換流變壓器

換流變壓器是超高壓直流輸電工程中至關重要的關鍵設備，是交、直流輸電系統中的整流、逆變兩端接口的核心設備。它的投入和安全運行是工程取得發電效益的關鍵和重要保證。換流變壓器的關鍵作用，要求其具有高可靠性和高技術性能。因為有交、直流電場、磁場的共同作用，所以換流變壓器的結構特殊、複雜，關鍵技術高難，對製造環境和加工質量要求嚴格。開展換流變壓器設計製造關鍵技術的研究、攻克和製造條件改造工作，不斷提高試驗手段，將有利於全面掌握換流變壓器的設計製造技術，實現換流變壓器國產化，填補國內空白。同時可促進國內交、直流輸電設備設計製造水平的進一步提高和發展，為特高壓交、直流輸變電設備的發展打下基礎，做好前期準備，實現換流變壓器國產化 ^[1]  。

換流變壓器在直流輸電系統中的作用有：

1、傳送電力；

2、把交流系統電壓變換到換流器所需的換相電壓；

3、利用變壓器繞組的不同接法，為串接的兩個換流器提供兩組幅值相等、相位相差30°(基波電角度)的三相對稱的換相電壓以實現十二脈動換流；

4、將直流部分與交流系統相互絕緣隔離，以免交流系統中性點接地和直流部分中性點接地造成直接短接，使得換相無法進行；

5、換流變壓器的漏抗可起到限制故障電流的作用；

6、對沿着交流線路侵入到換流站的雷電衝擊過電壓波起緩衝抑制的作用。

由於換流變壓器的運行與換流器換相造成的非線性密切相關，它在漏抗、絕緣、諧波、直流偏磁、有載調壓和試驗等方面與普通電力變壓器有不同的特點和要求。

以往由於晶閘管的額定電流和過負荷能力有限，為了限制閥臂短路和直流母線短路的故障電流，換流變壓器的漏抗一般比普通電力變壓器的大，一般為15－20%，有些工程甚至超過20%。隨着晶閘管的額定電流及其承受浪湧電流能力的提高，換流變壓器的漏抗可按對應的容量和絕緣水平合理選擇，阻抗相應降低，通常為12－18%，因此，設備主參數、絕緣水平、換流器無功消耗及能耗等都可相應降低，同時，換流器的運行性能也有所改進。

為減少非特徵諧波，換流變壓器的三相漏抗平衡度要求比普通電力變壓器高，通常漏抗公差不大於2%。如果運輸條件允許，工程多采用的單相三繞組換流變壓器結構，進一步減少十二脈動換流單元中換流變壓器六個阻抗值的差別。

換流變壓器閥側繞組和套管是在交流和直流電壓共同作用之下工作的。在這種電壓作用下，由於油、紙兩種絕緣材質的電導係數與介電係數之比差別很大，油紙複合絕緣中直流場強按電導係數分佈，交流場強則按介電係數分佈。當直流電壓極性迅速變化時，會使油隙絕緣受到很大的電應力。在套管與底座的連接部分，由於絕緣結構複雜，這一問題最為嚴重。

越接近直流兩極的閥側繞組對地電壓越高，在設計時必然增大繞組端部與鐵芯軛部的距離，使繞組端部的輻向漏磁和局部損耗增加，因諧波漏磁而引起的損耗則增加更多。

作為閥側繞組外絕緣的套管，其爬電距離要考慮到直流電壓的分量，為了避免雨天時在直流電壓作用下，由於不均勻濕閃而造成的閃絡故障，一般閥側套管均伸入閥廳。乾式合成套管已得到實際應用。為了抗震，套管法蘭盤處一般裝有振動阻尼裝置。

換流變壓器漏磁的諧波分量會使變壓器的雜散損耗增大，有時可能使某些金屬部件和油箱產生局部過熱現象。在有較強漏磁通過的部件要用非磁性材料或採用磁屏蔽措施。諧波磁通所引起的磁致伸縮噪聲處於聽覺較為靈敏的頻帶，必要時要採取更有效的隔音措施。

換流器觸發時刻的間隔不等，交流母線正序二次諧波電壓和與直流線路並行的交流線路的感應作用等將在換流變壓器閥側繞組電流中產生直流分量；接地極入地電流引起的地電位變化會在交流側繞組電流中產生直流分量，二者共同使換流變壓器產生直流偏磁現象。使在鐵芯的B－H曲線上的運行工作點繞行軌跡偏離對稱狀態，部分進入一側的飽和段，勵磁電流分量出現一個半波的尖峯波形，使變壓器的損耗、温升以及50Hz的噪聲(正常時基波噪聲頻率為100Hz)都有明顯增加，應在換流變壓器設計中充分考慮。

換流變壓器應具有較多的有載調壓開關，利用調壓開關可使直流輸電系統經常運行在接近最佳狀態，換流器觸發角運行在適當的範圍內，以兼顧到運行的安全性和經濟性。分接開關的調壓範圍一般為20－30%，每檔調節量為1%－2%，以達到分接開關調節和換流橋觸發控制聯合工作，做到既無明顯的調節死區，又可避免頻繁往返動作 ^[2]  。

國外主要換流變壓器製造商：瑞典 ABB公司、德國SIEMENS公司、美國GE公司；國內主要換流變壓器製造商：西電變壓器公司、特變電工變壓器公司（原沈變）、保定天威等。2016年8月30日，中國西電研製的2台酒泉—湖南±800kV特高壓直流輸電工程酒泉站ZZDFPZ-412300/750-400換流變壓器，一次性通過全部試驗，各項性能指標滿足或優於國家標準和技術協議的要求，技術水平達到國際領先水平。這標誌着網側750 kV、國產容量最大的換流變壓器在中國西電研製成功。

換流變壓器除了與普通電力變壓器一樣，需要進行例行試驗、型式試驗、交接試驗之外，還需進行直流電壓試驗、直流電壓局部放電試驗、直流電壓極性反轉試驗等 ^[3]  。