換流變壓器高頻特性研究

邱 偉 劉 燕 王 濤

（1.南方電網科學研究院有限責任公司，廣州 510080； 2.西安西電變壓器有限責任公司，西安 710077）

換流變壓器的高頻傳輸特性主要取決于繞組和鐵芯的寄生分布參數—換流變壓器的阻抗及各區域的電容值。而換流變壓器的阻抗為技術規范要求的定值，但各區域的電容值則與換流變壓器的內部結構方式有關。因此，研究換流變壓器的高頻特性就是研究換流變壓器的內部結構布置方式對其各區域電容值的影響。換流變壓器高頻相關特性的測量可用寬頻阻抗測試儀測量頻率與換流變壓器阻抗及相位角之間的關系。

1 換流變壓器各區域電容計算

目前，大容量換流變壓器的線圈排列方式主要有兩種：從內到外依次為調壓線圈-網側線圈-閥側線圈或閥側線圈-網側線圈-調壓線圈，圖1為換流變壓器典型的內部繞組排列結構。出于經濟和布置方便等因素考慮，目前換流變壓器主要采用調壓-網側-閥側的排列方式。

圖1 換流變壓器典型繞組布置方案

以南網公司某工程高端換流變壓器 ZZDFPZ- 239800/500-800 為例，其繞組實際排列方式為調壓線圈-網側線圈-閥側線圈，通過計算模擬軟件分析計算其各區域電容值見表1。為比較不同排列結構下的電容值，我們也采用相同軟件和計算方法在保證變壓器基本參數不變的情況下，對采用閥側線圈-網側線圈-調壓線圈的排列結構的換流變壓器電容進行計算，并列入表1進行對比。

表1 換流變壓器各區域電容計算結果

從表1可以看出，改變繞組排列順序，變壓器網側繞組和閥側繞組的對地電容值將發生較大變化：當繞組排列采用閥-網-調時，其網側繞組對地電容值為調-網-閥方案的0.4～0.6 倍左右，閥側繞組對地電容值為調-網-閥方案的1.5 倍左右，網側繞組對閥側繞組電容值與調-網-閥方案數值較為接近。

2 換流變壓器各區域電容測量結果

采用自動平衡電橋法對該臺換流變壓器的實際電容測試數據見表2。從數據對比分析來看，計算值與測量結果基本相當，也驗證了程序計算的準確性和方法的合理性。

表2 換流變壓器各區域電容試驗結果

由于換流變壓器的各區域電容為諧波電流提供入地通路，高壓直流輸電系統的直流側諧波電流有著非常重要的影響。準確計算電容量的大小，為直流系統選取合適的濾波器參數有著非常重要的工程意義。

3 換流變壓器各區域電容測量結果

目前，主要采用進口寬頻阻抗測試儀對換流變壓器進行測量，根據換流變壓器內部結構，確定響應接線方式，完成高頻阻抗測量試驗。

3.1 寬頻阻抗測試原理

寬頻頻阻測試采用正電壓－電流法，按照阻抗定義直接求取電壓對電流之復數比，以求得阻抗值，又稱復數伏安比法。通常用一個恒流源來提供固定的電流值。用電壓表分別測出被測件和同類標準器上的端電壓，即可求得被測的電阻、電容或電感值。如果僅用標準電阻器作為標準，則可求得被測件阻抗的絕對值│Z│（模值）。電壓表上可直接以R、L、C或│Z│來標定，這樣就構成了直讀式RLC 表或阻抗表。

3.2 寬頻阻抗測試設備

寬頻阻抗測試儀原理圖如圖2所示，這類阻抗表是直讀式儀器，使用十分方便，工作頻率范圍可達幾十至幾百兆赫。

圖2 寬頻阻抗測試儀原理圖

3.3 換流變壓器高頻特性測試結果

雙繞組換流變壓器與三繞組換流變壓器接線方式是不同的。以該雙繞組換流變壓器為例，進行高頻特性FRA 及雜散電容測量試驗的網側繞組接線方式如圖2所示。

圖3 雙繞組換流變壓器網側A 對網側中性點B 接線示意圖

該換流變壓器寬頻特性試驗測試結果—幅頻特性曲線和相頻特性曲線分別見圖4至圖9。

圖4 網側繞組對網側中性點的幅頻特性曲線

圖5 網側繞組對網側中性點的相頻特性曲線

圖6 閥側繞組首段對閥側繞組尾端幅頻特性曲線

圖7 閥側繞組首段對閥側繞組尾端相頻特性曲線

圖8 閥側繞組對網側繞組幅頻特性曲線

圖9 閥側繞組對網側繞組相頻特性曲線

4 結論

通過理論分析，認為影響換流變壓器高頻特性的主要的分布參數和決定因素是換流變壓器內部繞組的布置方式和絕緣結構，并以某工程實際使用換流變壓器為例進行了計算和測量結果對比分析，驗證了程序計算的正確性和計算方法的合理性。同時對兩種不同繞組排列結構的換流變壓器關鍵部位電容進行了計算對比分析，發現當改變繞組排列順序后，變壓器網側繞組和閥側繞組的對地電容值將發生較大變化：當繞組排列采用閥-網-調時，其網側繞組對地電容值為調-網-閥方案的0.4～0.6 倍左右，閥側繞組對地電容值為調-網-閥方案的1.5 倍左右，網側繞組對閥側繞組電容值與調-網-閥方案數值較為接近。。最后又給出了該臺換流變壓器的實際高頻特性測量結果，為工程解決高頻干擾對換流變壓器影響及直流系統危害積累了數據基礎。