CN106971824A

CN106971824A - 十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组

Info

Publication number: CN106971824A
Application number: CN201710125791.4A
Authority: CN
Inventors: 孙崇山
Original assignee: Shanghai Qingchuan Machinery Fitting Co Ltd
Current assignee: Shanghai Qingchuan Machinery Fitting Co Ltd
Priority date: 2017-03-05
Filing date: 2017-03-05
Publication date: 2017-07-21

Abstract

十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，一种新型高压、超高压、特高压换流变压器。其由三台两相换流变压器组成。每台两相换流变压器，包括：一个铁心、两组线圈。两组线圈中的每组线圈均由网侧绕组和阀侧绕组组成。铁心有两个边柱和一个中柱。两组线圈分别套装在铁心的两个边柱上。一台两相换流变压器的两个网侧绕组分别与另外两台两相换流变压器网侧绕组联结成两组三相网侧绕组且两组三相网侧绕组的相位角之差θ为30°，阀侧绕组联结成两组三相阀侧绕组。两组线圈网侧绕组有相位差，故需设置一个中柱做磁通的通路。

Description

十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组

技术领域

高压、超高压、特高压换流变压器。

背景技术

通常，我们把用于直流输电的变压器称为换流变压器。直流输电系统的接线方式有多种，目前常见的接线方式（图1）所示。两个六脉波换流桥构成一个十二脉波换流桥，这两个六脉波换流桥分别由Yy与Yd联结的换流变压器供电。每十二脉波换流桥所用的换流变压器可以由下述三种结构形式实现。第一种两台三相双绕组变压器，一个Yy联结，一个Yd联结，（图1）。第二种三台单相三绕组变压器，一个网侧绕组或Y或D，两个阀侧绕组，一个y接、一个d接。第三种六台单相双绕组变压器，三个Yy 单相，三个Yd单相（图1虚线包围部分）。其中以第三种应用量最大。

单相双绕组变压器组的主要缺点是其中有三个Yy 联结的各相磁路完全独立的三相变压器组。这种变压器组即使在对称条件下运行，磁通中都有极大的三次谐波分量，以前是不允许采用的，而换流变压器是完全的不对称运行，三次谐波对电网运行更是极大的隐患，极易产生过电压，这对超高压、特高压系统而言是致命的。

发明内容

本发明主要解决的问题是十二脉波单相变压器组中的谐波污染问题、安全性问题、能耗高问题、占地面积大、制造成本和系统运行成本高的问题。

本发明的解决方案为十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组（简称十二脉波两相换流变压器组，下同），其由三台两相换流变压器组成。每台两相换流变压器，包括：一个铁心、两组线圈，每组线圈为一相，故称两相换流变压器。两组线圈中的每组线圈均由与电网相连的网侧绕组和与换流阀连接的阀侧绕组经电磁耦合组成。铁心有两个边柱和一个中柱，它们是由两个上下铁轭连接成一体的三柱式铁心结构（图2）。两组线圈分别套装在铁心的两个边柱上。

三台两相换流变压器组按匝数、相位等电气参数原则各取一组线圈组成一个三相六脉波换流变压器系统，三台两相换流变压器各自剩余的三组线圈再组成一个三相六脉波换流变压器系统，且两个三相六脉波换流变压器系统的网侧绕组的绕组联结方式形成的相位角之差θ为30°（也可以不同），两个三相六脉波换流变压器系统阀侧绕组的绕组联结方式相同（也可以不同，只要按移相原理构成规定的脉波数即可）。两个三相六脉波换流变压器系统构成十二脉波换流变压器组。图3虚线包围部分即是一台双相换流变压器，两组六脉波变流变压器系统（例如:一组Yd11、一组Zd0，两相换流变压器一相是Y联结的，叫Y相线圈，是Z联结的叫Z相线圈）构成十二脉波变流变压器组（图3）。

三台两相换流变压器组的绕组联结结构举例说明（例如:一组Yd11、一组Zd0。此为所有结构之一种）：一台两相换流变压器中一组线圈的网侧绕组是三相星形绕组（Y）的一相、阀侧绕组是三相角形绕组（d11）的一相，另一组线圈的网侧绕组是三相曲折形绕组（Z）的一相、阀侧绕组是三相角形绕组（d0）的一相，两组线圈网侧绕组相位角之差θ是30°，所以此变压器被命名为两相换流变压器。三台两相换流变压器组六个线圈共组成一个网侧绕组联结成Y接的三相六脉波换流变压器组和一个网侧绕组联结成Z接的三相六脉波换流变压器组。

由于两组线圈网侧绕组有相位差，故铁心中的磁通矢量和不为零，需设置一个中柱做磁通的通路，中柱面积由两个边柱磁通的矢量和公式决定，设两边柱磁通或截面分别是Φ₁和Φ₂，则中柱磁通或截面Φ₃公式为两边柱磁通矢量和。当两组线圈网侧绕组相位差θ是30°时，由于Φ₁=Φ₂故Φ₃等于0.518Φ₁，中柱截面积等于0.518倍边柱截面积。

例如三台两相换流变压器一组Yd11联结、一组Dd0联结，在网侧绕组上移相，使每台两相换流变压器的两个网侧绕组的相位角之差θ是30°，则可组成十二脉换流变压器组（图4）。

当我们对一台两相换流变压器的一个或两个网侧绕组进行移相，网侧绕组被拆分成网侧移相绕组、网侧主绕组，对每个阀侧绕组均拆分成两个相位角为30°的两个阀侧绕组（如y和d）或对其中一个阀侧绕组拆分成两个相位角为30°的两个阀侧绕组（如y和d），每台两相换流变压器的两个网侧绕组是其他相位角之差，如25°或22.5°或15°或7.5°或5°等，则一台两相换流变压器构成十八脉、二十四脉或更多脉波数换流电路的组成单元。

一台两相换流变压器的一个线圈设置两个阀侧绕组时，可以分别进行移相，并形成一定的相位角。但多数两相换流变压器的任意一组线圈的阀侧绕组拆分成两个相位角相互间差30°的两个绕组。

无论绕组被折分成几个绕组，只要这几个绕组间联结组相位没有差别就是在电气角度上的一个绕组。当阀侧绕组拆分成两个相位角为30°的两个阀侧绕组（如y和d），此时两相换流变压器就是两相三绕组换流变压器。

一台两相换流变压器的的两个线圈容量或阻抗可以不相等或相等。

当上下轭采用等叠厚等面积的方形轭时，运输高度大大降低。

当铁心中柱采用等叠厚，面积为0.518倍边柱截面积的方形中柱时，也可以减小铁重。

换流变压器中的绕组按照其连接的系统不同，一般可分为连接交流系统的网侧绕组及调压绕组，连接换流阀的阀侧绕组。或者为连接交流系统的网侧绕组，连接换流阀的阀侧绕组及调压绕组。

当两相换流变压器铁心采用五柱式铁心（一）（图5），铁轭高度可以大大降低。五柱式铁心结构就是在两个边柱外再增加两个付边柱，两个付边柱通过两个上下铁轭连接，两个付边柱上没有线圈或套装串联调压线圈。当不套线圈时，它只是相邻一组线圈的磁通路。

五柱式铁心（一），两个付边柱上套装串联调压线圈（图6）。一个付边柱上的串联调压线圈，包括一个串联调压绕组、一个串联绕组。此时边柱上的调压绕组与网侧绕组和阀侧绕组是电磁耦合关系，调压绕组负责向相邻付边柱上的串联调压绕组供电，串联绕组与相邻边柱上的网侧绕组或阀侧绕组串联连接。此结构串联调压绕组相当于变压器的一次绕组，串联绕组串联于相邻的边柱上的网侧绕组或阀侧绕组的电路中。通过调压绕组向串联调压绕组的供电，从而使串联调压绕组的电压发生改变，则达到了调压的目的。无论调压绕组还是串联调压绕组还是串联绕组与变压器开关边接，都可以起调压作用。此结构大大降低了调压绕组和开关的电压等级，开关电压、电流选取较自由，特别是当网侧绕组采用曲折形绕组，移相绕组时，省去了调压时对移相角的影响。或者在两个付边柱上套装移相绕组做网侧绕组或阀侧绕组的移相绕组。

五柱式铁心（二）（图7），三柱式铁心的每个边柱分成两个相邻的边柱，中柱在中间，每个边柱分成的两个相邻的边柱，一侧叫两个右边柱（与中柱相对应），一侧叫两个左边柱，所有边柱和中柱通过两个上下铁轭连接。三柱式铁心两相换流变压器共有两相线圈，每相线圈分成两个线圈，每相线圈的两个网侧绕组和阀侧绕组或并或串的关系。每相两个线圈分别套在两个左边柱和两个右边柱上。

七柱式铁心（图8），五柱式铁心（二）的两侧再增加两个付边柱，所有边柱、付边柱和中柱通过两个上下铁轭连接，两个付边柱上没有线圈或套装串联调压线圈。

附图说明

图1 三（单）相双绕组换流变压器接线示意图。

图2 双相换流变压器三柱式铁心。

图3 三台Y、Z联结十二脉波两相换流变压器组接线示意图

（虚线内是一台两相换流变压器示意图）。

图4 三台Y、D联结十二脉波两相换流变压器组接线示意图

（虚线内是一台两相换流变压器示意图）。

图5 双相换流变压器五柱式铁心（一）之一。

图6 带串联调压线圈的五柱式两相换流变压器示意图之一。

图7 双相换流变压器五柱式铁心（二）之一。

图8 双相换流变压器七柱式铁心带线圈结构之一。

图9 一种双相换流变压器铁心绕组排列示意图之一。

图10 一种双相换流变压器绕组排列示意图之一。

图11 一种双相换流变压器绕组排列示意图之一。

图中：1-电网；2-变流桥；3-铁心边柱；4-铁心付边柱；5-铁心中柱；6-线圈。

具体实施方式

结合附图，对发明的技术方案进行描述，所述附图和方案只是部分实施例子，而非全部。基于本发明的中柱磁通原理和现有的变压器理论，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他技术方案都属于本发明的保护范围。

实施例: 一台两相换流变压器

额定容量： 297.5MVA×2（595000KVA）

频率： 50HZ

三相组联结组标号: Yd11 Zd0

额定网侧电压/KV

额定阀侧电压/KV 210.4

调压范围：

短路阻抗: 16%

结构方案如下：

1、左边柱线圈

铁心线圈排列方式如图10

左边柱线圈容量为 297.5MVA

网侧绕组电压为 KV

网侧绕组三相联结方式 Y接的一相

网侧绕组（一）电压 KV/2

网侧绕组（二）电压 KV/2

网侧绕组（一）和（二）在本边柱上串联联结

阀侧绕组电压 210.4KV

阀侧绕组三相联结方式 d接的一相

调压绕组（一）电压 KV×5%

调压绕组（二）电压 KV×5%

调压绕组（一）和（二）在本边柱上串联联结。

2、右边柱线圈

铁心线圈排列方式如图10

右边柱线圈容量为 297.5MVA

网侧绕组电压为 KV

网侧绕组三相联结方式 Z接的一相

网侧绕组（一）电压 KV/

网侧绕组（二）电压 KV/

网侧绕组（一）按曲折形接线方式与其他两相换流变压器边柱上网侧绕组（二）串联联结。

阀侧绕组电压 210.4KV

阀侧绕组三相联结方式 d接的一相

调压绕组（一）电压 KV×5%

调压绕组（二）电压 KV×5%

调压绕组（一）按曲折形接线方式与其他两相换流变压器边柱上调压绕组（二）串联联结。

3、绕组铁心电磁设计、结构设计按普通换流变压器设计。

Claims

1.十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，由三台两相换流变压器组成，每台两相换流变压器，包括：一个铁心、两组线圈；其中，两组线圈中的每组线圈均由与电网相连的网侧绕组和与换流阀连接的阀侧绕组组成；

其中，所述铁心有两个边柱和一个中柱，它们是由两个上下铁轭连接成一体的三柱式铁心结构；

其中，所述每台两相换流变压器的所述两组线圈分别套装在所述铁心的两个边柱上且所述两组线圈的网侧绕组相位角之差θ为30°，每组线圈也叫一相线圈或每相线圈；

其中，所述三台两相换流变压器按匝数、相位电气参数原则各取一组所述线圈组成一个三相六脉波换流变压器系统，所述三台两相换流变压器的各自剩余的三组所述线圈再组成一个三相六脉波换流变压器系统，且两个三相六脉波换流变压器系统的网侧绕组因绕组联结方式形成的相位角之差θ为30°，两个三相换流六脉波变压器系统阀侧绕组的绕组联结方式相同；

其中，所述两个三相六脉波换流变压器系统构成十二脉波换流变压器组。

2.根据权利要求1所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：所述两相换流变压器的所述任意一组线圈的阀侧绕组可移相或拆分成两个相位角相同或不同的两个阀侧绕组。

3.根据权利要求1所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：所述一台两相换流变压器的两个网侧绕组或其中一个网侧绕组进行移相，所述网侧绕组拆分成网侧移相绕组、网侧主绕组。

4.根据权利要求1、3所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，当所述一台两相换流变压器中的所述两个网侧绕组因绕组联结方式形成的相位角之差θ在5°—30°之间时；

其中，所述一台两相换流变压器铁心的中柱磁通和面积计算方法为两边柱磁通矢量和公式，Φ₁和Φ₂为所述两边柱磁通或截面。

5.根据权利要求1、4所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：五柱式铁心（一），

其中，所述五柱式铁心（一）结构，在所述三柱式铁心的两个边柱外侧再增加两个付边柱，两个付边柱通过两个上下铁轭连接。

6.根据权利要求1、4所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：采用五柱式铁心（二）；

其中，所述三柱式铁心的所述每个边柱分成两个相邻的边柱，所述中柱在中间，所述中柱的左侧叫两个左边柱，右侧叫两个右边柱，所有边柱和中柱通过两个上下铁轭连接。

7.根据权利要求1、4、6所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：采用七柱式铁心结构；

其中，所述五柱式铁心（二）的两侧再增加两个付边柱，所有边柱、付边柱和中柱通过两个上下铁轭连接。

8.根据权利要求1、6、7所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：所述三柱式铁心的两相换流变压器的所述每相线圈分成两个线圈，每相线圈的所述两个线圈的网侧绕组和阀侧绕组或并或串的关系，所述每相两个线圈分别套在所述两个左边柱和所述两个右边柱上。

9.根据权利要求1、5、6、7、8所述的十二脉波共铁心带中柱的两相换流变压器组，或包括：在所述两个付边柱上套装串联调压线圈，或在所述两个付边柱上套装移相绕组；

其中，所述付边柱上的串联调压线圈，包括：一个串联调压绕组、一个串联绕组；

其中，所述边柱上的调压绕组与网侧绕组和阀侧绕组是电磁耦合关系并无电气联结，所述调压绕组负责向相邻的付边柱上的所述串联调压绕组供电；

其中，所述串联绕组与相邻边柱上的所述网侧绕组或所述阀侧绕组串联连接；

其中，或所述调压绕组或所述串联调压绕组或所述串联绕组与变压器开关连接；

其中，所述移相绕组可做所述网侧绕组或阀侧绕组的移相绕组。