一种换流变压器等效模型试验方法技术

本发明专利技术公开了一种换流变压器等效模型试验方法，包括：建立与换流变压器铁心结构等效的模型变压器；根据换流变压器的铁心励磁曲线设计模型变压器的励磁曲线；利用模型变压器的谐波测量回路，得到模型变压器在直流偏磁作用下的谐波特性。本发明专利技术除了可以得到大型换流变压器相应的谐波特性外，还具有普适性，可以根据模型实验得到的结论指导实际工程。

【技术实现步骤摘要】
一种换流变压器等效模型试验方法
本专利技术属于高电压直流输电领域，更具体地，涉及一种换流变压器等效模型试验方法。
技术介绍
目前，我国已建成1000kV特高压交流和±800k特高压直流输电工程。在特高压交直流混合电网中，特高压直流输电系统往往通过直接或分层的方式接入到特高压交流输电系统中，从而实现电网跨区域间的非同步互联。此外，在电网区域间的大功率远距离输电时，直流输电具有传输等距离等容量电能时线路损耗小的优势。同时，电能的大小及方向在直流输电系统中能够得到快速且准确地调节，因而使与其相连的交流电网的电能质量和系统性能也得到改善。随着直流系统的建设和电网互联程度的不断提高，电网结构日趋复杂，系统的谐波问题日益凸显。随着直流系统的建设和电网互联程度的不断提高，电网结构日趋复杂，系统的谐波问题日益凸显。对于直流系统产生的谐波，在两端交流系统基频相同及三相电动势和参数都对称的条件下，其特性为：流入交流系统的谐波电流次数为n＝kp±1，直流线路上流过的谐波电流次数为n＝kp(p为换流器的脉波数，k为正整数)。习惯上称这些谐波次数分别为交、直流系统的特征谐波次数。特征谐波在电力系统规划和设计阶段就已充分考虑，可以通过交、直流滤波器滤除。而在交流系统三相电动势含有谐波，三相电动势或参数不对称，触发角不对称以及两侧交流系统基频不同等情况下，由直流输电系统所产生的谐波特性变得非常复杂，除了特征谐波之外还包含大量非特征谐波。大多数情况下，产生非特征谐波分量的不对称是非常小的，通常对直流进行滤波(某些背靠背联接例外)后，这些谐波电流分量一般仅占1％或者更小。但谐波电流经过系统阻抗后，可以造成极大的电压畸变。没有用于其频率的滤波电路。网络电路或者滤波电路形成的非特征频率经常有并联谐振的现象。非特征谐波中的高次谐波对于系统的影响可以忽略，低次谐波是目前谐波研究的重点。在换流变压器中，直流偏磁主要是由于直流电流进入变压器绕组，与地磁感应产生直流偏磁的机理是一样的。换流变压器的直流偏磁可以用铁芯饱和状况下的磁化特性来解释，如图1所示，图中虚线为无直流电流时正常励磁下的磁通曲线和励磁电流曲线。当直流电流流进变压器绕组时，磁通产生一个偏置变压器的工作点上升，从原磁化曲线非饱和区(A点)的一部分移至饱和区(B点)，导致励磁电流在半波周期内发生畸变，呈尖顶波状，最终产生各次谐波分量。图1中采用两段折线来近似模拟变压器铁芯的磁化特性曲线，以方便说明变压器的直流偏磁状况。在换流变压器铁芯没有饱和时，励磁电流仅含有奇次谐波分量(以3、5次谐波为主)。如果在过励情况下铁芯饱和导致励磁电流畸变，会造成奇次谐波分量的大幅增加，励磁电流为正负半波对称波形。而在直流偏磁条件下，由于发生畸变的励磁电流并不是正负半周波对称的，因此其谐波成分除了奇次谐波外，偶次谐波分量尤其是2次谐波占了相当大的比例。由于换流变压器导致的直流偏磁会在交流系统中产生二次谐波，当二次谐波含量较多时可能会导致系统不稳定，研究换流变压器在直流偏磁作用下的谐波特性具有指导意义。由于换流变压器体积巨大，对换流变压器进行特性实验较为困难，因此需要设计小型变压器模型实验，根据模型实验得到的结论用以指导实际工程。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种换流变压器等效模型试验方法，由此解决现有技术中由于换流变压器体积巨大，对换流变压器进行特性实验较为困难的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种换流变压器等效模型试验方法，包括：建立与换流变压器铁心结构等效的模型变压器；根据换流变压器的铁心励磁曲线设计模型变压器的励磁曲线；利用模型变压器的谐波测量回路，得到模型变压器在直流偏磁作用下的谐波特性。进一步地，换流变压器铁心结构包括：单相两柱式铁心结构、单相三柱式铁心结构、三相三柱式铁心结构和三相五柱式铁心结构。进一步地，模型变压器的磁路与换流变压器磁路相同。进一步地，模型变压器的硅钢片的饱和磁感应强度Bm的取值范围为1.7T＜Bm＜1.8T。进一步地，谐波特性包括：欠励、正常运行以及过励。进一步地，方法还包括：对直流偏磁作用下的励磁电流进行傅里叶分解，得到谐波分布。进一步地，谐波特性用于进行反推得到换流变压器的谐波特性。进一步地，方法还包括：对模型变压器进行常规的变压器特性试验，得到影响变压器谐波的影响因素，利用影响因素指导换流变压器的参数选择。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：由于进行换流变压器特性试验困难，本专利技术提供了一种换流变压器等效模型试验方法，根据换流变压器等效设计出模型变压器，根据换流变压器的铁心励磁曲线设计模型变压器的励磁曲线，利用模型变压器的谐波测量回路，得到模型变压器在直流偏磁作用下的谐波特性。本专利技术除了可以得到大型换流变压器相应的谐波特性外，还具有普适性，可以根据模型实验得到的结论指导实际工程。附图说明图1是本专利技术提供的直流偏磁对磁通和励磁电流的影响示意图；图2是本专利技术提供的单相两柱式铁心结构示意图；图3是本专利技术提供的单相三柱式铁心结构示意图；图4是本专利技术提供的三相三柱式铁心结构示意图；图5是本专利技术提供的三相五柱式铁心结构示意图；图6是本专利技术提供的变压器结构示意图；图7是本专利技术提供的谐波测量回路的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。变压器铁芯结构对变压器允许通过的直流电流水平有影响，对直流偏磁电流所产生的影响也有明显的影响。如图2所示的单相双柱式铁心，两个铁心柱上均套有线圈，铁柱与铁轭的铁心由硅钢片以硅钢片搭接而成此种铁心结构形式简单，广泛应用于各种类型变压器。单相三柱式铁心即单相单柱旁轭式铁心，中间为一个心柱，两边为旁轭，实际上它认为是垂直放置的单相壳式铁心；单相四柱式铁心即单相双柱旁轭式铁心，中间为两个为心柱，旁边两个为旁轭，单相三柱式铁心如图3所示。此两种铁心形式在磁路方面，磁路左右是对称的，因此上下铁轭和旁轭中的磁通均等于心柱中的一半。在磁通密度相同的情况下，铁轭中流过的磁通密度为心柱截面积的1/2。应该注意的是，对单相双柱旁轭式铁心，两心柱中磁通方向是相反的。在铁心设计时，采用此结构可降低铁轭的高度，从而就降低了铁心的总高度。此形式铁心适用于高电压大容量的单相电力变压器，例如250MVA/500kV的产品。如图4所示，三相三柱式铁心三个铁心柱上均有线圈，每柱作为一相，此结构型的铁心结构形式简单，制造时所需设备上。在励磁状态下，A，C相新竹的磁通分别等于左右两半部分铁轭的磁通，因此设计心柱时界面可等于铁轭截面，但是两部分磁通在相位上却并非同向。由于三相三柱式铁心是在三个单相的基础上组合变化而成的，因此此种铁心的磁路是不平衡的，中间磁路相对较短，空载电流相应小一些。此种形式的变压器中直流磁通在铁芯中没有通道，只能从旁边的油路通过，油中的高磁阻使直流磁通很小，因此变压器不易受到直流偏磁电流的影响。此种形式的铁心一般适用于容量在120MVA以下的各种三相心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种换流变压器等效模型试验方法，其特征在于，包括：建立与换流变压器铁心结构等效的模型变压器；根据换流变压器的铁心励磁曲线设计模型变压器的励磁曲线；利用模型变压器的谐波测量回路，得到模型变压器在直流偏磁作用下的谐波特性。

【技术特征摘要】
1.一种换流变压器等效模型试验方法，其特征在于，包括：建立与换流变压器铁心结构等效的模型变压器；根据换流变压器的铁心励磁曲线设计模型变压器的励磁曲线；利用模型变压器的谐波测量回路，得到模型变压器在直流偏磁作用下的谐波特性。2.如权利要求1所述的一种换流变压器等效模型试验方法，其特征在于，所述换流变压器铁心结构包括：单相两柱式铁心结构、单相三柱式铁心结构、三相三柱式铁心结构和三相五柱式铁心结构。3.如权利要求1或2所述的一种换流变压器等效模型试验方法，其特征在于，所述模型变压器的磁路与换流变压器磁路相同。4.如权利要求1或2所述的一种换流变压器等效模型试验方法，其特征在于，所述模型变压器的硅钢片的饱和磁感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪涛，黄河，梅琪，周剑，李化，谢惠藩，林福昌，梅勇，涂静芸，孟佳，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44