心拉板中涡流损耗密度分布如右图所示。,磁场的研究,箱壁中漏磁计算,拉板中涡流损耗密度分布,磁场的研究,直流偏磁的研究,对于换流变压器来说, 换相过程中, 由于晶闸管触发相位不相同, 造成直流分量流过换流变的阀绕组; 直流侧电流的谐波也使阀绕组中出现直流电流;大地作回路时, 也使变压器绕组中流过直流分量。以上的直流磁通造成换流变铁心严重饱和, 励磁电流畸变严重, 产生大量谐波, 造成换流变无功损耗增加, 输电系统电压降低, 甚至造成系统保护误动作。由于磁通高度饱和, 换流变本身铁心漏磁会非常严重, 可能导致内部金属结构件的局部过热, 破坏绝缘系统, 甚至降低产品使用寿命。,直流偏磁的研究,换流变的设计应满足有关直流偏磁电流的要求。该直流电流影响的结果是造成铁心不对称的饱和（见如下图）。右边的有直流偏磁而左边的没有。,直流偏磁的主要影响,空载电流的增加空载损耗的增加噪声的增大 考虑空载损耗及噪声水平的提高。需要在铁芯中增加了额外的冷却油道以防止铁芯过热，铁心级间增加橡胶垫来降低噪声。 经验表明直流偏磁电流将使换流变压器的空载损耗增加了近20%。另外将增大大约22dB的噪音。这些影