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換流變壓器變頻技術論文
發表日期:2020年2月7日  人氣:119  錄入:admin
1、熱油循環的原理
  熱油循環時油箱上部的氣體與油之間的水蒸氣也存在類似的擴散平衡,通過進步真空度下降空氣中的水蒸氣分壓,可以進一步加快水分的分出。這便是熱油循環加真空循環加快枯燥的原理。熱油循環只是對油進行了加熱,變壓器絕緣紙板自身的溫度是通過熱油傳遞的,關于特高壓變壓器來說,有很多較厚的絕緣紙板,熱油循環很難快速提升紙板自身的溫度,而由外向內傳熱的辦法使絕緣紙板的溫度梯度由外向內溫度逐漸下降,致使絕緣紙板內部水分有向內部擴散的趨勢,這種狀況不利于絕緣的枯燥。因而通過繞組的發熱使紙板的溫度梯度轉向,使絕緣紙板內部水分具有向外擴散的趨勢,可以有助于紙板內水分的分出。這便是熱油循環中繞組輔佐加熱枯燥的原理。
  2、短路法和低頻加熱技能
  2.1短路法加熱
  因為工頻電源的易于取得,工頻短路法加熱變壓器繞組的辦法最先被選用[2]。短路法的基本原理是將換流變壓器一側繞組(通常為閥側繞組)短路,從另一側繞組(通常為網側繞組)施加溝通電壓,使繞組內部流過電流(應操控不超越其額定電流),使繞組內部發熱,從內部將變壓器器身絕緣均勻加熱到指定溫度,再通過抽真空和熱油循環處理,帶出絕緣內的潮氣,從而抵達枯燥的作用。短路法是繞組從器身內部加熱,能大大進步功率,縮短加熱時刻,器身的枯燥作用優于普通的熱油循環作用。
  其運用的設備及接線完全與變壓器負載實驗相同。但是工頻短路法有諸多缺陷難以在現場實施。工頻短路法需求用到調壓器、升壓變、補償設備等大型設備,設備布置和接線作業量大;實驗電壓為變壓器阻抗電壓,高達幾十kV,且實驗占地面積大,進行短路法加熱枯燥時需求很多的人員長時刻值勤看守,現場安全難以把控。因而,工頻短路現場加熱枯燥辦法補償電容器組容量大,運用的調壓器、中間變壓器均為體積大、重量重的大型設備,不方便現場使用。完成全體加熱設備的小型化,在確保加熱能力的一起滿足移動方便的要求,是研發現場短路法加熱設備的難點。當換流變壓器電壓等級升高、容量增大時,使用這種依據調壓器的短路法進行變壓器現場加熱更為困難。
  2.2低頻加熱的電壓及容量
  工頻短路加熱存在的局限性,可以通過下降頻率的辦法進行克服,也即低頻加熱技能。變壓器的短路狀態下的等效電路如圖1所示,其阻抗為Z=R+jωL。在工頻狀態下,jωLR,因而減小頻率ω可以顯著減小阻抗電壓。當然在頻率減小到必定程度后,R的巨細不再可以忽略不計,進一步減小ω不會引起阻抗電壓的下降。當頻率足夠低時,jωLR,變壓器阻抗電壓主要有變壓器的直流電阻決議。圖2顯現了阻抗電壓及無功容量與頻率的關系。
  阻抗電壓總體上與頻率成正比,當頻率挨近零時,阻抗電壓趨近于常數,該常數即為變壓器直流電阻與短路電流的乘積。無功容量與頻率成正比。因而通過下降頻率不單下降了阻抗電壓,還下降了無功容量,進步了加熱電源的功率因數,防止了用大容量的補償設備。相比于工頻短路加熱,低頻加熱技能明顯地可以克服其局限性。關于特高壓換流變壓器,頻率低至1Hz以下時,其阻抗電壓低于1kV,通過簡單的絕緣措施就可以確保安全,防止很多的安全監護人員長時刻值守。一起升壓設備和補償設備都可以省略,大大減少了設備占地面積,減少了現場作業量,進步了作業功率。
  2.3低頻加熱電源枯燥作用的仿真
  選用基菲克第二定律描述電力變壓器枯燥處理的水分擴散模型,樹立有限元模型進行模仿比照低頻加熱和傳統的熱油循環枯燥處理作用。低頻加熱和熱油循環組合運用時會是枯燥處理作用得到明顯改進。模仿考慮了5mm的絕緣紙片,原始水分含量為5%。模仿枯燥時刻為7天。枯燥辦法分為油循環枯燥辦法及加低頻加熱,熱油循環溫度為60℃和80℃兩種油溫條件,有低頻加熱時將油溫度別離加熱到80℃,95℃和110℃等三種狀況。
  熱油循環在60℃時(沒有低頻加熱)的枯燥進程,以及同樣的油溫下選用低頻加熱溫度為80℃,95℃和110℃的狀況。當熱油加熱沒有低頻加熱時,曲線的坡度是平的,因而枯燥進程十分慢。這是因為在60℃時,絕緣材料的水分擴散系數很低,絕緣紙中的水分搬遷速度很慢。依據模仿,在這種狀況下,枯燥7天之后,水分含量下降到2.4%。而降到2%的水分含量(依照IEEEStd62-1995的規定)需求的處理時刻則長達255h。如果選用低頻加熱的辦法,完結枯燥處理睬更快。使含水量下降到2%所需求的枯燥時刻會跟著絕緣材料溫度的增加而減少,低頻加熱80℃所需時刻為64.5h,95℃為25.5h,110℃為10.7h。低頻加熱7天,三個加熱溫度下終究的紙板含水量將別離抵達1.4%,1.3%和1.2%.當在熱油循環80℃的油溫下選用低頻加熱,取得的模仿成果。在這種狀況下,不同溫度的終究含水量彼此很挨近。
  但是當選用低頻加熱時,在開始處理的幾個小時之內就可以抵達終究含水量。這種辦法的枯燥處理節約很多的處理時刻和電力,是十分經濟的。但是以上模仿成果以及評論均是依據模型的Foss擴散系數進行推論的,但是實踐的實驗數據則顯現該模型的擴散系數太過達觀了,實踐的枯燥時刻會比這個模型估計的枯燥時刻要長。即便如此,以上的評論和研討也是很有價值的,例如通過模仿推論的定論在趨勢上是正確的。
  3、低頻加熱電源的研發
  3.1電源容量
  依照現場使用經歷,發熱電源的發熱功率(有功)抵達換流變負載損耗的60%左右即可滿足現場加熱的需求。(6)式中:cosφ是功率因數,選用依據方波調制的交交變頻技能計劃功率因數挨近1,此處取0.98;η是電源功率,該計劃電源自身損耗較小,功率是較高的,可以取90%。最大加熱容量為819.7kW,因而依據上式加熱電源功率應為P=930kV?A,則能滿足大部分場合需求。
  3.2電壓與電流
  考慮到施工現場電源接線的方便和安全性,加熱電源輸入電壓挑選380V,輸入電流1413A。因為直接由380V整流后的直流電壓最高僅537V,關于部分變壓器該電壓即便在直流狀況下也無法抵達額定電流適當的加熱電流,因而需求裝備升壓變壓器進步整流橋電壓。設升壓后線電壓為U,則直流電壓近似為槡2U。
  3.3整流橋與驅動電路
  3.3.1晶閘管的選型變頻技能電源作業電壓為700V,作業電流為1200A。晶閘管的最大電流與電源的作業額定電流相等,最大電壓為相間電壓的一半。為了整個體系的安全可靠,依據晶閘管選用慣例,晶閘管電壓選為大于其最大接受電壓的2倍以上,額定電流為作業最大接受電流的3倍以上。因而晶閘管終究選型為南車公司的1000V/46000A晶閘管。
  3.3.2整流橋的操控辦法
  不同的被加熱換流變壓器具有不同等效直流電阻,必定的加熱電流狀況下,變頻電源的作業電壓是不同的。為了較好地調理低頻加熱電源的作業電壓,交-交變頻技能法的低頻加熱電源應選用可控整流的辦法,通過操控導通角來調理電壓。一起,為防止兩個反向整流橋一起導通造成電源的短路,應首先將前一個作業整流橋封閉觸發脈沖,等悉數整流橋中的晶閘管天然關斷后再發動另一個整流橋,完成電流的極性發轉。
  3.4測量和操控體系
  整流橋作業在全波整流作業狀態,可以用電平觸發的辦法進行操控,為了防止兩個反向的整流橋一起導通導致電源短路,注冊一整流橋之前有必要確認對側整流橋已經悉數關斷。檢測辦法是通過檢測負載電流過零比較成果與方波輸出相。若需求調理導通角α,則不能選用電平觸發,而用脈沖觸發。以AC相線電壓為參考電壓,當線電壓正向過零時延時180°-α視點后給晶閘管1宣布觸發脈沖,其余各晶閘管的觸發脈沖依次再推遲60°角觸發。
  但是觸發脈沖的可靠性欠好,因而不建議調理導通角,本計劃仍選用電平觸發的辦法。作為加熱電源,需求有調理輸出電流的機制。依據式(13),輸出電流與頻率有關,通過操控頻率可以比較方便地操控輸出電流。式(13)僅是電流波形的近似計算公式,當頻率較高時,電感未充電完結即撤去整流橋觸發電平,負載電流就會進一步減小,電流波形如圖5虛線所示。可見進一步進步調制頻率,可以持續減小負載電流,直至減小到挨近于零。所以通過操控調制頻率完全可以完成加熱電流的零起上升。
  4、低頻加熱電源的現場使用
  4.1加熱對象
  加熱對象為哈密換流站低端換流變壓器極IIYDB相,變壓器的主要參數如下:額定容量405.2MV?A;額定電壓530/槡3+23-5×1.25%/171.9kV;額定電流1324.2A/2357.2A;阻抗電壓19.71%;直流電阻(20℃)網側0.16131Ω,閥側0.05492Ω;生產廠家為特變電工沈陽變壓器集團有限公司。
  4.2實驗接線
  低頻加熱電源從400V低壓配電室獲取電源點,單相輸出線銜接到換流變壓器網側套管和中性點端子上,閥側兩套管短路線銜接。銜接圖如圖6所示。
  4.3加熱成果
  該換流變油重138t,為其加熱的兩臺濾油機加熱功率共為120kW×2=240kW。因為現場環境溫度較低,選用傳統工藝完全使用濾油機作業,濾油機出口油溫堅持70℃狀況下,通過48h換流變下層油溫抵達35℃后,隨后增長緩慢,裝置人員經歷時刻為3~5d才能抵達需求堅持的油溫60℃。當晚20:33至第二日凌晨6:30,選用湖北電科院規劃的低頻加熱電源,結合濾油機,僅用了10h就將換流變下層提升了近50℃,之后使用濾油機使油溫抵達裝置要求。
  5、定論
  低頻加熱電源技能可行,其工況與工頻負載工況相比,電流、電壓等參數均相對較低,有更高的安全性;低頻加熱電源的關鍵技能參量可測可控,具有較高的現場實用性;低頻加熱電源對電源側有必定影響,但是電壓畸變率可操控在標準范圍內。
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