換流變壓器與電力變壓器有何不同，區(qū)別在哪

換流變壓器是將電能從交流系統(tǒng)傳輸給一個(gè)或多個(gè)換流橋，或者相反傳輸?shù)淖儔浩鳌２捎脫Q流變壓器實(shí)現(xiàn)換流橋與交流母線的連接，并為換流橋提供一個(gè)中性點(diǎn)不接地的三相換相電壓。換流變壓器與換流橋是構(gòu)成換流單元的主體。電力變壓器是通過(guò)電磁感應(yīng)將一個(gè)系統(tǒng)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一個(gè)系統(tǒng)的電壓和電流的電力設(shè)備。由鐵心和套于其上的兩個(gè)或多個(gè)繞組組成。

1．定義比較

換流變壓器(Converter Transformer)是一種將電能從交流系統(tǒng)傳輸給一個(gè)或多個(gè)換流橋，或者相反傳輸?shù)淖儔浩鳎奈恢猛ǔＴ趽Q流橋與交流系統(tǒng)之間。采用換流變壓器實(shí)現(xiàn)換流橋與交流母線的連接，并為換流橋提供一個(gè)中性點(diǎn)不接地的三相換相電壓。換流變壓器與換流橋是構(gòu)成換流單元的主體。

電力變壓器（power transformer）是一種靜止的電氣設(shè)備，是用來(lái)將某電力變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，是用來(lái)將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設(shè)備。

2．結(jié)構(gòu)比較

換流變壓器的結(jié)構(gòu)包括：硅鋼片，繞組，絕緣材料，套管及升高座，有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，冷卻器，繼電器，壓力釋放閥，表計(jì)等。

電力變壓器的結(jié)構(gòu)主要有：硅鋼片，繞組，絕緣材料，冷卻系統(tǒng)，套管，油枕，油位計(jì)，分接頭，分接頭開(kāi)關(guān)，吸潮器，防爆管，信號(hào)溫度，瓦斯繼電器等。

從整體結(jié)構(gòu)看，二者沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，但是在具體器件的結(jié)構(gòu)上，由于所適用場(chǎng)合不同，電磁情況不同，其設(shè)計(jì)必須符合具體的要求，故在各個(gè)器件的具體結(jié)構(gòu)上存在很多差別，如換流變中的繞組按照其連接的系統(tǒng)不同，通常可分為連接交流系統(tǒng)的網(wǎng)繞組及調(diào)壓繞組；連接換流閥的閥繞組，而在電力變壓器中僅分為抵壓繞組和高壓繞組。換流變壓器中繞組的排列方式通常有以下兩種：鐵心柱→閥繞組→網(wǎng)繞組→調(diào)壓繞組；鐵心柱→調(diào)壓繞組→網(wǎng)繞組→閥繞組。

3．作用比較

換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中的作用有：

(1) 傳送電力；(2) 把交流系統(tǒng)電壓變換到換流器所需的換相電壓；(3) 利用變壓器繞組的不同接法，為串接的兩個(gè)換流器提供兩組幅值相等、相位相差30°(基波電角度)的三相對(duì)稱的換相電壓以實(shí)現(xiàn)十二脈動(dòng)換流；(4) 將直流部分與交流系統(tǒng)相互絕緣隔離，以免交流系統(tǒng)中性點(diǎn)接地和直流部分中性點(diǎn)接地造成直接短接，使得換相無(wú)法進(jìn)行；(5) 換流變壓器的漏抗可起到限制故障電流的作用；(6) 對(duì)沿著交流線路侵入到換流站的雷電沖擊過(guò)電壓波起緩沖抑制的作用。電力變壓器的的作用主要在于升、降輸配電系統(tǒng)中的電壓。

4．工作原理比較

換流變壓器主要是通過(guò)繞組相位差的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)換流橋與交流母線的連接，并為換流橋提供一個(gè)中性點(diǎn)不接地的三相換相電壓。普通電力變壓器主要是通過(guò)不同的繞組匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓大小的轉(zhuǎn)換。

5．換流變與普通變壓器的主要差別

由于換流變壓器閥側(cè)與直流相連，因此換流變壓器不僅承受交流電壓，而且還需要承受直流電壓，這是造成換流變壓器與普通電力變壓器結(jié)構(gòu)上不同的根本原因所在。由這一原因所導(dǎo)致的換流變與普通變壓器的差別主要表現(xiàn)在以下幾方面：

5.1  閥繞組承受的直流電壓對(duì)絕緣設(shè)計(jì)的影響

額定工作狀態(tài)下，閥繞組端部與地之間以及閥繞組與網(wǎng)繞組之間的主絕緣上長(zhǎng)期承受直流電壓；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，閥繞組所承受的直流電壓也同時(shí)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。換流變壓器中長(zhǎng)期持續(xù)受到的交直流疊加電場(chǎng)的作用以及以極性反轉(zhuǎn)為代表的直流躍變電壓的作用是換流變壓器絕緣設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要問(wèn)題。

在交流電壓和沖擊電壓作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部各處的電壓分布是由介電常數(shù)所決定的。由于油和紙的介電常數(shù)相差不大，電場(chǎng)同時(shí)分布在油和紙中。而在穩(wěn)態(tài)直流電壓作用下，油紙絕緣中的電場(chǎng)分布取決于絕緣材料的電阻率。紙的電阻率比油高一個(gè)至幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此直流電場(chǎng)主要集中在絕緣紙中，此時(shí)，絕緣的弱點(diǎn)在紙板中。在結(jié)構(gòu)的處理上，要把握紙板中場(chǎng)強(qiáng)的大小，可以通過(guò)絕緣結(jié)構(gòu)中紙板的配置來(lái)改善電場(chǎng)的集中程度，同時(shí)要注意紙板的沿面爬電。

換流變壓器與電力變壓器有何不同，區(qū)別在哪

圖1-19  穩(wěn)態(tài)直流電壓作用下主絕緣中等位線分布圖

直流的極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)可視為在穩(wěn)定的直流電壓作用下，突然施加兩倍的反向直流電壓，此時(shí)，電場(chǎng)分布為直流電壓下的分布與兩倍反極性階躍電壓下的分布的疊加，變壓器油中的場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)最大值，并很快衰減至穩(wěn)定直流電壓作用下的場(chǎng)強(qiáng)，而紙板中的場(chǎng)強(qiáng)則低于其穩(wěn)定直流電壓作用下的場(chǎng)強(qiáng)。電壓分布見(jiàn)圖1-20。

換流變壓器與電力變壓器有何不同，區(qū)別在哪

圖1-20

由此可見(jiàn)，換流變壓器中的電場(chǎng)分布要比普通變壓器中的電場(chǎng)分布復(fù)雜得多。另外，影響直流場(chǎng)分布的主要技術(shù)指標(biāo)—絕緣材料的電阻率又受溫度、濕度、電場(chǎng)強(qiáng)度及加壓時(shí)間等諸多因素的影響而在很大范圍內(nèi)變化，增加了不穩(wěn)定性。

因此換流變壓器的主絕緣較普通變壓器而言要采用更多的紙板，組成油—紙隔板系統(tǒng)。其中的紙板不僅在交流場(chǎng)中承擔(dān)分割油隙的功能；在直流場(chǎng)中，還有調(diào)節(jié)電阻分布，進(jìn)而影響直流電場(chǎng)分布格局的作用。此外，換流變壓器中閥側(cè)引線及其與套管相接處的絕緣設(shè)計(jì)是另一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，這些部位的絕緣結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，介質(zhì)種類多，影響電場(chǎng)分布的因素也較多。事實(shí)上，在運(yùn)行中和工廠試驗(yàn)時(shí)發(fā)生絕緣損壞的部位主要集中在這里。

5.2  直流偏磁問(wèn)題

換流變壓器在運(yùn)行中由于交直流線路的耦合、換流閥觸發(fā)角的不平衡、接地極電位的升高等多方面原因會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流變壓器閥側(cè)及交流網(wǎng)側(cè)線圈的電流中產(chǎn)生直流分量，使換流變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象，從而導(dǎo)致?lián)Q流變壓器損耗、噪聲都有所增加。因此直流偏磁問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)必須給予充分的考慮。

5.3  高次諧波對(duì)損耗和溫升的影響

換流變壓器繞組負(fù)載電流中的諧波分量將引起較高的附加損耗，因?yàn)橹C波的頻率高，故單位諧波的附加損耗比單位基波的高。因此如何確定由諧波引起的損耗是確定換流變壓器負(fù)載損耗和溫升的中心問(wèn)題。

5.4  有載調(diào)壓范圍大，動(dòng)作更頻繁

為了補(bǔ)償換流變壓器交流側(cè)電壓的變化，換流變壓器運(yùn)行時(shí)需要有載調(diào)壓。換流變壓器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)還參與系統(tǒng)控制以便于讓晶閘管的觸發(fā)角運(yùn)行于適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了滿足直流降壓運(yùn)行的模式，有載調(diào)壓分接范圍相對(duì)普通的交流電力變壓器要大得多。