特高压交流变压器选相合闸技术研究及工程应用

变压器空载合闸励磁涌流注入电网可能引起严重的电压暂降或谐波过电压问题,对交直流系统及设备的正常安全运行造成不利影响,目前国内多次出现超、特高压主变空载合闸励磁涌流引起电网异常的问题。选相合闸技术已在国内电厂升压变、高压直流系统换流变等场景有实际应用,但在特高压交流系统中尚属空白。针对国内在晋北特高压交流变电站示范开展的特高压主变选相合闸技术应用实践,介绍了基于剩磁测算的特高压变压器选相合闸技术原理,并结合晋北站特高压交流工程调试系统工况开展建模仿真,比较分析了不同措施抑制变压器励磁涌流的效果,并结合现场实测结果进行验证分析。结果表明,特高压主变断路器采用选相合闸技术可以有效抑制合空变励磁涌流,推广应用价值良好。研究成果可为特高压交流工程设计、设备选型提供参考。     

选相关合技术抑制空载变压器励磁涌流的实验研究

针对随机关合空载变压器产生励磁涌流的问题,采用选相关合技术来抑制励磁涌流。在分析选相关合空载变压器原理的基础上,研究了同时合闸策略、快速合闸策略和延时合闸策略下铁芯磁通的变化规律,并对比分析三种合闸策略的适用条件。最后搭建选相投切10 kV空载变压器实验平台,对有无剩磁时不同关合相位下的励磁涌流进行分析。实验结果表明:变压器铁芯无剩磁时,在电压峰值处合闸可以有效抑制励磁涌流;铁芯存在剩磁时,在电压峰值处合闸仍会产生励磁涌流。因此,有必要预测铁芯剩磁以确定最佳合闸相位,实现空投变压器的无冲击平滑过渡。     

大容量变压器消磁必要性及措施探讨

大容量变压器空载合闸产生的励磁涌流是引起保护动作、损坏变压器内部结构的主要问题之一。文章通过分析铁磁材料的磁滞特性,阐明了变压器剩磁的产生机理。以双绕组变压器空载合闸模型为例,推导合空变后暂态磁感应强度和励磁涌流的计算式,找到了合闸角为0°且与剩磁同向时励磁涌流最大,并搭建了500 kV变压器仿真计算模型对比合闸角0°和90°的情况,证明了剩磁存在情况下,励磁涌流会使得合空变有概率失败,并使保护动作及危害设备,因此有必要对停运后的大容量变压器进行消磁。仿真结果表明,经过直流退磁后,变压器内剩磁含量非常小,变压器可保证合闸成功。     

特高压直流换流变压器励磁涌流及其抑制

对换流变压器空载合闸引起的励磁涌流进行研究是特高压直流工程过电压、滤波器设计以及保护配置的重要依据之一。为研究特高压直流换流变压器励磁涌流产生的原因,结合铁磁性材料的饱和特性曲线,从原理上说明励磁涌流的产生条件。结合单相换流变压器简化数学物理模型分析,建立电磁暂态仿真模型进行验证,仿真模型基于±1 100kV特高压直流用高压端换流变压器,根据系统主回路参数计算结果,将其作为设计输入提供给变压器制造厂商,并推算出换流变压器饱和特性曲线。最后研究了系统短路容量、合闸电阻以及选相合闸对励磁涌流的影响及抑制作用,研究结果对于特高压直流,特别是±1 100kV直流系统换流变压器的励磁涌流及其抑制具有指导意义。     

特高压空载变压器的合闸谐振过电压

研究了我国1000 kV特高压试验示范工程中可能出现幅值较高的合空载变压器谐振过电压现象,阐述了合空载变压器谐振过电压的机理与影响因素及其对策。在计算分析合闸电阻、投入低压电抗器等措施限制合空变谐振过电压效果的基础上,提出了抑制合特高压空载变压器谐振过电压的相应对策,以保证特高压试验示范工程的安全运行。     

合闸750kV空载变压器引起的系统电压暂降现场实测与计算分析

结合新疆与西北750 kV联网工程乌北变电站合闸750 kV空载变压器现场实施情况,分析了合闸空载变压器引起系统工频电压暂降现象的机制,提出励磁涌流及系统短路容量是影响合空变电压暂降的主要因素。并利用EMTP工具对合空变引起的电压暂降进行仿真建模分析,得出的合空变励磁涌流及系统电压暂降特性与现场实测基本一致,验证了仿真方法的有效性。提出了采取断路器装设合闸电阻的措施可以有效抑制合空变操作引起的系统电压暂降,另外采取系统调压、调整系统运行方式、消除剩磁等措施也有助于缓解合空变电压暂降对系统运行造成的不利影响。     

带激磁调压绕组特高压变压器励磁涌流的研究

变压器在空载合闸过程中,由于铁芯饱和会产生大量的励磁涌流。影响励磁涌流主要因素有合闸角度、铁芯磁通饱和点、剩磁和变压器结构等。对于合闸角度、铁芯磁通饱和点和剩磁已有较多论文讨论,然而变压器结构对于励磁涌流的影响鲜有讨论,文章将阐释带激磁调压绕组的变压器励磁涌流特性,并结合一例发电厂带激磁调压绕组的特高压变压器启励过程中发生的异常事件,分析剩磁对带激磁调压绕组型变压器励磁涌流特性的影响。通过仿真,比较含剩磁情况下带激磁调压绕组型和不带激磁调压绕组型变压器的励磁涌流特性。     

一种有效抑制变压器空载合闸励磁涌流的方法

针对于变压器空载合闸时励磁涌流的危害性,建立了变压器励磁涌流的数学模型,分析了励磁涌流与变压器剩磁、空载合闸角、励磁阻抗及其幅值之间的关系,在此基础上提出抑制励磁涌流的具体实现方法。     

基于相控开关技术的空载变压器励磁涌流抑制研究

断路器在随机关合空载变压器时会产生幅值、频率很高的励磁涌流,这种操作暂态可能导致微机继保装置误动作,降低用户电能质量和系统可靠性。根据空载变压器涌流产生的机理,采用选相关合技术消除变压器励磁涌流,研究了铁心剩磁和最佳关合相位关系;分析了断路器截流和暂态恢复电压对铁心剩磁影响,并给出了剩磁测量方法。在空载变压器选相关合原理基础上,采用ATP-EMTP软件建立空载变压器关合模型,对暂态过程进行了仿真。仿真结果表明,选相关合技术能有效消除空载变压器合闸时产生的励磁涌流,为空载变压器选相关合提供了理论基础。     

空载变压器的励磁涌流研究

为降低变压器空载合闸过程中,产生幅值很大的励磁涌流,避免引起继保装置的误动作、电能质量下降、甚至系统瘫痪。根据变压器的工作原理,推导出了剩磁的计算公式,然后采用选相关合技术,在系统电压即将产生的预感应磁通与剩磁的大小和方向一致时投入变压器。选相关合技术是有效抑制电力系统操作过电压和涌流以及全面提高电能质量的关键技术。并通过ATP-EMTP建立仿真模型,验证了选相关合技术。结果表明:选相关合技术能够有效地削弱变压器空载投入时的励磁涌流。     

基于ATP-EMTP的交流特高压试验示范工程建模及仿真

基于晋东南—南阳—荆门交流特高压试验示范工程提供的参数,采用电磁暂态程序ATP-EMTP建立了1 000 kV交流输电系统的模拟仿真系统。利用该模型不仅可以对保护方案进行有效的验证或者作相应的改进,而且可以帮助运行检修人员更轻松地了解特高压一些运行特性,比如电容电流、励磁涌流、潜供电流、合闸过电压等等。     

特高压交流变电站用磁控式动态无功补偿技术方案

1 000 kV交流特高压变电站110 kV侧并联无功补偿电容器组具有电压等级高、容量大等特点。通过对1 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程110 kV无功补偿装置的电容器和电抗器投切控制进行仿真分析,特高压输电系统因无功补偿装置频繁投切时产生的合闸涌流和系统电压波动不容忽视。讨论了110 kV磁控式动态补偿的设计方案,通过对设计方案进行仿真分析,结果表明采用磁控式动态无功补偿技术可以避免并联电容器组频繁投切,有效地稳定系统的电压波动。     

特高压交流试验示范工程用电压互感器的选型

根据中国1 000 kV特高压交流试验示范工程的特点,在分析国外特高压工程用电压互感器的基础上,比较了柱式电容式电压互感器、电磁式电压互感器和电子式电压互感器的优缺点,并介绍了CVT的原理、1 000 kV CVT参数选择、结构要求等,对中国1 000 kV交流特高压工程用电压互感器进行了选型,得出为现场维修方便,选择叠装CVT较好。     

换流站交流出线方式对换流变空投的影响

近年来,输电网中电缆线路占比增加,电缆线路由于其电抗小、对地电容大可能会影响换流站与交流电网的谐振特性。为了分析换流站交流出线方式对换流变空投的影响,分析了换流变空投时励磁涌流和铁磁谐振现象,建立了架空线路和电缆线路2种换流站交流出线方式。以我国典型±500 kV直流工程换流变为例,利用PSCAD/EMTDC仿真研究了换流站不同出线方式、电缆线路占比及断路器合闸电阻对励磁涌流和铁磁谐振的影响,并提出了相应建议。结果表明:不同出线方式对励磁涌流影响并不显著;在电缆线路出线方式下更易发生铁磁谐振,且电缆占比越高,铁磁谐振发生概率越高;断路器合闸电阻对励磁涌流和铁磁谐振均能有效抑制。     

换流站联络变充电励磁涌流对哈郑特高压直流运行影响分析

特高压直流工程送端换流站的联络变空载充电时产生的励磁涌流,使得换流站交流母线电压出现畸变,引发谐波进入直流系统。谐波将导致直流电压、电流以及功率波动,尤其是直流电流的谐波严重时,可能导致直流系统谐波保护告警甚至动作,影响特高压直流的安全稳定运行。基于系统实际条件,研究了天山换流站在不同操作方式下对新建750/500 kV联络变充电时的励磁涌流特性,评估了其对±800 kV哈密—郑州特高压直流谐波保护的影响,提出了联络变充电时的安全措施建议。研究成果为确保哈郑特高压直流的安全运行提供了技术依据,并可为其他类似工程提供参考。     

多级合闸电阻限制1000 kV输电线路操作过电压的研究

电网电压等级的提高对输电线路操作过电压允许值提出了更加严格的要求。国内外超高压系统中普遍采用的附加单级合闸电阻限制操作过电压的方法,在特高压系统中已经很难满足。作者提出采用多级合闸电阻限制特高压线路的操作过电压,并用ATP-EMTP软件对国内第一条特高压交流输电试验示范工程晋东-南阳-荆门特高压交流输电工程中的1000kV输电线路操作过电压进行了分析研究,仿真结果与理论计算值相当接近。     

1000kV变压器绝缘水平的探讨

1000kV变压器是特高压交流输电工程最关键的设备之一。文章对1000kV变压器3个绕组(高压绕组1000kV,中压绕组500kV,低压绕组110kV)之间的过电压和绝缘配置进行了深入探讨,以期进一步完善特高压系统的绝缘配置、改善特高压变压器抵御过电压的能力和运行工况。推荐了1000kV变压器500kV绕组高性能避雷器的参数,可为降低变压器500kV绕组的绝缘水平、改进特高压变压器的结构设计及提升容量等提供参考。     

高压内置型变压器空投导致零序电流保护误动分析及对策

对高压内置型变压器励磁涌流及其零序分量特性进行深入分析。结合该类型变压器结构特点,指出与常规变压器相比,高压内置型变压器涌流零序分量更大且衰减更为缓慢,造成相关零序电流保护更容易发生误动。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,分析了合闸角、剩磁和运行方式对高压内置型变压器空投时的励磁涌流零序分量的影响,并给出了零序电流保护误动概率。建议通过优化零序电流保护定值、增加空载合闸运行及间隔时间、采用涌流抑制措施来保证变压器正常投运。