換流變壓器感應(yīng)耐壓及局放試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算及分析

周秀， 吳旭濤， 馬云龍， 劉威峰， 牛勃， 陳磊， 李寧

(1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011；2.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏 銀川 750011)

特高壓換流變壓器是±800 kV靈紹特高壓直流輸電工程最核心設(shè)備之一，直接影響著靈紹特高壓直流工程的可靠性及穩(wěn)定性。由于其絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，造成換流變壓器閥側(cè)繞組對(duì)地電容量較大且閥側(cè)兩端分別對(duì)地電容不一致，給現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)帶來(lái)困難。±800 kV靈州特高壓換流站換流變壓器網(wǎng)側(cè)電壓等級(jí)為750 kV(之前±800 kV特高壓換流變壓器網(wǎng)側(cè)電壓均為500 kV)，給試驗(yàn)的順利開(kāi)展帶來(lái)了一定程度的不確定性[1-3]。

靈紹特高壓直流輸電工程換流變壓器開(kāi)展局部放電試驗(yàn)，不僅是對(duì)其絕緣狀態(tài)的檢測(cè)，同時(shí)可發(fā)現(xiàn)制造及安裝方面的缺陷。本文詳細(xì)介紹了一臺(tái)±800 kV閥側(cè)角接換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)設(shè)備、理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 主要參數(shù)及試驗(yàn)要求

1.1 換流變壓器主要參數(shù)

±800 kV靈州特高壓換流站每極均有1個(gè)低端閥廳和1個(gè)高端閥廳。每個(gè)閥廳安裝6 臺(tái)換流變壓器，1臺(tái)換流變壓器連接1個(gè)二重閥，共組成12脈動(dòng)換流閥，網(wǎng)側(cè)電壓均為750 kV，單臺(tái)換流變壓器容量為412.3 MVA ，兩極共有24臺(tái)換流變壓器，外加4臺(tái)備用相，共28臺(tái)換流變壓器。根據(jù)所應(yīng)用的直流電壓，閥側(cè)角接換流變壓器分為低端 Y/△-200 型和高端 Y/△-600 型，具體參數(shù)如表 1 所示。

表1 換流變壓器主要參數(shù)

1.2 試驗(yàn)電壓及加壓程序

±800 kV靈州特高壓換流站換流變壓器長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)加壓步驟如下:

在開(kāi)始施加試驗(yàn)電壓時(shí)，應(yīng)在不大于U2/3的電壓下接通電源并增加至U3，持續(xù)5 min，讀取放電量值；無(wú)異常則增加電壓至U2，持續(xù)5 min，讀取放電量值；無(wú)異常再增加電壓至U1，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，耐壓時(shí)間為(120×50/f)s；然后立即將電壓從U1降低至U2，保持60 min，進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，在局放試驗(yàn)時(shí)，每5 min記錄一次放電量值；滿60 min且無(wú)異常時(shí)則降電壓至U3，持續(xù)5 min，記錄放電量值；降電壓，當(dāng)電壓降低到U2/3以下時(shí)切斷電源，加壓完畢[4-6]。加壓程序如圖1所示。

圖1 加壓程序

1.3 試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)

2 設(shè)備組成

2.1 電源裝置

本次試驗(yàn)電源采用的是HVFS-450無(wú)局放變頻諧振試驗(yàn)裝置，額定輸入電壓為三相交流380 V±10%，50 Hz，額定輸出功率為單相450 kW，輸出頻率范圍為30～300 Hz，且連續(xù)可調(diào)，額定輸出電壓為0～350 V,且連續(xù)可調(diào)，額定輸出電流為0～1286 A，且連續(xù)可調(diào)；局部放電量≤10 pC。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)換流變壓器的入口電容量為固定值，且電抗值僅能在較小范圍內(nèi)調(diào)整，無(wú)局放變頻諧振試驗(yàn)裝置輸出頻率、輸出電壓、輸出電流均可連續(xù)調(diào)整，便于試驗(yàn)過(guò)程中找到試驗(yàn)所需的并聯(lián)諧振點(diǎn)。

2.2 無(wú)局放勵(lì)磁試驗(yàn)變壓器

2.3 無(wú)局放電抗器

根據(jù)廠家提供的出廠換流變壓器在長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)時(shí)的閥側(cè)電流及頻率，大體計(jì)算出換流變壓器閥側(cè)入口對(duì)地電容，可根據(jù)現(xiàn)有的電源裝置頻率調(diào)節(jié)選擇合適的無(wú)局放電抗器。由于Y/△型換流變壓器進(jìn)行局放試驗(yàn)時(shí)采用對(duì)稱加壓方式，且基于銀川東換流站開(kāi)展換流變壓器長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電時(shí)經(jīng)驗(yàn)可知,閥側(cè)為角型換流變壓器其閥側(cè)a、b對(duì)地的入口電容量不完全相等，若采用平衡對(duì)稱加壓時(shí)存在一定的環(huán)流，為此專門配置了兩臺(tái)可調(diào)電壓器。

3 加壓方式

依據(jù)±800 kV靈州特高壓換流站閥側(cè)角接的換流變壓器網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)的額定電壓變比關(guān)系，Y/△型換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組線端電壓不同閥側(cè)也有相對(duì)應(yīng)電壓，閥側(cè)為角接的換流變壓器在感應(yīng)耐壓時(shí)閥側(cè)電壓最高為274.35 kV，但現(xiàn)有的無(wú)局放勵(lì)磁試驗(yàn)變高壓繞組端部額定電壓為180 kV,不能滿足試驗(yàn)要求，且在很高電壓下對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地要求更加嚴(yán)格，如對(duì)加壓設(shè)備、擴(kuò)徑導(dǎo)線及試驗(yàn)時(shí)其他設(shè)備距離都更加嚴(yán)苛，因而閥側(cè)為角接的換流變壓器使用對(duì)稱加壓的方式更易實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)接線如圖2所示。圖2中的T為勵(lì)磁變壓器，L1、L2為補(bǔ)償電抗器，V為電壓測(cè)量裝置，a、b為閥側(cè)繞組線端，C1、C2為閥側(cè)高壓套管電容；N為網(wǎng)側(cè)繞組中性點(diǎn)，A為網(wǎng)側(cè)繞組高壓端，C3、C4為網(wǎng)側(cè)套管電容，Z為檢測(cè)阻抗盒，PDE為局部放電測(cè)試儀。

當(dāng)Y/△型換流變壓器采用對(duì)稱方式加壓時(shí)，被試換流變壓器閥側(cè)繞組首尾端對(duì)地電壓僅為單邊加壓的一半，可避免端頭對(duì)地電壓較高而引起外部懸浮及電暈干擾。在對(duì)稱加壓計(jì)算過(guò)程中，需注意兩點(diǎn)：一是網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)的電位差較大，設(shè)備絕緣是否能承受得??；另一點(diǎn)是閥側(cè)首尾兩端對(duì)地的等效電容不同將導(dǎo)致加壓時(shí)閥側(cè)首尾兩端產(chǎn)生環(huán)流，如環(huán)流過(guò)大將有可能造成變頻電源不能正常工作。

圖2 試驗(yàn)原理接線

4 試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

4.1 試驗(yàn)電壓

表2 試驗(yàn)時(shí)網(wǎng)閥側(cè)電壓值

4.2 閥側(cè)入口電容

4.3 試驗(yàn)頻率

根據(jù)換流變壓器的閥側(cè)入口等效電容C=36.7 nF。故試驗(yàn)頻率為

(1)

4.4 試驗(yàn)功率

換流變壓器的有功損耗與鐵心磁通密度、電源頻率相關(guān)。換流變壓器的有功損耗將隨鐵心磁通密度增加而增大，但電源頻率將隨換流變壓器的鐵心損耗增加而增加，在同樣的電壓感應(yīng)倍數(shù)下減少換流變壓器的鐵心磁通密度，從而減小換流變的有功損耗[7-8]：

P=(ks×fN/fs)1.9×(fs/fN)1.6×P0

(2)

式中:ks—試驗(yàn)電壓與額定電壓的比值；

fN—工頻頻率；

fs—空載頻率；

P0—工頻額定電壓下的空載損耗。

P=(1.57×50/125.3)1.9×(125.3/50)1.6×180=1.571.9×(50/125.3)0.3×180=321.95(kW)。有功電流則為IR=P/U=321.95/274.39=1.17(A)

根據(jù)變頻電源自身特性，應(yīng)避免其工作時(shí)的伏安特性曲線出現(xiàn)低電壓大電流的情況，同時(shí)也盡量降低無(wú)局放勵(lì)磁變壓器的輸入電流。經(jīng)計(jì)算分析，勵(lì)磁變壓器低壓繞組采用450 V，高壓繞組采用180 kV，此時(shí)其變比k變=400。

I輸出=IR×k變=1.63×400=652(A)

以上所計(jì)算的各值，均在試驗(yàn)設(shè)備額定參數(shù)范圍內(nèi)。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

按圖2所示的試驗(yàn)原理接線在現(xiàn)場(chǎng)布置試驗(yàn)儀器并采用擴(kuò)徑導(dǎo)線連接。在試驗(yàn)接線時(shí)，采用對(duì)稱加壓方式，兩臺(tái)無(wú)局放勵(lì)磁試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)各輸出一半電壓且相位相反，即變頻電源輸出的同一端子，分別與兩臺(tái)無(wú)局放勵(lì)磁變的首尾相連，可滿足相位相反的試驗(yàn)要求[9]。

變頻電源送電后，局部放電測(cè)試儀的網(wǎng)側(cè)繞組A、閥側(cè)繞組a、b均收到異常的干擾信號(hào)，該信號(hào)達(dá)到500 pC，將變頻電源接地端子的接地線去掉以后，再未收到異常的局放信號(hào)，異常干擾信號(hào)如圖3所示，消除異常干擾信號(hào)如圖4所示。

圖3 變頻電源干擾信號(hào)

圖4 消除干擾信號(hào)

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，換流變壓器閥側(cè)a、b繞組的電流不完全相等，這是由于閥側(cè)a、b繞組對(duì)地電容量不完全相等造成的。若閥側(cè)a、b繞組對(duì)地電容量相差加大或所施加電壓過(guò)高都將造成環(huán)流過(guò)大，此時(shí)必須采用不完全對(duì)稱加壓的方式。

本次試驗(yàn)各點(diǎn)監(jiān)測(cè)電流及局放測(cè)試結(jié)果如表3所示，根據(jù)DL/T1243-2013《換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電測(cè)試技術(shù)》和DL/T274-2012《±800 kV高壓直流設(shè)備交接試驗(yàn)》要求可知，局放結(jié)果符合規(guī)程要求，試驗(yàn)合格。局放試驗(yàn)結(jié)束24 h后，并對(duì)換流變壓器開(kāi)展油色譜試驗(yàn)，未有乙炔產(chǎn)生，其他烴類氣體也未增長(zhǎng)，驗(yàn)證了換流變壓器局放結(jié)果。

表3 Y/△-600型換流變?cè)囼?yàn)參數(shù)(完全平衡對(duì)稱加壓)

6 結(jié) 語(yǔ)

靈紹±800 kV特高壓直流輸電工程換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)交接特殊試驗(yàn)是該工程能否順利投產(chǎn)最重要的一步。本文在±660 kV銀川東換流站的換流變壓器現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電的基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析了他們之間換流變壓器結(jié)構(gòu)差異及電壓不同造成的問(wèn)題，從閥側(cè)為角接型換流變壓器采用對(duì)稱加壓的方式、試驗(yàn)儀器選型、各參數(shù)計(jì)算、補(bǔ)償方法原理等制定了詳盡的方案，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)順利開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)完全平衡對(duì)稱加壓的方式對(duì)靈州±800 kV某閥側(cè)角接型換流變壓器完成了長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓及局部放電試驗(yàn)，驗(yàn)證了完全平衡對(duì)稱加壓的可操作性，同時(shí)對(duì)局放試驗(yàn)由變頻電源引起的干擾源進(jìn)行了消除，為其他換流變壓器的相關(guān)試驗(yàn)提供借鑒，也為靈紹±800 kV特高壓直流工程的順利投產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。