換流變壓器試驗及局放干擾抑制措施

宋作森，劉東，錢國超，楚金偉

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣州 510663)

換流變壓器試驗及局放干擾抑制措施

宋作森，劉東，錢國超，楚金偉

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，廣州 510663)

換流變壓器因其電磁結(jié)構(gòu)和絕緣設(shè)計的復(fù)雜性，其內(nèi)部絕緣易存在薄弱點。為了全面了解和掌握絕緣薄弱點放電情況，換流變壓器現(xiàn)場長時感應(yīng)電壓及局放測量 (ACLD)試驗是一項重要的測試方法。本文結(jié)合現(xiàn)場試驗設(shè)備條件，給出換流變壓器單邊和雙邊加壓的總體接線方案；為了避免試驗過程中換流變鐵心發(fā)生飽合，對試驗電源頻率選擇進行分析；為了解決兩端加壓不平衡問題，提出相應(yīng)的補償方案，并通過仿真驗證了補償?shù)目尚行裕淮送忉槍ΜF(xiàn)場局放測試干擾源類型的不同，提出了相應(yīng)的抗干擾措施，以保證測量結(jié)果的精度。

換流變壓器；接線方案；雙邊加壓；干擾源；抑制措施

0 前言

換流變壓器運行可靠性直接關(guān)系到整個直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[1-2]。換流變壓器因其自身電磁結(jié)構(gòu)和絕緣設(shè)計的復(fù)雜性，造成其絕緣水平成為考核換流變壓器技術(shù)性能的最重要指標(biāo)[3-4]。換流變壓器ACLD試驗?zāi)壳捌毡椴捎枚囗椩囼灅?biāo)準(zhǔn)[5]。其作為換流變壓器現(xiàn)場最主要試驗項目之一，其試驗方案選擇的合理性直接關(guān)系到現(xiàn)場試驗的可操作性。換流變壓器ACLD試驗測試與常規(guī)交流變壓器的ACLD試驗測試存在較大的差異，其中最主要的就是現(xiàn)場局放干擾源較交流試驗時更為復(fù)雜[6]。換流變壓器ACLD試驗的抗干擾措施直接關(guān)系到測試結(jié)果的精度。以下介紹換流變壓器ACLD試驗方案，針對換流變壓器ACLD試驗過程中存在的干擾，提出相應(yīng)的解決措施。

1 試驗接線方案與電源頻率

1.1 接線方案

換流變ACLD試驗原理上可以從網(wǎng)側(cè)加壓、也可從閥側(cè)加壓。由于現(xiàn)場交接試驗時網(wǎng)側(cè)加壓需要較大電壓等級的試驗變壓器，試驗可操作性不大。因此，現(xiàn)場試驗一般采用閥側(cè)加壓方式。考慮到換流變閥側(cè)存在Y型和D型兩種接線方式，造成換流變的變比存在差異，同時處于不同位置的換流變，其閥側(cè)耐壓值也存在差異，以± 800 kV直流輸電用換流變接線方式為例，換流變存在 800 kV(HY)、600 kV(HD)、400 kV (LY)和200 kV(LD)四種不同接線型式和電壓等級。因此，換流變需要采用兩種不同的加壓方式，即單邊加壓和雙邊加壓，相應(yīng)的試驗接線方案分別如圖1(a)和圖1(b)所示。不同電壓等級換流變的加壓方式參考表1。

圖1 換流變ACLD試驗接線方案

1.2 試驗電源頻率的選擇

在換流變ACLD試驗中，施加電壓要高出運行電壓，若試驗電源的頻率采用工頻時，極易造成換流變鐵心發(fā)生磁飽合現(xiàn)象，從而造成勵磁電流過大。

為了有效避免換流變在試驗過程發(fā)生鐵心飽合現(xiàn)象，試驗電源的頻率需適當(dāng)大于換流變的額定工作頻率；若試驗電源的頻率過大，也易造成鐵心的剩磁過大；綜合兩方面的考慮，現(xiàn)場試驗電源的頻率一般在100 Hz～250 Hz之間。

此外，根據(jù)高壓試驗規(guī)程規(guī)定：當(dāng)試驗電源頻率等于或小于2倍額定頻率時，其全電壓下的試驗頻率持續(xù)時間應(yīng)為60 s，當(dāng)試驗頻率大于2倍額定頻率時，試驗電壓持續(xù)時間為：

圖2 換流變雙邊加壓測試圖

針對上述雙邊加壓無功不平衡造成端口電壓不一致問題，提出了兩種解決措施：

1)針對入口電容不相等問題，采用補償電抗使得輸入到中間變的無功電流為零。結(jié)合圖4給出的仿真模型，電抗補償后的兩端電壓波形圖5所示，電壓值皆為 151 kV，說明該方法是有效的。

但不宜少于15 s。

2 雙邊加壓不平衡及補償

換流變現(xiàn)場ACLD試驗過程中，常面臨兩邊勵磁變輸出側(cè)端口電壓不一致的現(xiàn)象。通過初步分析產(chǎn)生該現(xiàn)象主要有兩個原因：

1)換流變閥側(cè)兩個套管的入口等效電容不一致，即無功不平衡；

2)換流變兩端產(chǎn)生的損耗不一致，主要與換流變的制造工藝和繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)，即有功不平衡。

本文以某直流工程換流變雙邊加壓方案及參數(shù)為依據(jù)，如圖2所示，建立了相應(yīng)的Matlab仿真模型，試驗電源頻率280 Hz，3.1端入口電容20 nF，3.2端入口電容30 nF，在兩個電容中間接地來模擬端子入口電容，兩邊補償電抗分別為11.4 H，如圖3所示。當(dāng)換流變兩端口電容不相同時，勵磁變一端由于容升效應(yīng)電壓升至155 kV；另一端口電壓僅為134 kV。

圖3 端口電容影響電壓仿真模型

2)針對電壓不平衡問題，根據(jù)現(xiàn)場測試經(jīng)驗，可通過調(diào)整兩邊中間變輸入、輸出端的不同檔位來人為抬升輸出端的電壓，使得兩端電壓保持對稱。一般的原則是將電壓較低一端的中間變的變比增大或者電壓較高的一端的中間變變比減小。同樣，結(jié)合圖3的仿真模型，將端口電壓為134 kV的中間變的高壓檔位從190 kV變?yōu)?20kV，仿真結(jié)果表明該端口的電壓升至139 kV，兩端電壓差值變小，仿真結(jié)果該方法同樣有效。

3 試驗現(xiàn)場干擾源及抑制

3.1 懸浮電位放電干擾

換流變中所有的金屬件都必須有確定的電位。若有不確定電位的均為懸浮現(xiàn)象。懸浮放電有內(nèi)部懸浮放電及外部懸浮放電。

懸浮放電的典型特征是正負(fù)兩邊脈沖等幅、等間隔及頻率相同，放電量與電壓有關(guān)，且隨著電壓上升放電量逐漸減小、放電脈沖數(shù)隨之增加。為了有效抑制懸浮電位放電，對于高壓引線要采用大小合適、無損傷的防暈導(dǎo)線，各套管使用的均壓環(huán)均滿足要求，均壓環(huán)尺寸與電壓等級關(guān)系如表1所示；換流變中金屬結(jié)構(gòu)件要牢靠接地，不允許有懸空金屬存在；

表1 不同電壓等級選用均壓環(huán)的尺寸表

3.2 換流閥運行干擾

在已投運換流站進行ACLD試驗時，如果雙極未停運，接地網(wǎng)會串入12脈動的干擾波源，干擾源的波形特征非常明顯，其每個周期的開斷次數(shù)與換流閥開斷次數(shù)相同，即在局放信號工頻周期內(nèi)為12個干擾點，與換流閥脈動數(shù)相同，放電量與試驗電壓大小無關(guān)。

為了有效抑制換流閥的運行干擾，最為有效的措施是將直流系統(tǒng)雙極停運，或至少停運靠近局放試驗地點的單極。如果無法停運而又需進行局放試驗時，可以采取在局放測試儀上進行去干擾的措施。

3.3 氣泡放電干擾

換流變充油過程會產(chǎn)生浮動氣泡、或在絕緣材料及漆瘤中的產(chǎn)生空氣隙。由于氣隙的介電常數(shù)相對于油紙絕緣來說較小，在絕緣材料電場強度不太高的情況下，氣隙即可發(fā)生擊穿而產(chǎn)生放電。放電波形特征呈現(xiàn)出連續(xù)密集，且正負(fù)對稱；氣泡較少時，放電量可能會在加壓過程中變小，最后接近于無。當(dāng)換流變進行ACLD試驗時，會在這些氣泡中產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

針對這一現(xiàn)象，換流變ACLD試驗時，需增加其靜放時間，或?qū)ψ儔浩饔瓦M行抽真空處理，檢查油箱和套管升高座內(nèi)是否有殘留氣體，若有須做好放氣工作。

4 結(jié)束語

1)針對特高壓直流輸電系統(tǒng)中存在的HY、HD、LY及LD四種不同接線型式和電壓等級的換流變，可采用在閥側(cè)單邊和雙邊方法開展試驗；

2)提高試驗頻率可有效解決換流變鐵芯磁飽和問題，頻率宜100 Hz～250 Hz之間；

3)采用補償電抗器或調(diào)整勵磁變變比方式可有效解決換流變兩邊加壓存在的端口電壓不對稱問題；

4)針對換流變ACLD現(xiàn)場試驗存在的多種干擾源問題可采用不通抑制措施加以消除。

[1] 李季，羅隆福，許加柱，等.換流變壓器閥側(cè)絕緣電場特性研究 [J].高電壓技術(shù)，2006，32(9)：121-124.

[2] 李琳，紀(jì)鋒，李文平，等.換流變壓器極性反轉(zhuǎn)試驗的數(shù)據(jù)模擬 [J].中國電機工程學(xué)報，2011，31(18)：107 -112.

[3] 張燕秉，鄭勁，汪德華，等.特高壓直流換流變壓器的研制 [J].高電壓技術(shù)，2010，36(1)：255-264.

[4] 郭慧浩，付超，梁云丹，等.特高壓變壓器ACSD和ACLD試驗相關(guān)問題的探討 [J].2014，51(10)：58-61.

[5] 韓金華，夏中原，王偉，等.特高壓變壓器現(xiàn)場局放試驗的變頻電源方法應(yīng)用 [J].高壓電器，2013，49(10)：51-57.

[6] 張文亮，張國兵.特高壓變壓器感應(yīng)電壓試驗若干問題的探討 [J].高電壓技術(shù)，2010，36(8)：1845-1851.

Study on ACLD Test of Converter Transformer and Suppression of Interference Suppression

SONG Zuosen，LIU Dong，QIAN Guochao，CHU Jinwei
(M＆T Center of EHV Power Transmission Co.of CSG，Guangzhou 510670，China)

the internal insulation of the converter transformer is vulnerable to the complexity of its electromagnetic structure and insulation design.In order to fully understand and master the insulation weak point discharge，the voltage and PD measurement (ACLD)test is an important method for the transformer field.Based on field test equipment，and according to the different ratio of the proposed converter transformer ACLD test unilateral and bilateral compression scheme and test wiring scheme，to solve the problem of iron core magnetic saturation increase test power supply frequency and to resolve bilateral pressure imbalance in the proposed one kind of effective compensation scheme，and simulation verify the feasibility；in addition to local discharge test interference source types of different proposed corresponding anti-interference measures，to ensure the accuracy of the measurement results.

Converter transformer；connection scheme；bilateral pressure；interference source；restraining measures

TM85

B

1006-7345(2015)06-0029-03

2015-07-13

宋作森 (1988)，男，助理工程師，中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，從事高壓一次設(shè)備技術(shù)分析與技術(shù)監(jiān)督工作 (e-mail)915605340＠qq.com。

劉東 (1978)，男，高級工程師，中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗中心，從事高壓一次設(shè)備品控技術(shù)監(jiān)督、管理工作。

錢國超 (1981)，男，碩士，高級工程師，云南電力試驗研究院 (集團)有限公司電力研究院，從事電力系統(tǒng)過電壓與接地技術(shù)研究工作。