换流变压器感应耐压及局放试验参数计算及分析

周秀， 吴旭涛， 马云龙， 刘威峰， 牛勃， 陈磊， 李宁

(1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011；2.国网宁夏电力有限公司银川供电公司，宁夏 银川 750011)

特高压换流变压器是±800 kV灵绍特高压直流输电工程最核心设备之一，直接影响着灵绍特高压直流工程的可靠性及稳定性。由于其绝缘结构的复杂性，造成换流变压器阀侧绕组对地电容量较大且阀侧两端分别对地电容不一致，给现场开展长时感应耐压及局部放电试验带来困难。±800 kV灵州特高压换流站换流变压器网侧电压等级为750 kV(之前±800 kV特高压换流变压器网侧电压均为500 kV)，给试验的顺利开展带来了一定程度的不确定性[1-3]。

灵绍特高压直流输电工程换流变压器开展局部放电试验，不仅是对其绝缘状态的检测，同时可发现制造及安装方面的缺陷。本文详细介绍了一台±800 kV阀侧角接换流变压器现场长时感应耐压及局部放电试验的试验方法、试验设备、理论计算及现场试验。

1 主要参数及试验要求

1.1 换流变压器主要参数

±800 kV灵州特高压换流站每极均有1个低端阀厅和1个高端阀厅。每个阀厅安装6 台换流变压器，1台换流变压器连接1个二重阀，共组成12脉动换流阀，网侧电压均为750 kV，单台换流变压器容量为412.3 MVA ，两极共有24台换流变压器，外加4台备用相，共28台换流变压器。根据所应用的直流电压，阀侧角接换流变压器分为低端 Y/△-200 型和高端 Y/△-600 型，具体参数如表 1 所示。

表1 换流变压器主要参数

1.2 试验电压及加压程序

±800 kV灵州特高压换流站换流变压器长时感应耐压及局部放电试验加压步骤如下:

在开始施加试验电压时，应在不大于U2/3的电压下接通电源并增加至U3，持续5 min，读取放电量值；无异常则增加电压至U2，持续5 min，读取放电量值；无异常再增加电压至U1，进行耐压试验，耐压时间为(120×50/f)s；然后立即将电压从U1降低至U2，保持60 min，进行局部放电试验，在局放试验时，每5 min记录一次放电量值；满60 min且无异常时则降电压至U3，持续5 min，记录放电量值；降电压，当电压降低到U2/3以下时切断电源，加压完毕[4-6]。加压程序如图1所示。

图1 加压程序

1.3 试验合格标准

2 设备组成

2.1 电源装置

本次试验电源采用的是HVFS-450无局放变频谐振试验装置，额定输入电压为三相交流380 V±10%，50 Hz，额定输出功率为单相450 kW，输出频率范围为30～300 Hz，且连续可调，额定输出电压为0～350 V,且连续可调，额定输出电流为0～1286 A，且连续可调；局部放电量≤10 pC。现场试验时换流变压器的入口电容量为固定值，且电抗值仅能在较小范围内调整，无局放变频谐振试验装置输出频率、输出电压、输出电流均可连续调整，便于试验过程中找到试验所需的并联谐振点。

2.2 无局放励磁试验变压器

2.3 无局放电抗器

根据厂家提供的出厂换流变压器在长时感应耐压及局部放电试验时的阀侧电流及频率，大体计算出换流变压器阀侧入口对地电容，可根据现有的电源装置频率调节选择合适的无局放电抗器。由于Y/△型换流变压器进行局放试验时采用对称加压方式，且基于银川东换流站开展换流变压器长时感应耐压及局部放电时经验可知,阀侧为角型换流变压器其阀侧a、b对地的入口电容量不完全相等，若采用平衡对称加压时存在一定的环流，为此专门配置了两台可调电压器。

3 加压方式

依据±800 kV灵州特高压换流站阀侧角接的换流变压器网侧与阀侧的额定电压变比关系，Y/△型换流变压器网侧绕组线端电压不同阀侧也有相对应电压，阀侧为角接的换流变压器在感应耐压时阀侧电压最高为274.35 kV，但现有的无局放励磁试验变高压绕组端部额定电压为180 kV,不能满足试验要求，且在很高电压下对现场的场地要求更加严格，如对加压设备、扩径导线及试验时其他设备距离都更加严苛，因而阀侧为角接的换流变压器使用对称加压的方式更易实现，试验接线如图2所示。图2中的T为励磁变压器，L1、L2为补偿电抗器，V为电压测量装置，a、b为阀侧绕组线端，C1、C2为阀侧高压套管电容；N为网侧绕组中性点，A为网侧绕组高压端，C3、C4为网侧套管电容，Z为检测阻抗盒，PDE为局部放电测试仪。

当Y/△型换流变压器采用对称方式加压时，被试换流变压器阀侧绕组首尾端对地电压仅为单边加压的一半，可避免端头对地电压较高而引起外部悬浮及电晕干扰。在对称加压计算过程中，需注意两点：一是网侧与阀侧的电位差较大，设备绝缘是否能承受得住；另一点是阀侧首尾两端对地的等效电容不同将导致加压时阀侧首尾两端产生环流，如环流过大将有可能造成变频电源不能正常工作。

图2 试验原理接线

4 试验参数计算

4.1 试验电压

表2 试验时网阀侧电压值

4.2 阀侧入口电容

4.3 试验频率

根据换流变压器的阀侧入口等效电容C=36.7 nF。故试验频率为

(1)

4.4 试验功率

换流变压器的有功损耗与铁心磁通密度、电源频率相关。换流变压器的有功损耗将随铁心磁通密度增加而增大，但电源频率将随换流变压器的铁心损耗增加而增加，在同样的电压感应倍数下减少换流变压器的铁心磁通密度，从而减小换流变的有功损耗[7-8]：

P=(ks×fN/fs)1.9×(fs/fN)1.6×P0

(2)

式中:ks—试验电压与额定电压的比值；

fN—工频频率；

fs—空载频率；

P0—工频额定电压下的空载损耗。

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)。有功电流则为IR=P/U=321.95/274.39=1.17(A)

根据变频电源自身特性，应避免其工作时的伏安特性曲线出现低电压大电流的情况，同时也尽量降低无局放励磁变压器的输入电流。经计算分析，励磁变压器低压绕组采用450 V，高压绕组采用180 kV，此时其变比k变=400。

I输出=IR×k变=1.63×400=652(A)

以上所计算的各值，均在试验设备额定参数范围内。

5 现场试验

按图2所示的试验原理接线在现场布置试验仪器并采用扩径导线连接。在试验接线时，采用对称加压方式，两台无局放励磁试验变压器高压侧各输出一半电压且相位相反，即变频电源输出的同一端子，分别与两台无局放励磁变的首尾相连，可满足相位相反的试验要求[9]。

变频电源送电后，局部放电测试仪的网侧绕组A、阀侧绕组a、b均收到异常的干扰信号，该信号达到500 pC，将变频电源接地端子的接地线去掉以后，再未收到异常的局放信号，异常干扰信号如图3所示，消除异常干扰信号如图4所示。

图3 变频电源干扰信号

图4 消除干扰信号

在现场试验过程中，换流变压器阀侧a、b绕组的电流不完全相等，这是由于阀侧a、b绕组对地电容量不完全相等造成的。若阀侧a、b绕组对地电容量相差加大或所施加电压过高都将造成环流过大，此时必须采用不完全对称加压的方式。

本次试验各点监测电流及局放测试结果如表3所示，根据DL/T1243-2013《换流变压器现场局部放电测试技术》和DL/T274-2012《±800 kV高压直流设备交接试验》要求可知，局放结果符合规程要求，试验合格。局放试验结束24 h后，并对换流变压器开展油色谱试验，未有乙炔产生，其他烃类气体也未增长，验证了换流变压器局放结果。

表3 Y/△-600型换流变试验参数(完全平衡对称加压)

6 结 语

灵绍±800 kV特高压直流输电工程换流变压器现场交接特殊试验是该工程能否顺利投产最重要的一步。本文在±660 kV银川东换流站的换流变压器现场长时感应耐压及局部放电的基础上总结经验，分析了他们之间换流变压器结构差异及电压不同造成的问题，从阀侧为角接型换流变压器采用对称加压的方式、试验仪器选型、各参数计算、补偿方法原理等制定了详尽的方案，为现场试验顺利开展奠定了基础。

现场通过完全平衡对称加压的方式对灵州±800 kV某阀侧角接型换流变压器完成了长时感应耐压及局部放电试验，验证了完全平衡对称加压的可操作性，同时对局放试验由变频电源引起的干扰源进行了消除，为其他换流变压器的相关试验提供借鉴，也为灵绍±800 kV特高压直流工程的顺利投产奠定了基础。