邱 偉 劉 燕 王 濤

（1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣州 510080； 2.西安西電變壓器有限責(zé)任公司，西安 710077）

換流變壓器的高頻傳輸特性主要取決于繞組和鐵芯的寄生分布參數(shù)—換流變壓器的阻抗及各區(qū)域的電容值。而換流變壓器的阻抗為技術(shù)規(guī)范要求的定值，但各區(qū)域的電容值則與換流變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方式有關(guān)。因此，研究換流變壓器的高頻特性就是研究換流變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置方式對(duì)其各區(qū)域電容值的影響。換流變壓器高頻相關(guān)特性的測(cè)量可用寬頻阻抗測(cè)試儀測(cè)量頻率與換流變壓器阻抗及相位角之間的關(guān)系。

1 換流變壓器各區(qū)域電容計(jì)算

目前，大容量換流變壓器的線圈排列方式主要有兩種：從內(nèi)到外依次為調(diào)壓線圈-網(wǎng)側(cè)線圈-閥側(cè)線圈或閥側(cè)線圈-網(wǎng)側(cè)線圈-調(diào)壓線圈，圖1為換流變壓器典型的內(nèi)部繞組排列結(jié)構(gòu)。出于經(jīng)濟(jì)和布置方便等因素考慮，目前換流變壓器主要采用調(diào)壓-網(wǎng)側(cè)-閥側(cè)的排列方式。

圖1 換流變壓器典型繞組布置方案

以南網(wǎng)公司某工程高端換流變壓器 ZZDFPZ- 239800/500-800 為例，其繞組實(shí)際排列方式為調(diào)壓線圈-網(wǎng)側(cè)線圈-閥側(cè)線圈，通過計(jì)算模擬軟件分析計(jì)算其各區(qū)域電容值見表1。為比較不同排列結(jié)構(gòu)下的電容值，我們也采用相同軟件和計(jì)算方法在保證變壓器基本參數(shù)不變的情況下，對(duì)采用閥側(cè)線圈-網(wǎng)側(cè)線圈-調(diào)壓線圈的排列結(jié)構(gòu)的換流變壓器電容進(jìn)行計(jì)算，并列入表1進(jìn)行對(duì)比。

表1 換流變壓器各區(qū)域電容計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出，改變繞組排列順序，變壓器網(wǎng)側(cè)繞組和閥側(cè)繞組的對(duì)地電容值將發(fā)生較大變化：當(dāng)繞組排列采用閥-網(wǎng)-調(diào)時(shí)，其網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)地電容值為調(diào)-網(wǎng)-閥方案的0.4～0.6 倍左右，閥側(cè)繞組對(duì)地電容值為調(diào)-網(wǎng)-閥方案的1.5 倍左右，網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)閥側(cè)繞組電容值與調(diào)-網(wǎng)-閥方案數(shù)值較為接近。

2 換流變壓器各區(qū)域電容測(cè)量結(jié)果

采用自動(dòng)平衡電橋法對(duì)該臺(tái)換流變壓器的實(shí)際電容測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。從數(shù)據(jù)對(duì)比分析來看，計(jì)算值與測(cè)量結(jié)果基本相當(dāng)，也驗(yàn)證了程序計(jì)算的準(zhǔn)確性和方法的合理性。

表2 換流變壓器各區(qū)域電容試驗(yàn)結(jié)果

由于換流變壓器的各區(qū)域電容為諧波電流提供入地通路，高壓直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)諧波電流有著非常重要的影響。準(zhǔn)確計(jì)算電容量的大小，為直流系統(tǒng)選取合適的濾波器參數(shù)有著非常重要的工程意義。

3 換流變壓器各區(qū)域電容測(cè)量結(jié)果

目前，主要采用進(jìn)口寬頻阻抗測(cè)試儀對(duì)換流變壓器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)換流變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定響應(yīng)接線方式，完成高頻阻抗測(cè)量試驗(yàn)。

3.1 寬頻阻抗測(cè)試原理

寬頻頻阻測(cè)試采用正電壓－電流法，按照阻抗定義直接求取電壓對(duì)電流之復(fù)數(shù)比，以求得阻抗值，又稱復(fù)數(shù)伏安比法。通常用一個(gè)恒流源來提供固定的電流值。用電壓表分別測(cè)出被測(cè)件和同類標(biāo)準(zhǔn)器上的端電壓，即可求得被測(cè)的電阻、電容或電感值。如果僅用標(biāo)準(zhǔn)電阻器作為標(biāo)準(zhǔn)，則可求得被測(cè)件阻抗的絕對(duì)值│Z│（模值）。電壓表上可直接以R、L、C或│Z│來標(biāo)定，這樣就構(gòu)成了直讀式RLC 表或阻抗表。

3.2 寬頻阻抗測(cè)試設(shè)備

寬頻阻抗測(cè)試儀原理圖如圖2所示，這類阻抗表是直讀式儀器，使用十分方便，工作頻率范圍可達(dá)幾十至幾百兆赫。

圖2 寬頻阻抗測(cè)試儀原理圖

3.3 換流變壓器高頻特性測(cè)試結(jié)果

雙繞組換流變壓器與三繞組換流變壓器接線方式是不同的。以該雙繞組換流變壓器為例，進(jìn)行高頻特性FRA 及雜散電容測(cè)量試驗(yàn)的網(wǎng)側(cè)繞組接線方式如圖2所示。

圖3 雙繞組換流變壓器網(wǎng)側(cè)A 對(duì)網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)B 接線示意圖

該換流變壓器寬頻特性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果—幅頻特性曲線和相頻特性曲線分別見圖4至圖9。

圖4 網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)的幅頻特性曲線

圖5 網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)的相頻特性曲線

圖6 閥側(cè)繞組首段對(duì)閥側(cè)繞組尾端幅頻特性曲線

圖7 閥側(cè)繞組首段對(duì)閥側(cè)繞組尾端相頻特性曲線

圖8 閥側(cè)繞組對(duì)網(wǎng)側(cè)繞組幅頻特性曲線

圖9 閥側(cè)繞組對(duì)網(wǎng)側(cè)繞組相頻特性曲線

4 結(jié)論

通過理論分析，認(rèn)為影響換流變壓器高頻特性的主要的分布參數(shù)和決定因素是換流變壓器內(nèi)部繞組的布置方式和絕緣結(jié)構(gòu)，并以某工程實(shí)際使用換流變壓器為例進(jìn)行了計(jì)算和測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了程序計(jì)算的正確性和計(jì)算方法的合理性。同時(shí)對(duì)兩種不同繞組排列結(jié)構(gòu)的換流變壓器關(guān)鍵部位電容進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)改變繞組排列順序后，變壓器網(wǎng)側(cè)繞組和閥側(cè)繞組的對(duì)地電容值將發(fā)生較大變化：當(dāng)繞組排列采用閥-網(wǎng)-調(diào)時(shí)，其網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)地電容值為調(diào)-網(wǎng)-閥方案的0.4～0.6 倍左右，閥側(cè)繞組對(duì)地電容值為調(diào)-網(wǎng)-閥方案的1.5 倍左右，網(wǎng)側(cè)繞組對(duì)閥側(cè)繞組電容值與調(diào)-網(wǎng)-閥方案數(shù)值較為接近。。最后又給出了該臺(tái)換流變壓器的實(shí)際高頻特性測(cè)量結(jié)果，為工程解決高頻干擾對(duì)換流變壓器影響及直流系統(tǒng)危害積累了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。