(高清版)GBT 18494.3-2023 变流变压器 第3部分：应用导则

变流变压器第3部分：应用导则等国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ V 12规范性引用文件 1 1 15额定值 2 3 128绝缘要求及绝缘试验 9损耗 28 31 42 44 4815监测 54 58 64 3图212脉波桥原理图 4 4 4 5 6 7 7 8 8 9 9图13双绕组换流变压器两种基本排列 10 11图15典型阻抗 13 14图17绝缘系统的等效R-C电路 图18极性反转前和反转后的电压分布 16图19AC/DC转换简图 17 21 22 23 图24短路故障条件 42 46 47 11 25 Ⅲ起草。——更改了适用范围(见第1章);——增加了关于工业用和HVDC用变流变压器的设计评审的章节(见第16章)。——为了适应我国的技术条件，用修改采用国际标准的GB/T1094.5代替了IEC60076-5、流I,和额定电流下的电阻损耗I,R的符号和解释(见第4章);接法为负序”时在其后面括号内所给出的字母标志(见6.1中图M志由“U、V和W”修改为“A、B和C”(见6.2.3中的规定(见7.2的第6段);——别除了13.2.1的第2段内容；V选择、产品设计、产品生产、产品检验、产品选用及运行维护等方面所需的注意事项提供指导。GB/T18494通过三个部分明确了各类工业用变流变压器和HVDC输电用换流变压器的技术要常运行提供保障本文件包含了GB/T18494.1—2014和GB/T18494.2—2022所适用的两类产品，适用于0.2~0.2额定值(第5章)0.3绕组结构(第6章)M0.4分接和阻抗(第7章)0.5绝缘及绝缘试验(第8章)0.6损耗(第9章)07铁芯和噪声(第10章)0.8技术规范(第11章)0.9短路(第12章)0.10组件(第13章)M0.11维护(第14章)11范围GB/T1094.1—2013电力变压器第1部分：总则(IEC60076-1:2011,MOD)GB/T1094.5电力变压器第5部分：承受短路的能力(GB/T1094.5—2008,IEC.60076-5:GB/T1094.14电力变压器第14部分：采用高温绝缘材料的液浸式变压器(GB/T1094.14—2022,IEC60076-14:2013,MOD)GB/T18494.1—2014变流变压器第1部分：工业用变流变压器(IEC61378-1:2011,MOD)GB/T18494.2—2022变流变压器第2部分：高压直流输电用换流变压器(IEC/IEEE60076-4符号2I——h次谐波电流(A);流到第49次谐波电流平方和的平方根义额定阻抗(A,只适用于HVDC输电用换流变压器);I₁——额定网侧电流的基波方均根值(A);Px——电流ILn下的负载损耗(W);Pwei——电流I₁下绕组中的涡流损耗(W);Um——网侧绕组的最高系统电压(V);态正弦量作为各种保证值(如损耗和阻抗)的基准，该基准受谐波频谱的影响。应当注意，在3在GB/T18494,1—2014的附录H中有描述。 GB/T18494.1—2014中7.6或GB/T18494.2—2022中9.2)。图16脉波桥原理图网侧电流以及阀侧电压和电流中的谐波含量便会降低。在采用由两个6脉波桥连接构成的所谓12脉角差越小。见图2和图3。4图212脉波桥原理图GB/T18494.1—2014中5.7介绍了带有滤波和补偿用的第三绕组的工业设备。应注意的是滤波5见图5。为此，要在各台变流变压器的网侧采用曲折形联结或延边角结，或采用不常见的多边形联结。在6 图6饱和电抗器接线图大电流母线的外部连接(油箱内和油箱外的)会显著影响变流变压器的负载损耗、短路阻抗和油箱热点。GB/T18494.1—2014中的附录J对如何评估这些影响给出了指导。6.2.2电压调节通常，需要对阀侧电压进行调节，并且此电压调节范围非常大，从百分之几一直到100%额定阀侧绕组电压。调压范围之所以大，目的是要减少无功容量损失和变流器运行时的谐波污染。根据实践经两个独立绕组的型式。图7～图13示出了各种常用的连接原理图。这种绕组的原理图如图7所示。76.2.3.3星结-闭相绕组的原理图如图8～图10所示。2C图9多级粗调常规自耦变压器闭相连接原理图图10粗细调升压自耦变压器闭相连接原理图绕组的原理图如图11所示。8这种绕组的原理图如图12所示。范围可达铭牌电压值的40%。●三台结成星/角；●三台结成星/星；●一台结成星/星缺点阀侧-网侧-调压调压绕组出线容易图14公共互抗8绝缘要求及绝级试验8.1混合绝缘系统混合绝缘系统主要用于工业用变流变压器，这种绝缘系统在此类高温变流变压器中运行有优势。“混合”绝缘系统指的是高温绝缘材料(如芳族聚酰胺纸或高温漆)与常温绝缘材料(如纤维素)组合使用。图16典型的工业用变流变压器绝缘系统元件混合绝缘已经用于油没式变压器多年。高温材料用于与铜直接接触(导体绝缘)或接近的元件(垫块),而所有其他的绝缘材料都由纤维素构成。带有混合绝缘的绕组的设计平均温升高于纤维素绝缘绕组的温升(不降低变压器寿命),这样就加大了单位体积的功率。8.1.2变流变压器的混合绝缘当变压器与变流器一起使用时，绕组中就有谐波电流流过。此谐波电流会增加绕组中的涡流损耗，增大的损耗系数见GB/T18494.1-2014和GB漏磁通的辐向和轴向分量以及导体在漏磁通中的几何尺寸(见GB/T18494.1—2014)。涡流损耗沿绕组高度是变化的。在绕组中部损耗低，因为漏磁通大致平行于导体的厚度方向磁通几乎与导线宽度方向垂直。损耗不均匀分布导致在绕组高度上温度也不均匀分布。因此与通用结在变流变压器中，考虑到谐波电流的影响，由于涡流损耗增加，所以对应的绕组差会进一步加大，参见GB/T13499—2002中的9.6。对热点分布不均问题已有一些合适的解决办法。如果不能将热点温度降到GB/T1094.2—2013在电力变压器中，混合绝缘通常用于提升许用绕组平均温度从而增加容量。因而于所有靠近绕组导体的地方。在变流变压器中，混合绝缘也能用于局部热点值不变。通常高温绝缘材料宜用在热点区域的绕组导体上。市场上越来越多的固体和液体高温材料可获得，这增多了有关平均温度和热点温度可能的解决方的设计裕度。固体绝缘与油的电阻比，在室温下可为10:1到500:1。随着温度增加，电阻比的典型图17绝缘系统的等效R-C电路当极性反转后(图18上部那条线),纤维中的电荷保持反方向极性，但在阶电压2U(-U到+U)的电容电压下电荷将减少。结果，使加到油上的电压明显增加。加到油上暂态电压是由油的电阻和介电常数决定的。该电压值一般比刚施加+U或-U时立即在油中出现的电压值高，但在稳态时会降至某一较低值(主要是交流电压)。图18极性反转前和反转后的电压分布8.2.2在长时外施直流电压和极性反转试验中的绝缘安全裕度在整个运行期间，油和纤维素介质的电阻率以及电阻率比值均会明显变化。从而产生了一个问题：工厂试验能否表明设计是足够安全的。长时外施直流电压试验的目的是要表明运行中整个纤维素介质对所受到的场强是否具有足够的安全裕度。试验在室温进行，故纤维素对油的电阻率比值就较高。这就使得试验中所出现的场强值明显地高于运行中可能出现的最大值。当在温度更高的场合下进行试验时，降低了对纤维素介质的考核。极性反转试验的目的是要表明运行中的油介质对所受到的作用场强是否具有足够的安全裕度。但是在试验条件下，极性反转所引起的场强持续时间却有问题。现已表明，运行期间的电阻率之比可达1:1,故运行期间出现的油介质中的场强很可能不能用极性反转试验作出准确的验证。由于这个原因，已规定采用一项带局部放电测量的1h外施交流电压试验。它足以表明在运行中极性反转时的最不利情况下的安全裕度。外施直流电压试验应在20℃±10℃(见GB/T18494.22022中9.7.2)进行。如果是在温升试验完了后立即进行本试验，则由于温度高，绝缘系统充电和再充电的时间常数要小些，这可能导致不正确地表示出绝缘裕度。该CIGRE论文中的有关建议，已纳入GB/T18494.2—2022的绝缘试验要求内。概括起来，CIGREJWGA2/B4.28也确定HVDC用换流变压器制造方和用户可不采用统一一致的方试油的电导率(见CIGRE技术手册406)。NU图19AC/DC转换简图9.1概述Pady=A×(f²×I²)/R (1)P——涡流损耗。μ——材料磁导率；f——频率； (3)导体的电阻在某一频率(临界频率)以下保持为定值，如果频率高于临界频率，则电阻按 (4)2014中附录E)。以只产生I'R损耗(见图20);d)由两个网侧绕组轴向平行叠加排列产生的松耦合：反相谐波在每个阀侧网侧绕组间几乎全部平衡了，所以应认为与无耦合相同(见图23)。但是局部损耗分布可能明显不同，见下段描述。当整流器松耦合连接的阀侧绕组中存在反相谐波电流，其产生的漏磁场在绕组端部有明显的辐向分量。这些辐向分量在阀侧绕组的最上端和最下端产生局部杂散损耗。图23所示的绕组排布中特别要留意上部阀侧绕组的最下端和下端阀侧绕组的最上端中高度集中的特定频次谐波电流。在阀侧未连接变流器的变流变压器常规温升试验中无法得到这种运行工况。因此，如果用户要求，则应采用适当的磁场仿真工具研究反相谐波的影响，并验证设计方案。绕组耦合情况下，有超过3个绕组的变流变压器或壳式变流变压器也可类似去考虑。图20阀侧绕组为密耦合的三绕组变流变压器的漏磁场AB图22阀侧绕组为双同心式松耦合的三绕组变流变压器漏磁场CBACB图23两个阀侧绕组沿轴向分置且为松耦合的三绕组变流变压器漏磁场本试验方法是根据9.1.1中所述的绕组涡流损耗特性与钢结构件中的杂散损耗特性之间不同而确立的。按照GB/T18494.2—2022中9.2.2所述的方法，采用双频测量，有可能将涡流损耗和杂散损耗分开计算。分析表明，如果负载损耗测量在两个频率相差足够大的条件下进行时，则这种区分法能得到合理的准确度。如果第一次测量时频率为工频50Hz,则第二次测量频率应高于或等于150Hz。第二个频率的电源通常可用感应耐压试验用的试验设备。本方法不拟用于GB/T18494.1—2014所涉及的变流变压器，因为这种变流变压器的涡流损耗分布是用理论估算法来计算的。双频法意味着：P,=449kWIinR=366kWP (5)P,=IinR+Pwei+Psi (6) (7) (8) (9)谐波频谱(见表2):11157 Px=366+39(0.92×1+0.032×25+0.014×49+0.0036×121+0.000.0009×289+0.0004×361)+44(0.92×1+0.032×3.62+0.0036×6.81+0.0025×7.78+0.0009×9.64+0.=366+3.67×39+1.17×44=560(kW)…………(12)的谐波是12脉波运行(谐波次数=12×k±1,k=1、2、3……)。PN=560kW (14) (15)GB/T18494.1—2014和GB/T18494.2—2022规定了产生谐波电流时的总损耗的工频等效正弦 2倍。是其6倍。 ——额定线电压 的偏差不要减小到5%以下。相同设计的各台产品之间的偏差建议小于5%,如欲更小时，需●感应电压及其局部放电量限值；●雷电冲击电压；●操作冲击电压；——单位损耗价格●绕组及套管电容；●阻抗和电阻的频率特性。 ——雷电冲击试验●压力和真空要求；●阀门型式和法兰要求；●内部组件检查方法的要求；·主油流通道和排气管道；●接地细节·表面处理； ●储油柜的型式；●噪声抑制说明；·绝缘与接地。·外形尺寸和重量限制；·包装和标志要求。·接收时的现场检查；·现场移动设备。·固定件和紧固件。●类型及结构●额定电压和额定电流；◆防污染；●控制系统；·特殊电流考虑；·分接操作循环次数。●冷却介质及其品质；●冷却结构。同意。●避雷器；●监控装置。●绕组温度指示元件；●冷却器开关；●辅助电源；●辅助磁通探测绕组：●控制柜布置及结构；·油流动监视；●油及绕组温度指示。·分接位置；●额定值；●参考温度。——冷却器损耗·分接位置；绕组对●特殊偏差；●零序阻抗；·工厂试验/运行条件。有效运行阻抗。应表示出每个分接位置处的不同相或不同变压器之间阻抗差异的偏差(见●分接位置。·绕组平均温升及热点温升；●油面温升。与其他大型电力变压器相同，HVDC用换流变压器通常也是用短路法进行温升和负载电流 ·冷却器。·磁化曲线；●过励磁要求。·绕组类型；●导线材质；◆电磁方面；●绕组夹紧力——绕组力；●电路参数；·套管电容；●阻抗频率特性；·交流电阻频率特性。·制造单位；●额定电流；●电压等级●伞裙设计；·爬电距离。◆制造单位；●额定电流；●分接开关维护要求；●悬浮绕组电压控制方法；●采用非线性电阻电压控制；●切换容量。●泵的额定容量和起动电流；●风扇额定容量和起动电流；●冷却器连接尺寸(管路可拆卸);●每组风扇数；●每组泵数；●有关运输参数；所充的介质●带尺寸的布置图；储油柜体积●各组件重量；●注油要求；11.7质量保证和试验大纲制造方宜列出所推荐的试验程序内容，特别是试验顺序。在制造过程中进行的质量控制试验是用详细的质量计划和试验大纲，宜同现行的质量保证(QA)文件一起在签订合同时提交。11.8减少停运时间的措施和可用性快速更换变压器及某些元件，往往是HVDC设施的一项要求。宜提供的有关如何做到这一点的说明如下：——更换元件用的设备；12短路电流的计算换流变压器的短路过电流承受能力可根据GB/T1094.5的相关条款以及下列的补充考虑去研究：b)阀侧绕组端子直接牢固持久短路是不现实的(像电解应用，由于结构尺寸和布置的原因),建议变压器的短路耐受能力应与它的换流器匹配。图24示出6脉波全波基本线路图和潜在的短路故障条件。对晶闸管阀的常规保护，是在桥内每组晶闸管臂的两端间接有金属氧化物避雷器。图24短路故障条件故障1情况是指全波桥阀的两个端子间的短路(F1)。此时，电流如同常规电力线路，是由电源和变压器的电抗及电阻值来决定的。故障2是指桥的任何一个臂的两端之间的故障。避雷器发生故障时才会发生(F2)。这种故障发式中：实际上，R<oL且φ≈n/2。电流的最大瞬时值与时间力。分接开关制造方宜被告知谐波情况。最好给出电流过零后的变化率或者至少给出谐波意谐波电流图25示出了几种阀侧套管可能的使用和安装方式。换流站的布置方式可能会对套管的型式和所用的绝缘材料等方面的设计有影响。此外，换流站布置也要考虑满足指定绝缘水平和满足瞬态浪涌电压及运行工况下的空气间距的空间要求、阀厅内油污染危险以及整个换流站内的火灾危险的影响。主变压器的绝缘结构一样，是由套管内各绝缘元件的相对电阻率来决定的。众所周知，由电阻率决定的电压分布会使套管沿面出现爬电场强(见图26)。此场强值宜控制在许可限值内。理想地说，各相关制造方宜共同参与套管与变压器界面的绝缘结构设计。评估套管的载流能力时，宜考虑包括谐波电流产生的电阻损耗以及户外安装时阀厅温度高的补偿措施。图26HVDC套管附近及相关绝缘系统交流、直流及混合电场分布示例多年来，已有多种类型和规格的套管作为阀侧套管使用。下面将列出目前使用的两种类型(这种列a)油浸纸套管(OIP):·套管电容芯体置于绝缘外壳内；●绝缘外壳可是瓷件也可是硅复合材料；●芯体与外壳间的空隙可充油、充SF₆气体或干燥的绝缘的聚氨酯泡沫。b)干式树脂没渍套管：●套管的电容芯体可置于绝缘外壳内；·如果此芯体置于绝缘外壳内时，则用哪一种绝缘外壳及绝缘填充材料与OIP相同。HVDC用和工业用变流变压器的维护，原则上与交流变压器所规定的设备的五项主要部分相——绝缘质量变压器和相关油浸设备中的油进行维护是至关重要的工作。其中油中颗粒的含量和介电常数特别糠醛测定应定期从变压器取油样进行，以便确定变压器纤维绝缘的总体状HVDC用换流变压器中，其内的固体和液体绝缘的介电常数和导电性对变压器电气性能有重要的作HVDC用换流变压器因其巨大的经济价值和复杂的GB/T14542列出了决定油质量的试验室测试全部规定。将测出值与分成三类的限值表进行对——气体动继电器——监控装置—二次布线系统及固定装置；压器端子上给(过电流、差动)继电器供电；气动和油动继电器(气体继电器)第14章讨论了确定变压器状态以便进行维修所需要信息的类型和内容。本在线和离线监测实例如表3所示。进一步应用实时定期的；在需要时X(例如光纤)冷却容量控制×一局部放电测量(声与电)×XXXXX×(见GB/T1094.18—2016)XX操作负载电流、切换时间、×X××-风机电源控制×X套管中绝缘气体的压力(例如SF₈)XX有CIGRE手册中的应用导则，包括了所有关于变流变压器应用、运行要求和电气环境等其他特殊CIGRE手册407总结和强调了为确保符合合