I. Расположение оборудования
Трансформатор преобразователя HVDC является основным компонентом преобразовательной подстанции, соединяющим сеть переменного тока с клапанами тиристорного преобразователя. Он преобразует переменное напряжение до уровня, необходимого для ламп, обеспечивая при этом электрическую изоляцию, подавление гармоник, балансировку магнитодвижущей силы и ограничение тока повреждения. Конфигурации включают одинарный-мост и двойной-мост, 12-импульсные схемы; В проектах UHVDC используется двойная 12-импульсная схема последовательного подключения.
II. Основные технические характеристики
1. Структура фазосдвигающей обмотки: стандартная 12-импульсная конфигурация для подавления гармоник в источнике.
1. Базовая структура:На каждом полюсе установлены два преобразовательных трансформатора; Обмотки низкого-напряжения используют соединения Dy11 и Dd0 соответственно, создавая сдвиг фазы на 30 градусов, образуя 12-импульсный блок выпрямления. В проектах сверхвысокого напряжения постоянного тока последовательное соединение двух 12-пульсных блоков обеспечивает эффект, эквивалентный 24-пульсной системе.
2. Подавление гармоник:Полностью устраняет характеристические гармоники низкого-порядка (5-я и 7-я); только гармоники более высокого-порядка (11-я, 13-я, 23-я и 25-я) остаются на стороне сетки. Это значительно снижает требуемую мощность фильтрующего оборудования на стороне переменного тока, тем самым уменьшая занимаемую площадь преобразовательной станции и инвестиционные затраты.
3. Конструкция обмотки:Имеет независимые разделенные обмотки со стороны клапана с идеально симметричными магнитными цепями. Дисбаланс напряжений строго контролируется в пределах 0,2%, чтобы предотвратить неравномерное распределение тока в клапанах преобразователя, что в противном случае могло бы привести к перегрузке компонентов.
2. Устойчивость к сильному смещению постоянного тока; оптимизированная конструкция сердечника для низкой плотности магнитного потока
1. Операционные задачи:Асимметричное срабатывание клапана, одиночные-ошибки моста и монополярный режим работы создают непрерывные компоненты постоянного тока. В таких условиях стандартные трансформаторы очень чувствительны к насыщению сердечника, чрезмерному шуму и повреждению от перегрева.
2. Техническое решение:
1. В железном сердечнике используются высококачественные-холоднокатаные-листы кремнистой стали с низкими-потерями; Плотность магнитного потока значительно снижается, обеспечивая достаточный запас против магнитного насыщения.
2. Преобразовательные трансформаторы большой-мощности имеют трехфазную конструкцию с пятью-сердечниками, позволяющую гармоническому потоку нулевой-последовательности циркулировать независимо, не проходя через основные ветви сердечника.
3. Магнитодвижущие силы обмоток высокого- и низкого-напряжения принудительно балансируются для противодействия дополнительным потерям и вибрациям, вызванным магнитным смещением постоянного тока.
3. Конструкция с высоким сопротивлением короткого-замыкания для ограничения воздействия короткого-замыкания на стороне клапана:
1. Диапазон импеданса:Импеданс короткого-замыкания обычных выпрямительных трансформаторов постоянного тока высокого напряжения составляет от 12 % до 20 %, что значительно выше, чем у распределительных или железнодорожных выпрямительных трансформаторов.
2. Функция:В случае короткого замыкания в плече клапана преобразователя или в линии постоянного тока высокое реактивное сопротивление утечки существенно ограничивает пиковый ток короткого-замыкания. Это защищает тиристоры и-цепи демпфирования выравнивания напряжения, снижает требования к разрыву и стойкости к разрядникам преобразовательных клапанов и автоматическим выключателям, а также повышает отказоустойчивость системы.
4. Система изоляции: выдерживает комбинированное напряжение переменного и постоянного тока, а также резкие-передние импульсные напряжения:
Выпрямительные трансформаторы высокого напряжения постоянного тока подвергаются воздействию переменного тока сетевой-частоты, постоянного-напряжения постоянного тока, резких-импульсных перенапряжений из-за коммутации тиристоров, а также грозовых/коммутационных импульсных напряжений, что приводит к сложным условиям эксплуатации изоляции:
1. В основной изоляции используется многослойная -масляная-композитная структура с ступенчатой защитой, обеспечивающая равномерное распределение электрического поля и предотвращающая локальную концентрацию напряженности поля.
2. Изоляция между витками и слоями обмотки со стороны клапана-утолщена, чтобы выдерживать высокочастотные-крутые-импульсы фронта, генерируемые во время коммутации.
3. Строгие требования к частичному разряду: Величина частичного разряда Меньше или равна 100 пК при 1,5-кратном рабочем напряжении, что гарантирует отсутствие ухудшения изоляции во время длительной-работы.
В проекте используется исключительно конструкция,-погруженная в масло; изоляционное масло обеспечивает как изоляцию, так и эффективное рассеивание тепла, тогда как оборудование сухого-типа не может удовлетворить требования к изоляции и рассеиванию тепла для приложений сверхвысокого напряжения (сверх-высокого напряжения).
5. Характеристики нагрузки: долговременная-несбалансированная пульсирующая нагрузка; строгий контроль дополнительных потерь
1. Характеристики нагрузки:Ток имеет периодическую пульсирующую форму, богатую гармониками, вызывающую потери на вихревые токи, паразитные потери и дополнительный нагрев металлических компонентов конструкции; нагрузка устойчиво асимметрична при работе монополярной системы.
2. Меры оптимизации:
1. Металлические компоненты, такие как резервуар, зажимные рамы и соединительные пластины, изготовлены из стали с низким-магнетизмом и магнитной защитой для блокировки гармонических вихревых токов;
2. В обмотках используются транспонированные проводники, что позволяет значительно снизить потери на вихревые токи в обмотках;
3. Охлаждение с принудительной направленной циркуляцией масла (ODAF/ODWF) обеспечивает высокую эффективность рассеивания тепла, поддерживая непрерывную 24-часовую работу при полной нагрузке с гораздо более строгими ограничениями по превышению температуры, чем у стандартных силовых трансформаторов.
6. Широкий-диапазон регулирования напряжения для компенсации колебаний напряжения в системе переменного/постоянного тока.
1. Метод регулирования напряжения:Устройство РПН-под нагрузкой (OLTC) устанавливается на стороне сети высокого-напряжения и обеспечивает диапазон регулирования ±20 % или выше с шагом 1,25 %.
2. Функция:Регулировка-напряжения клапана-на стороне холостого хода-в режиме реального времени в ответ на колебания напряжения сети переменного тока или изменения мощности передачи постоянного тока; это стабилизирует углы открытия и затухания клапана преобразователя, поддерживает постоянную мощность передачи постоянного тока и снижает потребление реактивной мощности.
7. Вибрация, шум и стабильность работы.
Гармонические токи и намагниченность смещения постоянным током усиливают вибрацию и шум сердечника; Конкретная оптимизация оборудования включает в себя:
1. В сердечнике используются полностью скошенные соединения и процесс вулканизации бандажирования для минимизации магнитострикционной вибрации;
2. В нижней части узла активной части установлены многослойные-вибропоглощающие-подушки для изоляции передачи вибрации на резервуар;
3. Звуко-изоляционные и вибропоглощающие-конструкции установлены на внешних стенках резервуара для соблюдения норм по шуму окружающей среды для преобразовательных подстанций.
8. Адаптация к биполярному режиму работы и резервированию оборудования.
Системы HVDC обычно работают в симметричном биполярном режиме; в случае монополярного замыкания оставшийся полюс должен продолжать работать при 100% нагрузке. Одиночныйвыпрямительный трансформаторможет самостоятельно нести нагрузку полу-столба; при проектировании проверяется превышение температуры, устойчивость изоляции и устойчивость к короткому-замыканию при полной монополярной мощности, чтобы гарантировать бесперебойную работу в условиях неисправности.
III. Ключевые отличия от выпрямительных трансформаторов для промышленности, хранения энергии и железнодорожного транспорта.
| Элемент сравнения | Преобразователь HVDC Трансформатор | Выпрямительный трансформатор для железнодорожного транспорта/накопления энергии |
|---|---|---|
| Форма структуры | Большое масляное-погружное охлаждение ODAF, 12-импульсный двойной блок | Сухое литье из эпоксидной смолы, опция с малым типом масла |
| Сопротивление короткого-замыкания | 12%~20% | 7%~12% |
| Выдерживаемое напряжение | Композитная изоляция переменного-постоянного тока, сверх-высокое импульсное напряжение | Только переменное напряжение и импульсное напряжение малой амплитуды |
| Гармоничная стратегия | Двойной 12-импульсный для проектов сверхвысокого напряжения, низкая потребность в фильтре | Одиночный 12/24-импульсный для средней/малой мощности |
| 24-часовая непрерывная асимметричная нагрузка смещения постоянного тока | Прерывистый ударный заряд-разрядная нагрузка | |
| Сценарий применения | Преобразовательная станция высокого напряжения и сверхвысокого напряжения HVDC | Городская железная дорога, электрохимическое хранилище энергии |
IV. Краткое содержание
Основные особенности, которые отличают трансформаторы-выпрямители постоянного тока от другого выпрямительного оборудования, включают:12-импульсных фазовых-переключающихся обмоток, высокое сопротивление короткого-замыкания, ограничение тока, композитная масляно-бумажная изоляция переменного и постоянного тока, низкая плотность магнитного потока для сопротивления смещению постоянного тока, принудительное охлаждение циркуляцией маслаи широкий выбор устройств-переключателей ответвлений под нагрузкой. Напряжение, мощность, класс изоляции и отказоустойчивость оборудования соответствуют самым высоким стандартам для силового оборудования. Обычные промышленные производители могут производить только выпрямительные трансформаторы низкого-напряжения; Трансформаторы постоянного-преобразователя постоянного напряжения требуют полного научно-исследовательского и производственного потенциала для трансформаторов сверх-высокого-напряжения.
