换流变压器高频特性研究

邱 伟 刘 燕 王 涛

（1.南方电网科学研究院有限责任公司，广州 510080； 2.西安西电变压器有限责任公司，西安 710077）

换流变压器的高频传输特性主要取决于绕组和铁芯的寄生分布参数—换流变压器的阻抗及各区域的电容值。而换流变压器的阻抗为技术规范要求的定值，但各区域的电容值则与换流变压器的内部结构方式有关。因此，研究换流变压器的高频特性就是研究换流变压器的内部结构布置方式对其各区域电容值的影响。换流变压器高频相关特性的测量可用宽频阻抗测试仪测量频率与换流变压器阻抗及相位角之间的关系。

1 换流变压器各区域电容计算

目前，大容量换流变压器的线圈排列方式主要有两种：从内到外依次为调压线圈-网侧线圈-阀侧线圈或阀侧线圈-网侧线圈-调压线圈，图1为换流变压器典型的内部绕组排列结构。出于经济和布置方便等因素考虑，目前换流变压器主要采用调压-网侧-阀侧的排列方式。

图1 换流变压器典型绕组布置方案

以南网公司某工程高端换流变压器 ZZDFPZ- 239800/500-800 为例，其绕组实际排列方式为调压线圈-网侧线圈-阀侧线圈，通过计算模拟软件分析计算其各区域电容值见表1。为比较不同排列结构下的电容值，我们也采用相同软件和计算方法在保证变压器基本参数不变的情况下，对采用阀侧线圈-网侧线圈-调压线圈的排列结构的换流变压器电容进行计算，并列入表1进行对比。

表1 换流变压器各区域电容计算结果

从表1可以看出，改变绕组排列顺序，变压器网侧绕组和阀侧绕组的对地电容值将发生较大变化：当绕组排列采用阀-网-调时，其网侧绕组对地电容值为调-网-阀方案的0.4～0.6 倍左右，阀侧绕组对地电容值为调-网-阀方案的1.5 倍左右，网侧绕组对阀侧绕组电容值与调-网-阀方案数值较为接近。

2 换流变压器各区域电容测量结果

采用自动平衡电桥法对该台换流变压器的实际电容测试数据见表2。从数据对比分析来看，计算值与测量结果基本相当，也验证了程序计算的准确性和方法的合理性。

表2 换流变压器各区域电容试验结果

由于换流变压器的各区域电容为谐波电流提供入地通路，高压直流输电系统的直流侧谐波电流有着非常重要的影响。准确计算电容量的大小，为直流系统选取合适的滤波器参数有着非常重要的工程意义。

3 换流变压器各区域电容测量结果

目前，主要采用进口宽频阻抗测试仪对换流变压器进行测量，根据换流变压器内部结构，确定响应接线方式，完成高频阻抗测量试验。

3.1 宽频阻抗测试原理

宽频频阻测试采用正电压－电流法，按照阻抗定义直接求取电压对电流之复数比，以求得阻抗值，又称复数伏安比法。通常用一个恒流源来提供固定的电流值。用电压表分别测出被测件和同类标准器上的端电压，即可求得被测的电阻、电容或电感值。如果仅用标准电阻器作为标准，则可求得被测件阻抗的绝对值│Z│（模值）。电压表上可直接以R、L、C或│Z│来标定，这样就构成了直读式RLC 表或阻抗表。

3.2 宽频阻抗测试设备

宽频阻抗测试仪原理图如图2所示，这类阻抗表是直读式仪器，使用十分方便，工作频率范围可达几十至几百兆赫。

图2 宽频阻抗测试仪原理图

3.3 换流变压器高频特性测试结果

双绕组换流变压器与三绕组换流变压器接线方式是不同的。以该双绕组换流变压器为例，进行高频特性FRA 及杂散电容测量试验的网侧绕组接线方式如图2所示。

图3 双绕组换流变压器网侧A 对网侧中性点B 接线示意图

该换流变压器宽频特性试验测试结果—幅频特性曲线和相频特性曲线分别见图4至图9。

图4 网侧绕组对网侧中性点的幅频特性曲线

图5 网侧绕组对网侧中性点的相频特性曲线

图6 阀侧绕组首段对阀侧绕组尾端幅频特性曲线

图7 阀侧绕组首段对阀侧绕组尾端相频特性曲线

图8 阀侧绕组对网侧绕组幅频特性曲线

图9 阀侧绕组对网侧绕组相频特性曲线

4 结论

通过理论分析，认为影响换流变压器高频特性的主要的分布参数和决定因素是换流变压器内部绕组的布置方式和绝缘结构，并以某工程实际使用换流变压器为例进行了计算和测量结果对比分析，验证了程序计算的正确性和计算方法的合理性。同时对两种不同绕组排列结构的换流变压器关键部位电容进行了计算对比分析，发现当改变绕组排列顺序后，变压器网侧绕组和阀侧绕组的对地电容值将发生较大变化：当绕组排列采用阀-网-调时，其网侧绕组对地电容值为调-网-阀方案的0.4～0.6 倍左右，阀侧绕组对地电容值为调-网-阀方案的1.5 倍左右，网侧绕组对阀侧绕组电容值与调-网-阀方案数值较为接近。。最后又给出了该台换流变压器的实际高频特性测量结果，为工程解决高频干扰对换流变压器影响及直流系统危害积累了数据基础。