CN102013815B - 一种高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法，一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关和第一电阻，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；该换流变压器的交流侧还包括第二开关和第一选择开关，第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。本发明大大减少了乙炔气体的产生，使换流变压器的工作更为安全可靠。

Description

一种高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别是一种用于高压直流输电的换流变压器。

背景技术

高压直流输电在电网建设中，对于长距离送电和大区联网有着非常广阔的发展前景，是目前作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。高压直流输电利用稳定的直流电具有无感抗、容抗也不起作用、无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。高压直流输电常用于架空线和海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。

高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。

换流变压器是换流站的主要设备，也是直流输电系统的主要设备，其主要参数按直流系统的特殊要求确定。换流变压器的作用是向换流器供给交流功率或从换流器接受交流功率，并且将网侧交流电压变换成阀侧所需要的电压。

在整流站，用换流变压器将交流系统和直流系统隔离，通过换流装置将交流网络的电能转换为高压直流电能，利用高压直流输电线路传输；在逆变站，通过换流装置将直流电能转换为交流电能，再通过换流变压器送到交流电网；从而实现交流输电网络与高压直流输电网络的联络。换流变压器提供相位差为30°的12脉波交流电压，以降低交流侧谐波电流，特别是5次和7次谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，削弱侵入直流系统的交流侧过电压；通过换流变压器的阻抗限制直流系统的短路电流进入交流系统；通过换流变压器可以实现直流电压较大幅度的分档调节。

在高压直流输电工程中，因适应阀组各种不同运行工况、阀侧电压调节范围需求较大等原因，换流变压器一般调压档位较多(例如29档)。在此情况下，换流变压器均将调压方式设计为正反调压，这样换流变仅需一半调压档位线圈就可满足工程需要。这也是高压直流输电工程中常用的调压方式。国内大部分运行和在建的高压、特高压直流输电工程中换流变压器调压的布置方式均如此。例如，通过极性转换开关的转换，14个档位的调压线圈，就可实现29档的功能需求。

由于换流变压器和阀组直接相连，为在冲击合闸时阀组承受的电压最低、同时降低换流变压器本身承受的冲击，根据相关规程，所有换流变压器在带电前，其档位均自动设定在交流侧绕组最长的档位，这样换流变压器本身在冲击合闸时为欠励磁，而阀侧电压为最低值，是最安全的方式。

换流变在带电后再根据阀侧电压需要调整有载调压开关的档位到适当位置，然后再对阀组解锁。在这个过程中，一般有载调压开关需经过极性开关转换，从加极性到减极性的位置。而在工程调试过程中，阀组需多次启停，换流变压器也需多次受到合闸冲击和多次调压开关的极性转换。

尽管采取了正反极性调压的方式，高压直流换流变压器调压线圈档位还是较多。一般换流变压器在设计时，所有调压线圈单独绕制为一圈，在换流变制造时不论是在阀侧电压较低时放置在最外侧或是阀侧电压较高时放置在最内侧，调压线圈均有较大的对地电容。

这样在有载调压开关极性开关动作时，其极性开关均要切电容性电压。为限制此电压，有载调压开关在极性开关动作前，在调压线圈的中间档，先接入一个电位电阻，可一定程度上降低极性开关切换时在极性档位之间的放电。

尽管接入了电位电阻，有载调压开关在极性开关动作时，仍需切换部分线圈对地电容，在这种情况下，极性开关动作时仍然会引起触头间的火花放电，从而产生出放电性特征气体乙炔。这样，如果极性开关动作次数增多，在极性开关动作时的轻微放电引起的少量乙炔在多次积累后，就可能造成换流变压器油色谱分析时乙炔气体的轻微异常。在此情况下，如果该换流变压器继续运行，则存在一定的安全问题；如果停止运行，则需要更换新的变压器，不仅会造成停电事故，还会增加电网运行成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法，通过改变换流变压器调压线圈侧的电路连接方式，避免了在极性开关动作时的线圈放电，从而阻止了乙炔气体的产生。

具体的，本发明提供了一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关和第一电阻，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；该换流变压器的交流侧还包括第二开关和第一选择开关，第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。

本发明还提供了一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，所述高压直流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。

本发明还提供了另一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第二电阻和第三电阻，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括第二开关、第三开关和第四开关，第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第二电阻的一端通过第三开关连接调压线圈的正极，另一端接地；第三电阻的一端通过第四开关连接调压线圈的负极，另一端接地。

本发明还提供了一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，所述高压直流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开关，第二电阻的一端通过第三开关连接调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通过第四开关连接调压线圈的负极端，另一端接地。

本发明的高压直流换流变压器改变了原有的交流侧线路连接方式，彻底解决了在极性开关动作时，调压线圈杂散电容放电不完全的缺点，从而大大减少了乙炔气体的产生，使换流变压器的工作更为安全可靠。

附图说明

图1所示为现有的高压直流换流变压器交流侧的原理图。

图2所示为调压线圈调压在最外侧时的原理图。

图3所示为现有的高压直流换流变压器在极性开关动作时的等效电路图。

图4所示为本发明的高压直流换流变压器的一个实施例的示意图。

图5所示为本发明的第一实施例的高压直流换流变压器在极性开关动作时的等效电路图。

图6所示为本发明的高压直流换流变压器的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

图1所示为现有的高压直流换流变压器交流侧的原理图。如图所示，该换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈110、调压线圈120、切换开关130和电阻160，交流侧主线圈110的一端连接高电压，另一端通过开关142连接极性开关150，极性开关150的两个选择端分别连接调压线圈120的正负两端，调压线圈120设置有多个调压端口，切换开关130的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地，电阻160的一端通过开关170连接在调压线圈120的中间，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括开关140，一端连接交流侧主线圈110的低压端，另一端接地。该换流变压器的交流侧还包括一个控制装置(图中未示出)，用于控制上述开关的动作。

正常工作状态下，开关142闭合，开关170和开关140断开，极性开关150与调压线圈120的其中一端连接，调压线圈120的其中一个调压端口与切换开关130连接。这样，通过切换开关130在调压线圈120的不同调压端口之间的切换，就可以改变交流侧绕组的大小，从而改变交流侧的电压值。

当极性开关150需要动作时，开关140闭合；接着，开关142闭合，切换开关130与调压线圈120断开；此后，开关170闭合，极性开关150开始切换；当极性开关150动作完成之后，开关170断开，切换开关130与调压线圈120连接，开关140断开；最后，开关142闭合，换流变压器回复正常工作状态。

正如前面所述的那样，换流变压器在设计时，所有调压线圈单独绕制为一圈，在换流变制造时不论是在阀侧电压较低时放置在最外侧或是阀侧电压较高时放置在最内侧，调压线圈均有较大的对地电容。

以调压线圈调压在最外侧为例，其原理图如图2所示。

在此情况下，正负极性之间的电压分布计算如下：

$U=\frac{C1}{C1+C2}\×\frac{\mathrm{Uhv}}{2}\±\frac{\mathrm{Urw}}{2}$

其中，Uhv为网侧线圈的电压值，Urw为调压线圈的电压值。

这样，在有载调压开关极性开关动作时，其极性开关均要切电容性电压。尽管接入了电阻160，有载调压开关在极性开关150动作时，仍需切换部分线圈对地电容，其等效电路图如图3所示。在这种情况下，极性开关150动作时仍然会引起触头间的火花放电，从而产生放电性气体乙炔。

图4所示为本发明的高压直流换流变压器的一个实施例的示意图，图中只示出了交流侧的部分。如图所示，该换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈210、调压线圈220、切换开关230和第一电阻260，交流侧主线圈210的一端连接高电压，另一端通过第一开关242连接极性开关250，极性开关250的两个选择端分别连接调压线圈220的正负两端，调压线圈220设置有多个调压端口，切换开关230的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括第二开关240和第一选择开关270，第二开关240的一端连接交流侧主线圈210的低压端，另一端接地；第一电阻260的一端通过第一选择开关270分别连接调压线圈220的正负两端，另一端接地。换流变压器的交流侧还包括一个控制装置(图中未示出)，用于控制上述开关的动作，该控制装置可以是一种机械开关控制机构，例如行程机构等，也可以是类似装置。

正常工作状态下，第一开关242闭合，第二开关240断开，第一选择开关170悬空，极性开关250与调压线圈220的一端连接，调压线圈220的其中一个调压端口与切换开关230连接。这样，通过切换开关230在调压线圈220的不同调压端口之间的切换，就可以改变交流侧绕组的大小，从而改变交流侧的电压值。

由于在极性开关动作时需要花费一定的时间，因此在极性开关动作时，换流变压器需要采取一定的措施确保开关动作的安全。下面以极性开关250从调压线圈220的正极切换到负极为例，对这一过程进行说明。

当极性开关250需要动作时，首先开关240闭合，这样，交流侧主线圈210的低压端就会通过开关240接地；接着，第一开关242断开，切换开关230与调压线圈220断开，第一选择开关270连接调压线圈220的正极；此后极性开关250开始切换，从调压线圈220的正极端切换到负极端。当极性开关250切换动作完成之后，极性开关250与调压线圈的负极相连，第一选择开关270与调压线圈220断开，呈悬空状态，切换开关230与调压线圈220连接，第一开关242闭合；接着，第二开关240断开，换流变压器回复正常工作状态。

由于在极性开关250的动作过程中，第一电阻260通过第一选择开关270的连接，与调压线圈220组成了一个RC放电电路，其等效电路图如图5所示。根据RC电路的特性，使得在极性开关250动作的过程中，调压线圈220放电完成，这样，就不会在换流变压器中产生放电气体乙炔，从而解决了现有技术中会产生放电气体乙炔的技术问题。

上面是以极性开关250从调压线圈220的正极切换到负极为例，对本实施例的换流变压器的工作过程进行了说明。如果极性开关250是从调压线圈220的负极切换到正极，上述的过程大都不变，不同的是，第一选择开关270连接的是调压线圈220的负极。

由于电路原理的不同，本实施例中的第一电阻260与电阻160的作用和性质也有了区别，第一电阻260为放电电阻，其阻值较小，可以在50欧姆～5000欧姆之间，可以是固定阻值，例如500欧姆，也可以是可变电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间的一定范围内可调，例如可以在100欧姆至500欧姆之间可调；而电阻160为电位电阻，其阻值较大，一般在1M欧姆以上，一般都采用可变电阻。

另外，本实施例所述的第一开关242、第二开关240可以是单独的两个开关，例如两个单独的机械开关，也可以是一个整体的开关，例如一个滑动开关，通过其滑动的动作，同时实现第一开关和第二开关的功能。第一选择开关270可以是机械开关，也可以是电子开关，只要能够满足上述过程的需要即可。

图6所示为本发明的高压直流换流变压器的另一个实施例的示意图，图中只示出了交流侧的部分。如图所示，该换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈210、调压线圈220、切换开关230、第二电阻262和第三电阻264，交流侧主线圈210的一端连接高电压，另一端通过第一开关242连接极性开关250，极性开关250的两个选择端分别连接调压线圈220的正负两端，调压线圈220设置有多个调压端口，切换开关230的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括第二开关240、第三开关272和第四开关274，第二开关240的一端连接交流侧主线圈210的低压端，另一端接地；第二电阻262的一端通过第三开关272连接调压线圈220的正极，另一端接地；第三电阻264的一端通过第四开关274连接调压线圈220的负极，另一端接地。换流变压器的交流侧还包括一个控制装置(图中未示出)，用于控制上述开关的动作，该控制装置可以是一种机械开关控制机构，例如行程机构等，也可以是类似装置。

正常工作状态下，第一开关242闭合，第二开关240断开，第三开关272和第四开关274断开，极性开关250与调压线圈220的一端连接，调压线圈220的其中一个调压端口与切换开关230连接。这样，通过切换开关230在调压线圈220的不同调压端口之间的切换，就可以改变交流侧绕组的大小，从而改变交流侧的电压值。

由于在极性开关动作时需要花费一定的时间，因此在极性开关动作时，换流变压器需要采取一定的措施确保开关动作的安全。下面以极性开关250从调压线圈220的正极切换到负极为例，对这一过程进行说明。

当极性开关250需要动作时，首先开关240闭合，这样，交流侧主线圈210的低压端就会通过开关240接地；接着，第一开关242断开，切换开关230与调压线圈220断开，第三开关272闭合；此后极性开关250开始切换，从调压线圈220的正极端切换到负极端。当极性开关250切换动作完成之后，极性开关250与调压线圈的负极相连，第三开关272断开，切换开关230与调压线圈220连接，第一开关242闭合；接着，第二开关240断开，换流变压器回复正常工作状态。

由于在极性开关250的动作过程中，第二电阻262通过第三开关272的连接，从而与调压线圈220组成了一个RC放电电路，其等效电路图如图5所示。

根据RC电路的特性，使得在极性开关250动作的过程中，调压线圈220放电完成，这样，就不会在换流变压器中产生放电气体乙炔，从而解决了现有技术中会产生放电气体乙炔的技术问题。

上面是以极性开关250从调压线圈220的正极切换到负极为例，对本实施例的换流变压器的工作过程进行说明。如果极性开关250是从调压线圈220的负极切换到正极，上述的过程大都不变，不同的是，第四开关274代替第三开关272动作。这样，在极性开关250的动作过程中，第三电阻264通过第四开关274的连接，与调压线圈220组成了一个RC放电电路，从而使得在极性开关250动作的过程中，调压线圈220放电完成，因而不会在换流变压器中产生放电气体乙炔，解决了现有技术中会产生放电气体乙炔的技术问题。

由于电路原理的不同，本实施例中的第二电阻262和第三电阻264与电阻160的作用和性质也有了区别，第二电阻262和第三电阻264为放电电阻，其阻值较小，可以在50欧姆～5000欧姆之间，可以是固定阻值，例如500欧姆，也可以是可变电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间的一定范围内可调，例如可以在100欧姆至500欧姆之间可调；而电阻160为电位电阻，其阻值较大，一般在1M欧姆以上，一般为可变电阻。当然，第二电阻262和第三电阻264的阻值可以使相同的，也可以不相同。

另外，本实施例所述的第一开关242、第二开关240可以是单独的两个开关，例如两个单独的机械开关，也可以是一个整体的开关，例如一个滑动开关，通过其滑动的动作，同时实现第一开关和第二开关的功能。第三开关272和第四开关274也是如此，只要能够实现上述功能，其结构可以是多种多样的。

上面通过两个实施例对本发明的高压直流换流变压器的原理及工作过程进行了说明，相比现有技术，本发明的高压直流换流变压器从根本上解决了在极性开关动作时放电性气体乙炔的产生，从而有效地避免了因乙炔气体的产生而造成的安全问题。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改动和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。

Claims (10)

1.一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，其特征在于：所述交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的高压直流换流变压器，其特征在于：所述第一电阻为固定电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间。

3.根据权利要求1所述的高压直流换流变压器，其特征在于：所述第一电阻为可变电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间的一定范围内可调。

4.一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于：所述高压直流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。

5.根据权利要求4所述的高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于：所述第一电阻的阻值在50欧姆至5000欧姆之间。

6.一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，其特征在于：所述交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开关，第二电阻的一端通过第三开关连接调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通过第四开关连接调压线圈的负极端，另一端接地。

7.根据权利要求6所述的高压直流换流变压器，其特征在于：所述第二电阻和第三电阻为固定电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间。

8.根据权利要求6或7所述的高压直流换流变压器，其特征在于：所述第二电阻和第三电阻的阻值相同。

9.一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于：所述高压直流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开关，第二电阻的一端通过第三开关连接调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通过第四开关连接调压线圈的负极端，另一端接地。

10.根据权利要求9所述的高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于：所述第二电阻和第三电阻的阻值相同。

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