整流侧大容量变压器充电对高压直流输电工程运行影响分析及改进措施研究

大容量变压器充电过程中产生的励磁涌流是交流系统常见的二次谐波来源之一,因高压直流输电工程固有运行特性,整流侧交流系统100 Hz谐波分量经直流换流阀转变后在直流侧呈现为50 Hz谐波分量,在直流线路谐波放大作用下,极易引发逆变站50 Hz谐波保护误动,甚至导致高压直流输电工程多回、多极闭锁,故在工程规划设计阶段需全面充分评估整流侧交流系统大容量变压器、换流变压器充电对直流工程运行的影响,同步策划解决方案。以某直流工程整流站换流变压器充电及整流侧交流系统电厂主变充电期间逆变站两起50 Hz保护动作为例,详细分析了保护动作原因,明确了整流侧大容量变压器、换流变压器充电对该直流输电工程安全运行的影响,并提出了后续运维建议及彻底整治措施研究的技术路线。     

直流输电系统换流变压器短路阻抗的选择

换流站主回路参数关系到整个直流输电系统的运行性能和技术经济指标,是直流输电系统设计的主要部分。为此,针对直流输电系统换流站主回路中换流变压器短路阻抗的参数选择原则及方法进行了相关研究。综合考虑各项制约因素,归纳出选择换流变压器短路阻抗时所需遵循的原则,即满足晶闸管换流阀的浪涌电流水平要求、换流器消耗的无功功率最小、及换流站成本最低。重点推导了表征晶闸管换流阀最大短路冲击电流与换流变压器短路阻抗之间关系的公式,并定性分析了换流变压器短路阻抗的大小对换流站总体费用的影响。研究结果表明,换流阀的浪涌电流水平是选择短路阻抗时的决定性因素,换流变压器最佳短路阻抗值应根据换流阀的浪涌电流水平进行选择。最后,葛南直流输电工程的实例验证了所提出的换流变压器短路阻抗选择原则的合理性。     

实际运行电压下特高压换流变压器阀侧套管电场分布研究

阀侧套管是特高压换流变压器的重要组成部分。分析了换流变压器阀侧套管的典型结构及其在阀厅内的布置方式,以及高端阀厅Y接换流变压器(HY换流变)阀侧套管的实际运行电压波形,运用ANSYS有限元仿真计算软件,建立了换流变压器阀侧套管的电场仿真模型,计算了实际运行电压、等效直流电压、等效交流电压下套管的电场分布特性,对比分析了3种工况下换流变压器阀侧套管电场分布的差异性与相似性,提出了实际运行电压下换流变压器阀侧套管电场分布规律与绝缘结构设计思路。研究结果可为换流变压器阀侧套管的设计及运维提供技术参考。     

基于场路耦合法的新型换流变压器电磁特性的仿真研究

由于新型换流变压器具有较特殊的接线方案,其电磁特性直接关系电磁参数的设计及系统运行.基于场路耦合法,建立了新型换流变压器的场路耦合数学模型,并以某一实际新型换流变压器的原理样机数据为依据,建立了相应的有限元仿真模型;并对该新型换流变压器在投入和不投入阀侧滤波器两种工况进行仿真,通过对比两种工况条件条件下的网侧电流、感应电动势、励磁电流及铁心主磁通,结果表明:新型换流变压器在投入阀侧滤波器条件下,网侧电流中的谐波含量大大降低;感应电动势畸变率变小;励磁电流和铁心主磁通波形接正弦.新型换流变压器的电磁特性较传统换流变压器得到大大改善,有利于降低谐波对换流变压器的不利影响.     

HVDC换流变压器技术及现场维修情况

介绍了高压直流输电（HVDC）变压器及平波电抗器的磁芯设计、高压直流绕组设计、导线引出端（换流阀绕组）、直流套管设计方案，举例说明了高压换流变压器的制造过程与传统变压器制造过程的不同。并通过高压换流变压器试验，说明如材料、环境等条件对直流工作的影响。最后介绍了一些高压换流变压器的现场维修经验。     

直流换流站星角换流变差动保护的灵敏度校验

以糯扎渡电站送电广东±800 kV直流输电工程普洱换流站星角换流变压器为例,论述了其差动保护的计算整定及灵敏度校验.通过在Matlab中建立12脉动换流器的直流输电模型,对换流变压器差动区内阀侧上两相金属性短路进行仿真,同时辅以南方电网在许继集团进行的换流变压器保护装置（RTDS）试验中数据和波形为佐证.综合分析后得出：在直流输电系统中,由于星角换流变压器差动保护采用套管TA,其灵敏度校验应按系统最小运行方式下星角换流变压器差动保护区内换流变压器阀侧上三相金属性短路计算而不是常规的两相金属性短路计算.     

换流变压器绝缘结构分析

换流变压器的绝缘结构是换流变压器的核心技术,关系到换流变压器和直流输电系统的安全运行.换流变压器在直流系统中的特殊工况,决定了其主绝缘、阀侧出线装置承受了不同于交流变压器的电压作用.笔者从换流变压器绝缘结构中承受的电压入手,分析了绝缘结构中电压分布以及不同绝缘材料在不同电压下的作用与配合.随着特高压直流输电技术的发展及...     

特高压直流换流变压器的研制

结合向-上特高压直流工程换流变压器的技术参数和试验要求,重点分析所需研究的交流和直流电场分布、绝缘结构与散热、阀侧引线及出线装置等关键问题。在运输限界基本不变的前提下,换流变压器的阀侧试验耐受电压、直流偏磁耐受能力等要求均有较大提高。特高压换流变压器研制中应优化主、纵绝缘结构,合理控制场强分布,要充分考虑温度对直流电场分布的影响,提高绝缘强度,以保证换流变压器的绝缘可靠性;在运输条件允许的情况下,阀侧引线应尽量放置在油箱内部,减小现场安装的难度和风险,同时,阀侧套管和阀侧出线装置仍是设备制造瓶颈。     

一起换流变压器故障引起直流闭锁的事故分析

针对某换流变电站极Ⅱ换流变压器充电过程中因励磁涌流持续时间过长,导致换流阀极Ⅰ VBE系统阀触发信号奇偶校验码错误,两套VBE均故障,极Ⅰ直流系统闭锁的事故,简要分析VBE系统运行原理,触发字产生的机理,同时以现场故障录波数据为依据,对事故原因进行分析,提出了改进措施.结果表明:引起极Ⅰ直流系统闭锁的直接原因是现场存在干扰源及变压器剩磁.     

西电：中国输变电装备基地——走进中国西电电气股份有限公司

为中国第一条330kV高压交流输电工程研制电力变压器、断路器和隔离开关等关键设备;为中国第一条500kV超高压交流输电工程（锦辽线）研制电力变压器等关键设备;为中国第一条750kV超高压交流输电工程研制电力变压器、电抗器、隔离开关、避雷器和电容式电压互感器等关键设备;为中国第一条±100kV直流输电工业性试验工程研制成套直流输电装备;为中国第一条±500kV超高压直流输电工程研制换流变压器、平波电抗器及换流阀等关键设备;为中国第一个直流背靠背联网工程（灵宝）提供全国产化换流阀、换流变压器和平波电抗器等关键设备;为中国第一条商业运行的跨海直流输电项目（嵊泗）提供成套设计、换流站成套设备;研制中国第一套（大冶钢厂）,第二套（张家港）静电无功补偿成套装置。     

特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响

借鉴和应涌流分析方法,分析特高压一组换流变压器空投时对称性涌流的产生机理和变化特点。基于工程实际参数建立详尽的特高压直流输电的仿真模型,对特高压换流站内一组换流变压器空投产生对称性涌流现象进行了仿真分析。阐明二次谐波制动判据失去闭锁能力造成特高压换流变压器大差保护误动的机理,为提升特高压换流站大差保护的动作可靠性提供分析手段。     

变压器空充下的励磁涌流二次谐波特性分析

针对近年来变压器空充试验时,电流的二次谐波含量低于保护整定值导致差动保护误动作的问题,首先利用2条不同斜率的直线对变压器磁化特性曲线进行拟合,推导出不同空充电压下励磁涌流二次谐波含量的表达式,进而基于有限元分析软件搭建并验证了一台14 kVA单相变压器以及一台325 MVA三相变压器的仿真模型,然后对验证过的模型进行了变压器空充仿真。研究表明：在考虑铁芯磁化曲线起始部分存在非线性特征的情况下,空充电压小于临界电压时,励磁涌流中含有少量二次谐波;空充电压等于临界电压时,励磁涌流二次谐波含量达到峰值;随着空充电压等级的提高,励磁涌流二次谐波含量呈现先增后减的趋势。     

Elimination of transformer inrush currents by controlled switching.I. Theoretical considerations

Transformer inrush currents are high-magnitude, harmonic-rich currents generated when transformer cores are driven into saturation during energization. These currents have undesirable effects, including potential damage or loss-of-life to the transformer, protective relay misoperation, and reduced power quality on the system. Controlled transformer switching can potentially eliminate these transients if residual core and core flux transients are taken into account in the closing algorithm. This paper explores the theoretical considerations of core flux transients, Based on these studies algorithms were developed which allow controlled energization of most transformers without inrush current     

一种消除单相变压器励磁涌流的预充磁策略

变压器空载合闸或切除故障合闸都伴随着励磁涌流的出现,励磁涌流的大小受合闸角、剩磁、系统阻抗参数等因素的影响。提出了一种消除单相变压器励磁涌流的策略,利用预充磁装置改变变压器铁心中的磁通,当接近极限磁滞回线的剩磁时,控制断路器的合闸,从而消除励磁涌流。通过理论推导,确定了预充磁装置电容大小与电容电压之间的关系、铁心的充磁程度以及对应的相位。最后,以某单相变压器为例,利用Simulink仿真,验证了该策略。     

A New Strategy for Selection of Switching Instant to Reduce Transformer Inrush Current in a Single-phase Grid-connected Photovoltaic System

Photovoltaic energy integration with the power system is increasing with the lack of fossil resources and developments in photovoltaic technology. Magnetizing inrush current occurs due to switching the transformer into service. Inrush current leads to shortage in the transformer lifetime and/or the operation of protection devices disconnecting the transformer. This article studies the impact of existing photovoltaic energy on the reduction of transformer inrush current. Photovoltaic power is utilized to reduce the inrush current by applying an opposite flux on the transformer, then connecting the transformer with the power network at a suitable switching instant of grid voltage waveform. The switching instant depends upon the flux produced in the transformer primary winding by the photovoltaic system. This article introduces a new strategy to determine the switching instant for reducing the transformer inrush current. The proposed method depends upon the monitoring of total harmonic distortion at different switching instants. The proposed method is appropriate for real-time applications. The proposed procedure is applied to a single-phase example and simulated in MATLABR2013a/SIMULINK (MathWorks, Natick, Massachusetts, USA). The simulation results show the suitable instant of switching to reduce the magnetizing inrush current and the corresponding total harmonic distortion.     

基于组合式开关的三相变压器励磁涌流抑制策略

针对变压器在空载或者轻载的情况下合闸通电可能引起一次绕组流过励磁涌流等问题,提出一种新颖的组合式开关分相控制思路：通过分析原边采用星形不接地连接方式的三相空载变压器的投切暂态过程,推导了空载变压器在投切瞬间的关联磁链状态,进而反推得到考虑剩余磁通时抑制空载变压器合闸涌流的动态最佳投切相角,改变依赖剩磁测量电路、预先设定固定相角的现有相控模式;建立基于ATP/EMTP的电力变压器模型以模拟其在接通和分断的瞬态过程,获得投切瞬间的电压、电流、磁通等参数特征,验证了所提分相控制原理,给出了控制规律;为了实现分相控制策略,设计一种具有逻辑通信功能的新型三工作模态单极开关控制拓扑,对单极开关进行动态组合,可实现各极触头在最佳相位协调动作、统一控制;搭建硬件控制平台,验证所提控制策略可有效将励磁涌流限制在随机合闸时涌流大小的3%左右。     

两种削弱励磁涌流的方法

合空载电力变压器时会产生数值相当大的励磁涌流 ,易造成变压器差动保护装置的误动作。针对这一问题 ,介绍了两种削弱励磁涌流的方法 :控制三相合闸时间或在变压器低压侧加装电容器。理论分析和实践均证明这两种方法是行之有效的 ,但利用控制三相合闸时间来削弱励磁涌流在实际应用中更具有潜力     

Estimation of transformer saturation characteristics from inrush current waveforms

This paper presents a novel method to estimate transformer saturation characteristics that extend to the 'deep' saturation region. The basic idea of the method is to use recorded inrush voltage and current waveforms to estimate the saturation characteristics. Accurate representation of a transformer's 'deep' saturation region is important for studying the impact of transformer energization and its inrush currents. The performance and accuracy of the proposed method have been verified by a close agreement between simulation results and recorded inrush waveforms.     

逆变侧换流变压器故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

针对特高压直流系统逆变侧阀侧接地故障可能引发换流变压器故障性涌流的问题,讨论故障位于不同电压等级换流桥以及不同时刻下阀桥通断情况的差异,分析换相失败后阀侧故障电流特征,阐述逆变侧故障性涌流产生机理及其特征。在此基础上,分析计及故障性涌流影响的换流变差动保护动作特性。研究结果表明,故障性涌流可能导致换流变区外转区内故障时差动保护误闭锁,针对该问题,根据故障时阀侧电流直流分量发生极性反转的特点,提出一种新的防止差动保护误闭锁的解决方案。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于可变合闸角的变压器励磁涌流抑制方法

变压器空载合闸励磁涌流可能引发电网安全问题,采用固定峰值选相合闸抑制励磁涌流的技术尚有提升空间。提出一种基于可变合闸角的励磁涌流抑制方法及控制策略,采用主变压器高压侧或低压侧的电压互感器测算剩磁,并根据剩磁情况调整目标合闸角,阐明了影响剩磁的关键因素及目标合闸角优选原则。试制了装置样机并通过动模仿真及开关带电试验验证了该方法的有效性,为工程实用化提供参考。