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换流变压器与电力变压器的比较分析
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3秒自动关闭窗口图2-4单相双绕组换流变压器外形图2-5单相三绕；3.1电力变压器；3.1.1电路模型；对于变压器模型，T型等效电路及其近似等效电路是最；图3-1电力变压器电路模型；T型等效电路把漏磁作用作为漏抗压降处理，把励磁作；3.1.2互感支路模型；变压器亦可以磁路为线性，用具有自感和互感的藕合电；图3-2变压器互感支路模型；在20世纪50年代这种变压器互感支路模型就
图2-4 单相双绕组换流变压器外形
图2-5 单相三绕组换流变压器外形 3
换流变压器与电力变压器的模型比较
3.1 电力变压器
3.1.1 电路模型
对于变压器模型，T型等效电路及其近似等效电路是最简单、最常见的模型，如图3-1所示。
图3-1 电力变压器电路模型
T型等效电路把漏磁作用作为漏抗压降处理，把励磁作用用励磁阻抗表示，如图3-1(a)所示。T型等效电路一般只能在稳态计算中运用，如果将励磁电抗做非线性处理，即变压器铁芯的B-H曲线，那么在T型等效电路中将漏抗变为可调电抗也可以仿真励磁涌流，如图3-1(b)所示。T型等效电路属于复联电路计算比较繁复。T型等效电路的励磁阻抗很大而励磁电流很小，为了适用工程计算需要可以进一步近似和简化，如图3-1(c)、(d)所示。图3-1(c)、(d)这类简化的模型若考虑了变压器或传输线的电容效应，故可以用来对变压器的高频响应进行分析。
3.1.2 互感支路模型
变压器亦可以磁路为线性，用具有自感和互感的藕合电路来表示，如图3-2(a)所不。
图3-2 变压器互感支路模型
在20世纪50年代这种变压器互感支路模型就被提出来了，这种分布参数模型考虑了绕组各部分间甚至匝间的自感和互感，
后又经过多次改进可得到较为准
确的数值。自感和互感减去一组相当于变压器的漏感的自互感值，如图3-2(b)所示，图3-2(b)中的各个电气量都用的不是归算值而是实际值。所以，一般情况下这类互感支路模型没有考虑铁芯的非线性及铁芯的损耗，存在一定局限性。
3.1.3 磁路模型
变压器是完成电磁转换的设备，通过磁路连接一次侧和二次侧，所以利用磁路可以更方便地描述变压器铁芯的持性。单相变压器磁路如图3-3(a)所示，磁路等值回路如图3-3(b)所示。
图3-3 变压器磁路模型
这种变压器磁路模型一般用集中参数的磁路描述变压器铁芯的特性，然后可根据电磁关系将磁路模型转换为用自感和互感表示的电路参数进行计算。对于三相三柱和三相五柱变压器，就可以用这一方法建立变压器模型。利用磁路模型可以较为准确的对变压器磁特性的进行计算，尤其是可以方便、精确的描述变压器铁芯的非线性特性。
3.2 换流变压器
3.2.1 数学模型
设换流变压器有k个绕组，各绕组的电流向量分别为i1，i2，、、、，ik，匝数为N1，N2，、、、，Nk，对于诸电回路有:
[V]=[R][i]+[L]d[i]/dt+[c]d[Φm]/dt
[F]=[C1]T[i]
式中[V]，[C1]由各绕组匝数和变压器接线方式决定。
[V]=[R][i]+[L]d[i]/dt+[ C][P][ C1]Td[i]/dt
[V]=[R][i]+[Ls]d[i]/dt
式中，[Ls]=[L]+[C][P][ C1]T。
3.2.2 换流变压器的高频电路模型
对于变压器，在工频电压作用下它的等值电路非常简单，只包括线圈的集中电感和电阻、线圈的线匝间电容和线圈对地部分间电容值很小，可以忽略不计;而在高频电压作用下，换流变压器的等值电路将变得非常复杂，它的模型为一系列的电容、电感链，必须考虑变压器中诸如:线圈之间、段间、匝间等各元件间的藕合电容，耦合电感一其与换流变压器的线圈的结构形式、绝缘结构、绕制、厚度、布置方式等因素有着直接的联系。只有考虑这些因素计算出的换流变压器参数并利用这些参数建立的换流变压器高频电路模型才具有高频特性。
如上所述，变压器线圈的高频模型就是一个由一系列电容和电感交链在一起的等值电路模型。下面将介绍四种国内外专家在做大量研究工作基础上总结出的(换流)变压器高频模型:
1、基于匝间集合参数模型和匝对匝的集中参数模型
在传统的集中参数模型的基础上，日本学者 Yoshikazushibuya等提出将电容和电感参数以每匝为单元进行计算，而传统的集中参数模型是以两段为一单元，即将集中参数分布化。以匝为单元用计算机进行数值计算的方法必将增加计算时间，故将匝间的参数进行合并形成一支路以减少了网络的支路数，这样就大大节省了计算机的计算时间。
具体做法如下:将每匝间的L和c进行迭加得到支路中的L和C。用一个N维(N为总匝数)的电感矩阵[L]来表示所有匝数的自感和互感，这个矩阵考虑了铁芯和其它线圈中的涡流影响。所有的匝间电容、匝地电容、静电环对地电容等电容构成了电容矩阵[C]，该矩阵为为N+2维。
日本学者 Yoshikazu Shibuya等基于传统的集中参数模型，提出的匝间集合模型，以单匝为基础进行参数计算，其结果非常准确，但为了减少计算时间，并没有考虑实际的变压器绕组线圈，它们都是多导线并联绕制线圈，而且多采用纠结式结构，电容和电感值随着单匝间的并联导线的几何位置的不同而不同。
2、单根传输线模型和多导线传输线模型相结合的混合模型
IEEE资深成员 Marjan Popov、Lou van der Sluis等提出MTLM和STLM相结合的混合模型，如图3-4所示。
图3-4 线圈的段数分布及其等值电路
图3-4中的模型的建立步骤如下:第一步，通过一定边界条件和改进的连续快速傅里叶变换法(FFT法)求出每一段线圈首端的电流和电压;第二步，将在SLTM法得到的段电压和电流为已知条件，对每一段线圈应用MLTM模型，从而得到匝间的电压和电流分布。
这种多导体传输线模型和单根传输线模型相结合的混合模型，对于单匝模型方程较多，计算机运算时间较长的问题以得到克服，对于壳式变压器薄饼式线圈进行分析时，并没有根据实际的变压器电气参数进行分析，也没有考虑段间的互感。所以，这种模型对于其它形式的变压器和线圈绕组可用性并不适用。
3、段间详尽模型叠加m个段内的黑匣子模型的混合线圈模型
为了减少节点方程的个数、矩阵大小以减少计算时间和使模型更具有实用性，伊朗的 GB.Gharehpetain和德国的K.Mǘner等学者提出了段间详尽模型叠加m个段内的黑匣子模型的混合线圈模型的。该模型基本的思想是:由于一个变压器的线圈结构不会完全相同，故其电容和电感参数也不一样，可将线圈分为m个部分。
首先是应用以两段线圈为一基本单元的集中线性模型，即线圈―线圈详细模型(Coil-by-Coil Detailed Model)，但是这种模型的电容、电感、电抗等参数是通过频域测量得到，解决此问题一般采用绕组―绕组模型(Tum-to-Turn Model)，但采用这种方法时会增加节点数从而增加高维网络方程增加计算时间。
本模型中，在线圈端部增加inter coil Black Box Model，其参数也是通过频域测量得到，模型中以两段线圈为基本单元，由于两段内部的暂态特性可以通过阻抗参数反映，所示阻抗函数中的两个最重要的极点可以用两条RLC
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······换流变压器_电子测量仪器_中国百科网
换流变压器
    换流技术特点与要求
　　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、谐波、绝缘、有载调压、直流偏磁和试验等方面与普通电力变压器有不同的特点和要求。
　　1、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，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，现在的工程多采用如图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。
　　2、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。
　　3、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。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。
　　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。目前，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。
　　4、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。
　　5、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。
　　6、试验
　　换流变压器除了与普通电力变压器一样，需要进行例行试验、型式试验之外，还需进行直流电压试验、直流电压局部放电试验、直流电压极性反转试验等。换流变压器的特性
　　与普通电力变压器相比，由于运行条件不同，换流变压器具有一些特性：
　　1、存在直流偏磁问题。 直流偏磁不仅导致铁心周期性的饱和，并发出低频噪声，而且也将使得变压器的损耗和温升大幅增加；
　　2、大范围有载调压能力 当换流变压器桥臂短路时，为了限制过大的短路电流损坏换流阀，换流变压器应具有足够大的短路阻抗，即具有较大的漏电抗。同时，为满足阀侧电压随负载变化而经常变化的要求，换流变压器还具有大范围的有载调压能力，使得其有载分接头档位远多于普通电力变压器。
　　3、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。并且运行方式的多样性，增加了换流变设计的复杂性。
　　4、谐波问题 换流变压器在运行中会流过特征谐波和非特征谐波电流。这些谐波作用于变压器漏磁使得变压器杂散损耗增大，有时还会使一些金属部件和油箱产生局部过热。数值较大的谐波磁通会引起磁滞伸缩噪音，且处于声觉敏感频段，必须采取有效的隔音手段。
　　5、需要更高的绝缘裕度。 换流变压器在运行中既要承受交流电应力作用，又要承受较大分量的直流电应力作用，要求变压器绝缘尤其是阀侧绝缘对运行中的工作场强有足够的耐受裕度，其绝缘问题非常突出。换流变压器在运行中的绝缘事故在全部事故所占比例为50%左右。
　　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。
　　7、换流变压器中最常见的故障多见于线圈绝缘损坏、油纸绝缘强度降低、分接头变换器、套管以及冷却系统（泵）故障，换流变压器的故障率大约是交流变压器的两倍。对于特高压变压器而言，需要关注的是阀绕组与接地―交流绕组之间的主直流绝缘结构。目前采用的某些在线检测系统虽然能够避免发生一些可能发生的故障，但由于该系统的设计还不够成熟，不能尽早地检测出可能发生的灾难性损坏并采取纠正措施。对于首次研制的特高压换流变压器，其设计和生产可靠性必须依靠模拟试验验证，同时，这些试验结果也是设备运行后故障诊断的基础。换流变压器的作用
　　换流变压器在直流输电系统中的作用有：
　　1、传送电力；
　　2、换流变压器的漏抗可起到限制故障电流的作用；
　　3、把交流系统电压变换到换流器所需的换相电压；
　　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、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；
　　6、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。
收录时间:日 03:22:34 来源:中国测控网 作者:ckadmin2010
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