換流變

換流變

換流變市場特變電工優勢顯著。ABB、西門子、西電集團、特變電工、天威保變是主要的換流變提供商。特變電工在引進了西門子技術後競爭優勢尤為顯著，市場佔有率已經達到45%。

將送端交流電力系統的電功率送到整流器或從逆變器接受功率送到受端交流電力系統 ^[1]  。它利用兩側繞組的磁耦合傳送功率，實現了交流系統和直流系統的電絕緣與隔離，避免交流電力網的中性點接地和直流部分的接地造成某些元件的短路。另一方面是實現電壓的變換，使換流變網側交流母線電壓和換流橋的直流側電壓能分別符合兩側的額定電壓及容許電壓偏移。此外，它對於從交流電網入侵換流器的過電壓還起抑制作用 ^[2]  。

換流變壓器是直流輸電系統的主要設備，其主要參數按直流系統的特殊要求確定。換流變壓器的作用是向換流器供給交流功率或從換流器接受交流功率，並且將網側交流電壓變換成閥側所需要的電壓。

在整流站,用換流變壓器將交流系統和直流系統隔離,通過換流裝置將交流網絡的電能轉換為高壓直流電能,利用高壓直流輸電線路傳輸;在逆變站,通過換流裝置將直流電能轉換為交流電能,再通過換流變壓器送到交流電網;從而實現交流輸電網絡與高壓直流輸電網絡的聯絡。 換流變壓器提供相位差為30°的12 脈波交流電壓,以降低交流側諧波電流,特別是5 次和7 次諧波電流;作為交流系統和直流系統的電氣隔離,削弱侵入直流系統的交流側過電壓;通過換流變壓器的阻抗限制直流系統的短路電流進入交流系統;通過換流變壓器可以實現直流電壓較大幅度的分檔調節。

1、存在直流偏磁問題。 直流偏磁不僅導致鐵心週期性的飽和，併發出低頻噪聲，而且也將使得變壓器的損耗和温升大幅增加；

2、需要更高的絕緣裕度。 換流變壓器在運行中既要承受交流電應力作用，又要承受較大分量的直流電應力作用，要求變壓器絕緣尤其是閥側絕緣對運行中的工作場強有足夠的耐受裕度，其絕緣問題非常突出。換流變壓器在運行中的絕緣事故在全部事故所佔比例為50%左右。

3、大範圍有載調壓能力 當換流變壓器橋臂短路時，為了限制過大的短路電流損壞換流閥，換流變壓器應具有足夠大的短路阻抗，即具有較大的漏電抗。同時，為滿足閥側電壓隨負載變化而經常變化的要求，換流變壓器還具有大範圍的有載調壓能力，使得其有載分接頭檔位遠多於普通電力變壓器。

4、諧波問題 換流變壓器在運行中會流過特徵諧波和非特徵諧波電流。這些諧波作用於變壓器漏磁使得變壓器雜散損耗增大，有時還會使一些金屬部件和油箱產生局部過熱。數值較大的諧波磁通會引起磁滯伸縮噪音，且處於聲覺敏感頻段，必須採取有效的隔音手段。

5、由於系統有降壓運行的要求，網側分接範圍大（30%左右），級數多。並且運行方式的多樣性，增加了換流變設計的複雜性。

6、在結構上由於閥側套管要深入到閥廳中，為了防止換流變發生事故時殃及到閥體，所以閥側套管採用乾式套管。

7、換流變壓器中最常見的故障多見於線圈絕緣損壞、油紙絕緣強度降低、分接頭變換器、套管以及冷卻系統（泵）故障，換流變壓器的故障率大約是交流變壓器的兩倍。對於特高壓變壓器而言，需要關注的是閥繞組與接地—交流繞組之間的主直流絕緣結構。採用的某些在線檢測系統雖然能夠避免發生一些可能發生的故障，但由於該系統的設計還不夠成熟，不能儘早地檢測出可能發生的災難性損壞並採取糾正措施。對於首次研製的特高壓換流變壓器，其設計和生產可靠性必須依靠模擬試驗驗證，同時，這些試驗結果也是設備運行後故障診斷的基礎。

直流電壓的極性可能迅速反轉，這些問題使得它的內絕緣電位分佈與普通電力變壓器有很大的差別。在不同絕緣材料電壓分配中，對於交流電壓、暫態衝擊過電壓以及直流電壓將做不同的考慮。交流電壓的分配取決於材料的介電常數比率，直流電壓的分佈取決於各種材料電阻率的比率。 換流變壓器內絕緣大多采用變壓器油、紙、壓板等纖維素固體材料。它們的介電常數之比不超過1∶3。但材料電阻率的大小受很多外部因素影響，比如温度、濕度、場強、時間、老化等等，其電阻率之比可能超1∶1000。因此，由於這些因素的影響使得換流變壓器在直流電場作用下絕緣中的電位分佈與交流有很大差異。因此，特高壓換流變壓器在結構設計、絕緣配置以及試驗等方面必須重點加以考慮。