CN107255752A - 一种换流变压器入口电容的计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种换流变压器入口电容的计算方法，其包括：步骤1、建立换流变压器入口电容的等效结构模型；步骤2、计算换流变压器的径向几何电容和轴向几何电容，径向几何电容包括：C1、C2、C3、C4，轴向几何电容包括:C5、C6、C7，其中C1为铁芯与调压线圈之间的等效电容，C2为调压线圈与网侧线圈之间的等效电容，C3为网侧线圈与阀侧线圈之间的等效电容，C4为阀侧线圈与油箱径向侧壁之间的等效电容，C5为调压线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C6为网侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C7为阀侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容；步骤3、得到换流变压器网侧入口电容Ckw和阀侧入口电容Ckv。本发明能在试验前准确计算换流变压器的入口电容。
Description
技术领域
本发明涉及一种换流变压器入口电容的计算方法。
背景技术
网侧绕组连同套管交流耐压试验(以下简称网侧绕组耐压试验)和长时感应电压带局放测量试验(以下简称局放试验)是换流变压器交接试验过程中的重要项目，是换流变压器投运前质量控制考核的关键环节。在对高电压大电容换流变压器进行网侧绕组耐压试验和局放试验前，需要预先计算试验容量、励磁变压器参数以及电抗器参数等试验设备参数。而试验容量、励磁变压器参数和电抗器参数都与换流变压器的入口电容息息相关，必须先得到换流变压器入口电容的值，再根据换流变压器入口电容的值来决定试验容量、励磁变压器参数和电抗器参数，因此换流变压器入口电容的计算就显得非常重要了。
在现有计算方法中，一般是根据低压介质损耗和电容量测试试验的结果，并参考以往工程经验估算而得到换流变压器的入口电容。此方法根据低电压试验测量值估算，与试验中高电压情况下的入口电容存在一定的差异，并且以往的工程经验对于不同电压等级、不同内部结构的换流变压器不一定适用，因此无法得到准确的换流变压器入口电容值。
有鉴于此，确有必要提供一种换流变压器入口电容的计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种换流变压器入口电容的计算方法，以准确地计算出换流变压器的入口电容，从而实现在网侧绕组耐压试验和局放试验前正确选取试验容量、励磁变压器参数和电抗器参数等试验设备的参数。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种换流变压器入口电容的计算方法，其包括：
步骤1、建立换流变压器入口电容的等效结构模型；
步骤2、计算换流变压器的径向几何电容和轴向几何电容，径向几何电容包括：C1、C2、C3、C4，轴向几何电容包括:C5、C6、C7，其中C1为铁芯与调压线圈之间的等效电容，C2为调压线圈与网侧线圈之间的等效电容，C3为网侧线圈与阀侧线圈之间的等效电容，C4为阀侧线圈与油箱径向侧壁之间的等效电容，C5为调压线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C6为网侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C7为阀侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容；
步骤3、得到换流变压器网侧入口电容Ckw和阀侧入口电容Ckv，分别为：
Ckv＝N2Ckw； (2)
其中k1、k2、k3、k4、k5、k6和k7分别为入口电容与几何电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7之间的折合系数，N为换流变压器实际的变比，Cw和Cv分别为网侧套管和阀侧套管的等值电容；
具体地，折合系数ki通过能量积分法获得，首先利用能量积分法得到等效功率公式：
由式(3)得到对应的等效电容：
由式(4)可得折合系数：
其中，UN为网侧线圈上端的对地电压，Ui+1为等效电容中的外侧等效电极上端的对地电压，Ui+1'为等效电容中的外侧等效电极下端的对地电压，Ui为等效电容中的内侧等效电极上端的对地电压，Ui'为等效电容中的内侧等效电极下端的对地电压，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧。
作为本发明的一种改进，所述步骤2中：
其中，εr为线圈与线圈之间的介电常数，εr1为阀侧线圈与油箱之间的介电常数，以铁芯的轴心为中心轴，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧，R0为铁芯半径，R1为调压线圈内侧至中心轴的距离，R2为调压线圈外侧至中心轴的距离，R3为网侧线圈内侧至中心轴的距离，R4为网侧线圈外侧至中心轴的距离，R5为阀侧线圈内侧至中心轴的距离，R6为阀侧线圈外侧至中心轴的距离，R7为油箱壁径向侧壁至中心轴的距离，H为线圈高度；
其中εr2为线圈与油箱轴向侧壁之间的介电常数，h线圈端部至油箱轴向侧壁的距离，S1为调压线圈端部面积，S1＝π(R22-R12)，S2为网侧线圈端部面积，S2＝π(R42-R32)，S3为阀侧线圈端部面积，S3＝π(R62-R52)。
进一步地，所述的换流变压器为单相双绕组换流变压器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明能在试验前准确计算换流变压器的入口电容，进一步计算得到试验容量、变频装置、励磁变压器和补偿电抗器的参数，最终正确选取试验设备的参数；同时可实现在网侧绕组耐压试验时达到工频下的串联谐振，获得所需的工频电压；在局放试验时流经换流变压器的容性电流与电抗器的感性电流达到完全补偿，从而降低试验电源、变频装置和励磁变压器等试验设备的容量体积和重量，节省经济成本。
附图说明
图1为换流变压器的等效结构模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
本发明中所述的换流变压器为单相双绕组换流变压器，其线圈绕在铁芯上的具体分布位置分别是：调压线圈在内侧，网侧线圈在中间，阀侧绕组在外侧，而且换流变压器的联结方式可为任意连接和组合。本发明通过将径向几何电容和轴向几何电容分布与折合系数相乘后并累加，从而得到网侧入口电容和阀侧入口电容，而且利用能量积分法获得折合系数。
实施例
一种换流变压器入口电容的计算方法，其包括：
步骤1、建立换流变压器入口电容的等效结构模型，请参阅图1。
步骤2、计算换流变压器的径向几何电容和轴向几何电容，径向几何电容包括：C1、C2、C3、C4，轴向几何电容包括:C5、C6、C7，其中C1为铁芯与调压线圈之间的等效电容，C2为调压线圈与网侧线圈之间的等效电容，C3为网侧线圈与阀侧线圈之间的等效电容，C4为阀侧线圈与油箱径向侧壁之间的等效电容，C5为调压线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C6为网侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C7为阀侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容；
其中，
其中，εr为线圈与线圈之间的介电常数，εr1为阀侧线圈与油箱之间的介电常数，以铁芯的轴心为中心轴，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧，R0为铁芯半径，R1为调压线圈内侧至中心轴的距离，R2为调压线圈外侧至中心轴的距离，R3为网侧线圈内侧至中心轴的距离，R4为网侧线圈外侧至中心轴的距离，R5为阀侧线圈内侧至中心轴的距离，R6为阀侧线圈外侧至中心轴的距离，R7为油箱壁径向侧壁至中心轴的距离，H为线圈高度；
其中εr2为线圈与油箱轴向侧壁之间的介电常数，h线圈端部至油箱轴向侧壁的距离，S1为调压线圈端部面积，S1＝π(R22-R12)，S2为网侧线圈端部面积，S2＝π(R42-R32)，S3为阀侧线圈端部面积，S3＝π(R62-R52)。
步骤3、得到换流变压器网侧入口电容Ckw和阀侧入口电容Ckv，分别为：
Ckv＝N2Ckw； (2)
其中k1、k2、k3、k4、k5、k6和k7分别为入口电容与几何电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7之间的折合系数，N为换流变压器实际的变比，Cw和Cv分别为网侧套管和阀侧套管的等值电容；
具体地，折合系数ki通过能量积分法获得，首先利用能量积分法得到等效功率公式：
由式(3)得到对应的等效电容：
由式(4)可得折合系数：
其中，UN为网侧线圈上端的对地电压，Ui+1为等效电容中的外侧等效电极上端的对地电压，Ui+1'为等效电容中的外侧等效电极下端的对地电压，Ui为等效电容中的内侧等效电极上端的对地电压，Ui'为等效电容中的内侧等效电极下端的对地电压，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧。
上述实施例应用在网侧绕组耐压试验和局放试验时，线圈的两端接线的情况；而如果在网侧绕组耐压试验和局放试验时，利用线圈中部的接线，则相应等效电容的折合系数为2ki，然后在计算出相应的网侧入口电容Ckw和阀侧入口电容Ckv。
综上所述，本发明用于准确计算换流变压器的入口电容，以实现在网侧绕组耐压试验和局放试验前正确选取试验容量、励磁变压器参数和电抗器参数，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、能准确计算出换流变压器的入口电容；
2、为计算试验容量、变频装置、励磁变压器和补偿电抗器参数提供准确的依据，最终正确选取试验设备的参数；
3、可实现在网侧绕组耐压试验时达到工频下的串联谐振，获得所需的工频电压；在局放试验时流经换流变压器的容性电流与电抗器的感性电流达到完全补偿，从而降低试验电源、变频装置和励磁变压器等试验设备的容量体积和重量，节省经济成本；
4、本发明已通过实验多次完成了800kV、600kV换流变压器网侧绕组耐压试验和局放试验的设备参数选型，积累了很好的技术基础，取得了良好的经济效益。
上述实施例仅用以说明本专利而并非限制本专利所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本专利已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本专利进行修改或者等同替换；而一切不脱离本专利的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种换流变压器入口电容的计算方法，其特征在于包括：
步骤1、建立换流变压器入口电容的等效结构模型；
步骤2、计算换流变压器的径向几何电容和轴向几何电容，径向几何电容包括：C1、C2、C3、C4，轴向几何电容包括:C5、C6、C7，其中C1为铁芯与调压线圈之间的等效电容，C2为调压线圈与网侧线圈之间的等效电容，C3为网侧线圈与阀侧线圈之间的等效电容，C4为阀侧线圈与油箱径向侧壁之间的等效电容，C5为调压线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C6为网侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容，C7为阀侧线圈与油箱轴向侧壁之间的等效电容；
步骤3、得到换流变压器网侧入口电容Ckw和阀侧入口电容Ckv，分别为：
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Ckv＝N2Ckw； (2)
其中k1、k2、k3、k4、k5、k6和k7分别为入口电容与几何电容C1、C2、C3、C4、C5、C6和C7之间的折合系数，N为换流变压器实际的变比，Cw和Cv分别为网侧套管和阀侧套管的等值电容；
具体地，折合系数ki通过能量积分法获得，首先利用能量积分法得到等效功率公式：
<mrow>
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</mrow>
由式(3)得到对应的等效电容：
由式(4)可得折合系数：
其中，UN为网侧线圈上端的对地电压，Ui+1为等效电容中的外侧等效电极上端的对地电压，Ui+1'为等效电容中的外侧等效电极下端的对地电压，Ui为等效电容中的内侧等效电极上端的对地电压，Ui'为等效电容中的内侧等效电极下端的对地电压，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧。
2.根据权利要求1所述的换流变压器入口电容的计算方法，其特征在于：
所述步骤2中：
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其中，εr为线圈与线圈之间的介电常数，εr1为阀侧线圈与油箱之间的介电常数，以铁芯的轴心为中心轴，以铁芯为内侧，以油箱壁径向侧壁为外侧，R0为铁芯半径，R1为调压线圈内侧至中心轴的距离，R2为调压线圈外侧至中心轴的距离，R3为网侧线圈内侧至中心轴的距离，R4为网侧线圈外侧至中心轴的距离，R5为阀侧线圈内侧至中心轴的距离，R6为阀侧线圈外侧至中心轴的距离，R7为油箱壁径向侧壁至中心轴的距离，H为线圈高度；
其中εr2为线圈与油箱轴向侧壁之间的介电常数，h线圈端部至油箱轴向侧壁的距离，S1为调压线圈端部面积，S1＝π(R22-R12)，S2为网侧线圈端部面积，S2＝π(R42-R32)，S3为阀侧线圈端部面积，S3＝π(R62-R52)。
3.根据权利要求1所述的换流变压器入口电容的计算方法，其特征在于：所述的换流变压器为单相双绕组换流变压器。
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