专利名称：一种高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器，特别是一种用于高压直流输电的换流变压器。
背景技术：
高压直流输电在电网建设中，对于长距离送电和大区联网有着非常广阔的发展 前景，是目前作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。高压直流 输电利用稳定的直流电具有无感抗、容抗也不起作用、无同步问题等优点而采用的大功 率远距离直流输电。输电过程为直流。高压直流输电常用于架空线和海底电缆输电，非 同步运行的交流系统之间的连络等方面。高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电 线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输 电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。换流站的主要设备包括换流器、换流 变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。换流变压器是换流站的主要设备，也是直流输电系统的主要设备，其主要参数 按直流系统的特殊要求确定。换流变压器的作用是向换流器供给交流功率或从换流器接 受交流功率，并且将网侧交流电压变换成阀侧所需要的电压。在整流站，用换流变压器将交流系统和直流系统隔离，通过换流装置将交流网 络的电能转换为高压直流电能，利用高压直流输电线路传输；在逆变站，通过换流装置 将直流电能转换为交流电能，再通过换流变压器送到交流电网；从而实现交流输电网络 与高压直流输电网络的联络。换流变压器提供相位差为30°的12脉波交流电压，以降低 交流侧谐波电流，特别是5次和7次谐波电流；作为交流系统和直流系统的电气隔离，削 弱侵入直流系统的交流侧过电压；通过换流变压器的阻抗限制直流系统的短路电流进入 交流系统；通过换流变压器可以实现直流电压较大幅度的分档调节。在高压直流输电工程中，因适应阀组各种不同运行工况、阀侧电压调节范围需 求较大等原因，换流变压器一般调压档位较多(例如29档)。在此情况下，换流变压器 均将调压方式设计为正反调压，这样换流变仅需一半调压档位线圈就可满足工程需要。 这也是高压直流输电工程中常用的调压方式。国内大部分运行和在建的高压、特高压直 流输电工程中换流变压器调压的布置方式均如此。例如，通过极性转换开关的转换，14 个档位的调压线圈，就可实现29档的功能需求。由于换流变压器和阀组直接相连，为在冲击合闸时阀组承受的电压最低、同时 降低换流变压器本身承受的冲击，根据相关规程，所有换流变压器在带电前，其档位均 自动设定在交流侧绕组最长的档位，这样换流变压器本身在冲击合间时为欠励磁，而阀 侧电压为最低值，是最安全的方式。换流变在带电后再根据阀侧电压需要调整有载调压开关的档位到适当位置，然 后再对阀组解锁。在这个过程中，一般有载调压开关需经过极性开关转换，从加极性到 减极性的位置。而在工程调试过程中，阀组需多次启停，换流变压器也需多次受到合闸冲击和多次调压开关的极性转换。尽管采取了正反极性调压的方式，高压直流换流变压器调压线圈档位还是较 多。一般换流变压器在设计时，所有调压线圈单独绕制为一圈，在换流变制造时不论是 在阀侧电压较低时放置在最外侧或是阀侧电压较高时放置在最内侧，调压线圈均有较大 的对地电容。这样在有载调压开关极性开关动作时，其极性开关均要切电容性电压。为限 制此电压，有载调压开关在极性开关动作前，在调压线圈的中间档，先接入一个电位电 阻，可一定程度上降低极性开关切换时在极性档位之间的放电。尽管接入了电位电阻，有载调压开关在极性开关动作时，仍需切换部分线圈对 地电容，在这种情况下，极性开关动作时仍然会引起触头间的火花放电，从而产生出放 电性特征气体乙炔。这样，如果极性开关动作次数增多，在极性开关动作时的轻微放电 引起的少量乙炔在多次积累后，就可能造成换流变压器油色谱分析时乙炔气体的轻微异 常。在此情况下，如果该换流变压器继续运行，则存在一定的安全问题；如果停止运 行，则需要更换新的变压器，不仅会造成停电事故，还会增加电网运行成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高压直流换流变压器及其有载调压开关 连接方法，通过改变换流变压器调压线圈侧的电路连接方式，避免了在极性开关动作时 的线圈放电，从而阻止了乙炔气体的产生。具体的，本发明提供了一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流 侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关和第一电阻，交流侧主线圈的一端连接高电 压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正 负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连 接，另一端接地；该换流变压器的交流侧还包括第二开关和第一选择开关，第二开关的 一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第一电阻的一端通过第一选择开关分别 连接调压线圈的正负两端，另一端接地。本发明还提供了一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，所述高压直 流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开 关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的 两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的 一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈 的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端 通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。本发明还提供了另一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流侧包 括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第二电阻和第三电阻，交流侧主线圈的一端连 接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线 圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中 一个连接，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括第二开关、第三开关和第 四开关，第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第二电阻的一端通过第四开关连接调压线圈的正极，另一端接地；第三电阻的一端通过第四开关连接调压 线圈的负极，另一端接地。本发明还提供了一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，所述高压直 流换流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开 关，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的 两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的 一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈 的低压端，另一端接地；所述交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开 关，第二电阻的一端通过第三开关调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通 过第四开关调压线圈的负极端，另一端接地。本发明的高压直流换流变压器改变了原有的交流侧线路连接方式，彻底解决了 在极性开关动作时，调压线圈杂散电容放电不完全的缺点，从而大大减少了乙炔气体的 产生，使换流变压器的工作更为安全可靠。
图1所示为现有的高压直流换流变压器交流侧的原理图。图2所示为调压线圈调压在最外侧时的原理图。图3所示为现有的高压直流换流变压器在极性开关动作时的等效电路图。图4所示为本发明的高压直流换流变压器的一个实施例的示意图。图5所示为本发明的第一实施例的高压直流换流变压器在极性开关动作时的等 效电路图。图6所示为本发明的高压直流换流变压器的另一个实施例的示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。图1所示为现有的高压直流换流变压器交流侧的原理图。如图所示，该换流变 压器的交流侧包括交流侧主线圈110、调压线圈120、切换开关130和电阻160，交流侧 主线圈110的一端连接高电压，另一端通过开关142连接极性开关150，极性开关150的 两个选择端分别连接调压线圈120的正负两端，调压线圈120设置有多个调压端口，切换 开关130的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地，电阻160的一端通过开关 170连接在调压线圈120的中间，另一端接地；另外，该换流变压器的交流侧还包括开关 140，一端连接交流侧主线圈110的低压端，另一端接地。该换流变压器的交流侧还包括 一个控制装置(图中未示出)，用于控制上述开关的动作。正常工作状态下，开关142闭合，开关170和开关140断开，极性开关150与调 压线圈120的其中一端连接，调压线圈120的其中一个调压端口与切换开关130连接。这 样，通过切换开关130在调压线圈120的不同调压端口之间的切换，就可以改变交流侧绕 组的大小，从而改变交流侧的电压值。当极性开关150需要动作时，开关140闭合；接着，开关142闭合，切换开关 130与调压线圈120断开；此后，开关170闭合，极性开关150开始切换；当极性开关
6150动作完成之后，开关170断开，切换开关130与调压线圈120连接，开关140断开； 最后，开关142闭合，换流变压器回复正常工作状态。正如前面所述的那样，换流变压器在设计时，所有调压线圈单独绕制为一圈， 在换流变制造时不论是在阀侧电压较低时放置在最外侧或是阀侧电压较高时放置在最内 侧，调压线圈均有较大的对地电容。以调压线圈调压在最外侧为例，其原理图如图2所示。在此情况下，正负极性之间的电压分布计算如下 TT Cl Uhv , Urw
权利要求
1.一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，其特征在于所述交流侧包括 交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接 高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈 的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一 个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述 交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调 压线圈的正负两端，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的高压直流换流变压器，其特征在于所述第一电阻为固定 电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间。
3.根据权利要求1所述的高压直流换流变压器，其特征在于所述第一电阻为可变 电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间的一定范围内可调。
4.一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于所述高压直流换 流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交 流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选 择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与 这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压 端，另一端接地；所述交流侧还包括第一电阻和第一选择开关，第一电阻的一端通过第 一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。
5.根据权利要求4所述的高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于 所述第一电阻的阻值在50欧姆至5000欧姆之间。
6.—种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，其特征在于所述交流侧包括 交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交流侧主线圈的一端连接 高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈 的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一 个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；所述 交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开关，第二电阻的一端通过第三开 关调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通过第四开关调压线圈的负极端， 另一端接地。
7.根据权利要求6所述的高压直流换流变压器，其特征在于所述第三电阻和第四 电阻为固定电阻，其阻值在50欧姆至5000欧姆之间。
8.根据权利要求6或7所述的高压直流换流变压器，其特征在于所述第三电阻和第 四电阻的阻值相同。
9.一种高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在于所述高压直流换 流变压器的交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关、第一开关和第二开关，交 流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选 择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与 这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压 端，另一端接地；所述交流侧还包括第二电阻、第三电阻、第三开关和第四开关，第二 电阻的一端通过第三开关调压线圈的正极端，另一端接地，第三电阻的一端通过第四开关调压线圈的负极端，另一端接地。
10.根据权利要求9所述的高压直流换流变压器有载调压开关连接方法，其特征在 于所述第三电阻和第四电阻的阻值相同。
全文摘要
本发明提供了高压直流换流变压器及其有载调压开关连接方法，一种高压直流换流变压器，包括直流侧和交流侧，交流侧包括交流侧主线圈、调压线圈、切换开关和第一电阻，交流侧主线圈的一端连接高电压，另一端通过第一开关连接极性开关，极性开关的两个选择端分别连接调压线圈的正负两端，调压线圈设置有多个调压端口，切换开关的一端与这些调压端口的其中一个连接，另一端接地；该换流变压器的交流侧还包括第二开关和第一选择开关，第二开关的一端连接交流侧主线圈的低压端，另一端接地；第一电阻的一端通过第一选择开关分别连接调压线圈的正负两端，另一端接地。本发明大大减少了乙炔气体的产生，使换流变压器的工作更为安全可靠。
文档编号H02M5/46GK102013815SQ20101024837
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者孙昕 申请人:国家电网公司