换流变压器介绍
高压直流输电下换流变压器的性能分析
高压直流输电下换流变压器的性能分析引言：随着电力系统的发展和需求的增长，高压直流输电技术逐渐得到广泛应用。
而在直流输电系统中，换流变压器是一个关键的设备，用于实现交流与直流之间的能量转换。
本文将对高压直流输电下的换流变压器进行性能分析，包括热特性、失效机理和寿命预测等方面。
一、热特性分析1. 温升特性：换流变压器在高压直流输电中会产生较大的电流和磁场，从而导致温升。
温升直接影响着变压器的工作温度和寿命。
因此，必须对变压器的温升特性进行分析。
可以通过数值计算、仿真模拟或实验测试来获得变压器的温升情况。
同时，考虑到换流变压器的复杂性和大型化，设计中应该合理选择冷却系统、冷却介质和散热方式。
2. 等值电路模型分析：为了更好地评估换流变压器的性能，建立一个准确的等值电路模型非常重要。
等值电路模型可以反映变压器的电气特性和磁滞特性等，用于分析变压器的损耗和效率。
常用的等值电路模型包括电阻、电抗、电容元件以及磁滞环等。
通过适当的参数调整和拟合，可以使得模型更加准确地描述换流变压器的工作情况。
二、失效机理分析1. 电击击穿：高压直流输电系统中，由于系统电压较高，会导致电击击穿现象。
电击击穿主要是指在电气设备的绝缘部分形成电弧或电晕放电，破坏绝缘强度。
对于换流变压器而言，电击击穿可能发生在绝缘材料、绝缘油的介质强度等方面。
因此，需要进行电击击穿分析，以避免电气设备的失效。
2. 热失效：因为高压直流输电系统中的大电流会导致变压器发热，加剧绝缘材料内部的热应力和热老化。
长期高温会导致绝缘材料的物理性能下降，甚至发生热失效。
为了避免热失效，需要进行热稳定性分析，并选择合适的绝缘材料和冷却系统来降低变压器的工作温度。
三、寿命预测1. 失效模型：为了预测变压器的使用寿命，需要建立失效模型。
失效模型主要是通过研究绝缘材料的老化规律、电压电流的应力以及环境因素等，来评估变压器的可靠性和寿命。
常用的失效模型包括Arrhenius模型、微观损伤模型、剩余寿命模型等。
换流变压器结构
换流变压器结构引言换流变压器是一种用于直流输电系统的关键设备，它起到将交流电转换为直流电的作用。
在直流输电系统中，换流变压器的结构设计至关重要，它直接影响到系统的安全性、可靠性和效率。
本文将对换流变压器的结构进行全面、详细、完整和深入的探讨。
换流变压器的基本结构换流变压器由变压器油箱、高压绕组、低压绕组、换流阀及相关附件组成。
变压器油箱变压器油箱是换流变压器的外壳，通常采用钢板焊接而成。
它起到保护内部元件的作用，同时提供足够的机械强度和防护等级，防止外界的电磁干扰和渗水。
高压绕组高压绕组是换流变压器中的主要部分，它由大量的线圈组成，布置在铁芯上。
高压绕组用于将交流电源转换为直流电压，并经由换流阀输出。
低压绕组低压绕组是换流变压器中的另一个重要部分，它位于高压绕组的附近。
低压绕组用于输送电流，将直流电流从换流阀返回到系统。
换流阀换流阀是换流变压器中的核心部件，它起到将交流电转换为直流电或反之的作用。
换流阀通常由多个晶闸管组成，通过控制晶闸管的导通和关断实现电流的方向改变。
相关附件换流变压器还包括一些相关的附件，如冷却系统、监测和保护系统、控制系统等。
这些附件起到辅助和保护的作用，提高换流变压器的性能和可靠性。
换流变压器通过不断地控制换流阀的开关状态，将交流电转换为直流电或反之。
其工作原理可以简述如下：1.高压绕组接收交流电源输入，将交流电转换为高压直流电。
2.高压直流电经由换流阀输出到输电线路。
3.低压绕组接收经过输电线路返回的直流电流，将其转换为低压直流电。
4.低压直流电通过换流阀输出到系统。
5.通过控制换流阀的导通和关断，实现电流的方向改变。
换流变压器的性能要求换流变压器的性能要求非常严格，主要包括以下几个方面：可靠性换流变压器在输电系统中起到关键作用，因此其可靠性是非常重要的。
它需要能够长时间稳定运行，保证系统的可靠供电。
效率换流变压器应尽可能地提高能量转换效率，减少能量损耗。
高效的换流变压器能够节约能源，并减少对环境的影响。
特高压工程用换流变压器简介
（ ）直 流偏 磁 ：损 耗 、温 升及 噪音 都有所 增加 。 ５
（ ）试 验 ： 除进行 交 流变 的试 验外 ，还要 进 行 ６
直流 耐压 及局放 试验 、极 性反转 试验 等 。
２ 常规换 流变压器型式方案 比较
（ ）绝缘 ：换流 变 阀侧绕 组 既要 承受 交流 电压 ２
表 １
特 高压换 流变 压器 短路 阻抗选择 （ ） 流变压 器 的阻抗 高 于正常交 流变压 器的 ２ １换 倍 ，这 不 仅是 为 了根 据 阀承 受短 路 的能力 限制 短 路
电流 ，同时还 为 了限制换 相期 间阀 电流 的上升 率 。
特 高压工 程 用换 流变 压器简 介 ４向家坝一 上 海工 程换 流变 额 定参 数一 览 ： 换流变 压器 Ｙ Ｙ （ ０ ｋ － １ ８ ０ Ｖ端 ） 换 流变 压 器 Ｙ Ｙ ， －２
３ 连 接 方 式
３ １ 换流 变压 器 与 电力 系统 的连 接方 式 ．
（ ）换流 变 压器 作 为换 流站 的主要 设 备 ，一 侧 １ 与交 流系 统相 连 、另一侧 通过 换流 阀与直 流 系统相
连。
６
特 高压 工程用 换流变 压器 简介 （ ）直 流输 电系统 中把连 接在 直 流输 电线 和 换 ２ 运输 问题 。
（ ）通 常采用 单相 双绕 组 ， Ｙ接换流变 和 Ｙ ４ Ｙ Ｄ接
图 ２
４ 特 高压 换 流 变 压 器 的主 要 技 术特 点
４ １ 影响换 流变压 器尺寸 的主要 因素 ．
（ ）额 定 功率 是最 主要 的因素 ：容 量越 大尺 寸 １
越大 ，因此特 高压换 流变压器 可 以采 用双 ｌ ２脉动 换
对 换 流 变 内电场分 布 进行 了比较 ， 阐述 了换 流 变压 器绝缘 的设 计原 则 ，分析 了换 流变压 器 的直 流偏 磁 电流 ，
换流变压器的工作原理
换流变压器的工作原理好啦，今天咱们来聊聊换流变压器，听起来是不是有点高深莫测？别担心，咱们用最简单的方式来解读它。
你得知道，换流变压器的名字可不复杂，它的工作原理也并没有你想的那么神秘。
它就是在电力系统里变电压、转换电流方向的小“魔术师”！是的，你没听错，它能把电流的方向“换个样”，而且电压也能随它高低起伏。
不过，别急，咱们一个一个来，慢慢说清楚。
大家应该都知道，电力系统里面，电压和电流是非常关键的两个东西。
电压高，电流就会低，反之亦然。
一般情况下，我们的电网是要通过变压器来调节电压的，但对于换流变压器来说，它除了调节电压之外，还有一个更特别的任务——它能让电流方向发生变化。
咋回事呢？别着急，听我细细给你解释。
咱们要从交流电说起。
交流电的特点就是电流的方向会周期性地反转，也就是说，它会来回走，走着走着就“换个方向”。
但有些时候，我们需要让电流一直朝一个方向流动，这时候就需要换流变压器来帮忙了。
比如说在高压直流输电（HVDC）系统中，电流就得一直往一个方向走，这时候，换流变压器就派上用场了，它能帮助交流电变成直流电，让电流听话地朝一个方向“跑”。
怎么做到的呢？换流变压器内部有一套非常复杂的装置，能够通过电气设备的切换，把交流电“转换”成直流电。
想象一下，你在家里的插座上插入一台电器，插座是交流电源，电器里可能有电路板需要直流电，没错，就是换流变压器会悄悄在中间帮你“换个频道”。
这样，电器就能顺利工作，不管你插座里的电是“来来回回”的交流电，还是直来直去的直流电。
是不是听起来像是在做一场神奇的电流“大变身”？换流变压器并不是万能的，它也有自己的局限性。
比如说，它的体积比较大，重量也不轻，所以安装的时候得特别小心。
要是放错地方，可能就得“费劲儿”才能搬走。
更别提它的工作原理了，涉及到的电路和磁场，听起来就不简单。
所以，这东西的价格也不便宜。
你以为它是个“魔术师”，其实它背后可是得靠一堆技术、材料和设备才能保证它“魔术”的成功。
±800kV直流换流变压器
±800kV直流换流变压器一、产品简介特高压直流输电建设已成为国家的一项重大技术装备政策，随着我国电力事业的发展，我国高压直流输电线路电压等级已经从±500kV全面迈向±800kV等级。
目前国家电网公司和南方电网公司已经先后完成并投运三个±800kV项目，工程额定输送容量从最初南网公司云广项目的5000 MW 、国网公司向上项目的6400 MW、发展到国网公司锦屏项目的7200 MW，两个±800kV项目正在建设，南网公司输送容量糯扎渡仍为5000 MW，国网公司哈郑项目已经发展到8000MW，为目前世界上该电压等级最高直流输电项目中，输送容量最大的直流项目。
云南至广东直流输电工程的发送端位于云南省楚雄换流站，接受端位于广东省穗东换流站，直流输电距离约为1418公里。
额定直流运行电压为±800kV，额定直流电流为3125A，输送容量5000MW。
云广直流工程采用双十二脉动阀组串联接线。
换流变压器电气接线如图1所示。
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应为星形连接，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依次为星形接线－三角形接线－星形接线－三角形接线。
图1 换流变压器电气接线示意图图2 ±800kV直流换流变压器其中Y H、D H表示高端换流变，Y L、D L表示低端换流变。
二、技术介绍（一）产品技术特点与±500kV直流输电比较，更加节能、环保、高效，建设成本降低。
1) ±800kV直流输电与两个±500kV直流输电比较：a、换流站投资少，总体损耗小。
b、输电线路走廊窄，占地面积小。
c、输电线路造价低, 输电用电缆少一半。
±800kV输电线路及换流变压器与两个±500kV输电线路及换流变压器对比如下表：2）±800kV直流换流变压器产品采用全密封结构，变压器油无渗漏的特点，对环境无污染，符合国家环保政策的要求。
换流变压器
一、换流变压器1、定义：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。
2、换流变压器在直流输电系统中的作用：（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的雷电冲击过电压波起缓冲抑制的作用。
3、换流变压器的特点及要求：（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，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）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,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。
换流变压器
4、有载调压
为了补偿换流变压器交流网侧电压的变化以及将触发角运行在适 当的范围内以保证运行的安全性和经济性，要求有载调压分接开 关的调压范围较大，特别是可能采用直流降压模式时，要求的调 压范围往往高达20% ~ 30%。
5、直流偏磁
运行中的换流变压器阀侧及交流网侧绕组的电流，包含有直流分 量，使换流变压器产生直流偏磁现象，导致变压器损耗、温升及 噪音都有所增加。
2.换流变压器双边插入阀厅布置 （雷同单边插入） 3.换流变压器脱开阀厅布置 （与单边插入相反）
四、实例
葛南及天广直流工程换流变压器的结构型式有以下几种方案
1）方案Ⅰ单台容量过大, 无法解决运输问题,备用容量也很不经济 2）方案Ⅱ在技术经济上较方案Ⅲ优越,台数少, 每台变压器均可将阀套管 伸入阀厅,大大简化换流变压器入阀厅引线和节省占地面积。 但是方案Ⅱ 单台变压器运输重量达420 t , 运输尺寸3. 7 m×10.5 m×5.6 m。 3）方案Ⅲ变压器单台运输重250t。运输尺寸3.3m×9.5 m×4.7 m
整体结构
高压套管 ABB GOE components 中性点套管 ABB components
冷却器
储油柜
阀侧套管
ABH GGF components
梯子
千斤顶
快速压力释放发
器身结构
HV 屏蔽管
直流输电中的换流变压器
上篇第一章換流變結構一、換流變概述通常，我們把用於直流輸電的主變壓器稱為換流變壓器。
它在交流電網與直流線路之間起連接和協調作用，將電能由交流系統傳輸到直流系統或由直流系統傳輸到交流系統。
換流變壓器是超高壓直流輸電工程中至關重要的關鍵設備，是交、直流輸電系統中換流、逆變兩端介面的核心設備。
直流輸電系統的接線方式有多種，目前常見的接線方式如圖1-1所示。
圖1-1兩個六脈衝換流橋構成一個單極十二脈動接線，這兩個六脈衝換流橋分別由Yy 與Yd 聯結的換流變壓器供電。
兩個單極疊加在一起構成一個雙極。
每極所用的換流變壓器可以由下述方式實現，兩臺三相雙繞組變壓器（一個Yy 聯結，一個Yd 聯結）或三臺單相三繞組變壓器（一個網側繞組和兩個閥側繞組，一個Y 接，一個D 接）或六臺單相雙繞組變壓器（三個Yy 單相，三個Yd 單相）。
由建設規模的大小及直流電壓等級可以確定換流變壓器的大致型式。
選擇不同的型式主要受運輸尺寸的限制，其次是考慮備用變容量的大小，當然，備用變容量越小越經濟。
當直流輸送容量較大時可採用每級兩組基本換流單元的接線方式，此種接線方式有串聯和並聯兩種方式。
如目前在建的±800kv 專案即採用了串聯方式，其基本接線原理見圖2。
圖1-2800（HY ）600（HD ）400（L Y ）200（LD ）圖1-3 單相雙繞組換流變壓器外形圖1-4 單相三繞組換流變壓器外形圖1-5 雲廣±800kV專案高端（800kV）換流變壓器外形二、繞組的常見類型換流變中的繞組按照其連接的系統不同，通常可分為連接交流系統的網繞組及調壓繞組；連接換流閥的閥繞組。
繞組的排列方式通常有以下兩種：鐵心柱→閥繞組→網繞組→調壓繞組；鐵心柱→調壓繞組→網繞組→閥繞組。
1.網繞組目前，我公司的網繞組主要採用軸向糾結加連續式結構。
與傳統的糾結或內屏連續式不同，軸向糾結採用特殊的階梯導線繞制n個雙餅構成n/2個糾結單元。
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换流变压器介绍
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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。
据悉，美国的一个工程技术团体已开发出一种新型变压器。
该变压器是用“固体”技术设计的，可取代已有百年历史的油浸电力变压器。
它主要依赖于半导体元件(如晶体管和集成电路)来取代常规变压器中的铜线圈和铁芯，此项研究由总部设在瑞士苏黎世的工程技术公司发起，预计这种变压器在未来10年内可开始取代现有技术。
固体变压器的优点是确保供电稳定，并可节能，减少供电装置(如电力机械)实际所需的电流量，降低与电网输电有关的损耗。
另外，因为它不含绝缘矿物油，还有利于改善环境。