特高压换流变压器的特点优势

特高压换流变压器主要有两大特点，一是绝缘要求大幅提高，二是其阀侧绕组运行环境的特殊性。因此，在特高压换流变压器的设计制造过程中，必须充分考虑绝缘设计、直流偏磁等问题，同时谨慎选择短路阻抗，增加分接头数目，采取一定措施来抑制高次谐波，以提高换流变压器的整体工作性能。与常规超高压直流相似，特高压换流变压器也存在直流偏磁、高次谐波电流等问题，需要注意的是特高压换流变压器在绝缘设计、短路阻抗和有载调压范围等方面与常规超高压换流变压器有所不同。

1）绝缘设计特点

绝缘设计是换流变压器设计中非常重要的部分，特高压换流变压器的网侧绕组绝缘结构可直接沿用500kV的成熟技术，但其阀侧绕组所处的运行环境有其特殊性。阀侧绕组不仅要有一定的交流耐压能力，还必须承受直流偏压作用，阀侧绕组在交流电压和直流电压的共同作用下，对地电位很高；另外，当直流输电系统发生功率反转时，直流电压极性将迅速改变，阀侧绕组承受的直流电压极性也随之改变，而在极性反转过程中阀侧绕组的绝缘容易发生放电。因此，换流变压器阀侧绕组的主、纵绝缘结构都需要特别研究设计。

（1）换流变压器的主绝缘设计

换流变压器的主绝缘结构决定了整台换流变压器的基本结构，与变压器的阻抗、损耗、质量和外形尺寸都有密切的关系。当绕组绝缘水平提高时，可以适当增加绕组之间以及端部绝缘的主绝缘距离，如增加角环、纸筒和纸圈数量。对于特高压换流变压器来说，不只是绝缘层厚度、材料数量的增加，还需要更高的设备制造工艺及运行维护水平。

目前特高压换流变压器内部绝缘采用油、纸复合绝缘结构。在交流电压和直流电压下，其绝缘特性是不同的：交流电压分布由材料介电系数比率决定，通常油隙所承受的电场强度较高；直流电压分布取决于材料电阻比率，通常绝缘纸和纸板所承受的电场强度较高，另外温度和湿度变化也会引起电阻率变化，进而影响直流电压分布。对于换流变压器的绝缘来说，正常稳定运行时承受的是按照介电系数分布的交流电压和按照电阻比率分布的直流偏压。特殊的是，在直流电压极性发生反转时，油纸绝缘中电场强度将呈容性分布，即类似交流电压分布。此时介电强度较弱的油隙会受到很大的电压应力，但变压器油的耐受电场强度较低，容易发生内部绝缘放电或击穿，是变压器的绝缘薄弱部位。

（2）换流变压器的纵绝缘设计

换流变压器的纵绝缘包括绕组匝间绝缘和段间绝缘，它决定了绕组的结构型式和耐受冲击电压的能力。换流变压器的纵绝缘结构设计需要考虑长期工作电压和冲击过电压两者的影响。在长期工作电压下，需保证绕组电压小于3kV/mm，以避免游离现象的发生；而冲击过电压的影响需要考虑雷电冲击过电压、操作冲击过电压等影响，调整绕组结构、降低匝间梯度电压，以提高对过电压的耐受能力。此外，在特高压直流输电系统中，由于直流电压的升高、换流器串联数量的增加，因此纵绝缘的设计还需要考虑系统内产生的陡波过电压，高幅值的陡波过电压可能会引起换流变压器阀侧绕组纵绝缘击穿等严重后果。因此，纵绝缘结构的确定需要综合以上各方面影响因素进行考虑，采用分区补偿的方式优化绕组匝间梯度电压，从而提高绕组对冲击电压的耐受能力。

2）短路阻抗特点

短路阻抗的选择是两方面考虑的博弈：较大的短路阻抗可以减少短路电流，防止晶闸管受过负荷的冲击，同时对谐波电流起限制作用；较小的短路阻抗可以减小无功损耗和换流变压器的额定容量要求。因此，短路阻抗的确定需要综合考虑晶闸管换流阀最大短路电流水平，换流器无功消耗允许值、谐波电流和设备制造成本四方面因素。

（1）晶闸管换流阀最大短路电流水平(www.xing528.com)

确定换流变压器短路阻抗时，首先应必须保证换流阀能够安全运行，这是短路阻抗参数选择的决定性因素。短路阻抗uk决定换流变压器的漏电抗，因此短路阻抗uk的增加可以减少故障时流过换流阀的电流。换流阀可承受的最大短路电流为IM，则发生最严重故障时流过换流阀的最大冲击电流IS必须满足IS（uk）≤IM，即发生故障时的冲击电流不可大于换流阀可承受的范围。因此为防止阀短路冲击电流过大而损坏阀元件，换流变压器的短路阻抗uk应取得尽可能大。

（2）换流变压器无功消耗

换流变压器会产生一定的无功损耗，无功损耗随着变压器短路阻抗增大而增加，换流站无功补偿设备就需要提供更多的补偿容量，这会增大甩负荷时无功过剩而引起的过电压。因此考虑无功消耗时，换流变压器短路阻抗越小越好。

（3）谐波电流

增大短路阻抗可以减小谐波电流幅值，并减少需要装设的交流滤波器组，降低滤波器组成本。

（4）设备制造成本

在同样的直流额定功率下，短路阻抗增大，换流变压器容量和无功补偿设备容量要求都将有所增加，进而增加了相应设备的制造成本；但是，较大的短路阻抗因具有限制谐波电流的作用而降低了换流站的滤波器设备成本。

总体来说，由于输送容量的大幅增加，特高压换流变压器的短路阻抗（18%左右）比超高压换流变压器（15%～16%）提高了一些。

3）有载调压范围

特高压换流变压器的有载调压分接头档数远多于普通电力变压器，调节范围也更大，一般达到-5%～+23%左右，分接头每档的档距较小，一般为1%～2%，这是为了应对换流变阀侧电压因负载变化而发生升降的问题，以及直流系统降压运行的需要。如向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程的换流变压器调节范围大约-5%～+23%，分接头每档为1.25%。