一种基于缩比模型的特高压换流变压器冲击耐压试验方法

摘要

一种基于缩比模型的特高压换流变压器冲击耐压试验方法，根据基于缩比理论设计的缩比模型具体结构，进行仿真研究获得缩比模型绕组的分布参数，确定试验波形；根据研究需要，在缩比模型上设置引出抽头获取所需试验波形，并可设置相关故障；制作实际设备，利用缩比模型进行试验，对制作的电源设备参数进行调整得到所需试验波形；简化设备结构及试验方法，获取绕组电压分布波形，并可通过设置抽头设置相应故障进行试验研究；通过分析研究得到冲击电压下的绕组正常情况及故障情况下的电压分布特性，利用缩比关系得到原特高压换流变的电压分布特性。本发明可精简试验步骤，降低试验成本，缩短试验周期，并能研究不同故障情况下的绕组电压分布特性。

说明书

技术领域

本发明涉及特高压直流输电设备试验领域，具体是一种基于缩比 模型的特高压换流变压器冲击耐压试验方法。

背景技术

近年来，多条特高压直流输电线路建成投运，还有多条直流输电 线路正在规划，同时也在研究更高电压等级的特高压直流输电技术。 作为直流输电工程中的重要设备之一，特高压换流变压器的稳定性和 可靠性对整个直流输电系统的安全运行有着至关重要的作用。

在投入运行前，根据标准要求，特高压换流变压器在现场必须进 行冲击试验。特高压换流变压器的技术水平高，制造工艺复杂，电压 等级高，在现场进行试验的难度高，而且只能获取入口电压波形和中 性点电流波形，无法对冲击电压作用下换流变压器的内部特性进行研 究，一旦出现问题，很难查找其具体原因，需要对试验关键技术进行 研究。

然而，如果采用大型试验设备进行研究，成本高，而且难以获取 所需的相关试验数据，没有相关试验数据，又难以改进试验技术。降 低试验成本，缩短试品制造周期，测量获取合理的相关试验数据，对 换流变压器的冲击耐压试验研究有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于缩比模型的特高压换流变压器 冲击耐压试验方法，该缩比模型试验所需的设备电压等级降低，可精 简试验步骤，降低试验成本，缩短试验周期，并能研究不同故障情况 下的绕组电压分布特性，为故障诊断和绝缘设计提供依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于缩比模型的特高压换流变压器冲击耐压试验方法，包括 如下步骤：

步骤一，根据基于缩比理论设计的缩比模型结构，对内部线圈结 构建模仿真，得到缩比模型绕组的电容、电感和电阻的分布参数，然 后模拟实际的试验设备搭建回路，通过调整电压源电容参数和电阻参 数获得所需试验波形；

步骤二，在缩比模型上设置多个引出抽头以获取所需试验波形；

步骤三，根据仿真所得分布参数和设计要求制作实际的主电容 C₁、波前电阻R₁、放电电阻R₂、采样电阻R₃，连接组成试验回路， 根据试验波形对试验回路的电容参数和电阻参数进行调整，最终得到 所需试验波形；

步骤四，确定冲击电压源参数后，在低电压等级下进行试验，首 先测量冲击电压下各个引出抽头的电压分布特性；利用设置的引出抽 头模拟不同的故障情况，通过试验得到典型故障情况下内部绕组上电 压波形及中性点电流波形，分析研究典型故障情况下的绕组电压分布 特性及绕组传递函数特性，同时与仿真结果进行对比分析；

步骤五，通过分析研究得到冲击电压下的绕组正常情况及故障情 况下的电压分布特性，利用缩比关系反推得到原特高压换流变的电压 分布特性。

进一步的，主电容C、火花间隙G、波前电阻R1和放电电阻R2 依次串联连接，波前电阻R1和放电电阻R2的节点经电阻分压器接 地，特高压换流变压器缩比模型的网侧绕组与放电电阻R2并联连接， 特高压换流变压器缩比模型设置与测量设备连接的引出抽头，特高压 换流变压器缩比模型的中性点经采样电阻R₃接地。

进一步的，利用设置的引出抽头模拟不同的故障情况具体为：利 用设置的引出抽头模拟接地故障，利用引出抽头两两组合模拟不同的 短路故障。

进一步的，所述短路故障包括匝间短路、匝地短路。

本发明具有如下有益效果：

与直接进行特高压换流变压器冲击耐压试验对其绝缘性能测试 评估相比，本发明采用缩比模型进行冲击耐压试验，对其绝缘性能进 行评估测试，可以降低成本，缩短周期，而且能够获得正常与故障情 况下的冲击电压下各绕组的电压分布特性，可以为特高压换流变压器 冲击电压下的故障诊断提供依据；由于缩比模型体积小，电压等级低， 试验回路元件配置简化，试验调试更加方便，因此也可以降低试验的 成本，并得到原模型试验不能获取的试验数据。

附图说明

图1是本发明基于缩比模型的特高压换流变压器冲击耐压试验 方法的接线图；

图2是原模型典型线圈首端时域电压分布波形；

图3是本发明缩比模型典型线圈首端时域电压分布波形。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

图1为基于缩比模型的特高压换流变压器冲击耐压试验的接线 图，其中C₁为主电容，R₁为波前电阻，R₂为放电电阻，R₃为采样电 阻。G为火花间隙，主电容C、火花间隙G、波前电阻R1和放电电 阻R2依次串联连接，波前电阻R1和放电电阻R2的节点经电阻分压 器接地，特高压换流变压器缩比模型的网侧绕组与放电电阻R2并联 连接，特高压换流变压器缩比模型设置与测量设备连接的引出抽头， 特高压换流变压器缩比模型的中性点经采样电阻R₃接地。

电阻分压器用于测量冲击电压波形，特高压换流变压器缩比模型 的引出抽头接测量设备以进行数据采集，采样电阻R₃用于测量中性 点电流。

本实施例中，以型号为ZZDFPZ-405200/500-400的换流变压器为 研究对象，采用以下步骤进行耐压试验研究。

步骤一，根据基于缩比理论设计的特高压换流变压器的缩比模 型，缩比模型的网侧绕组和阀侧绕组的结构参数如表1所示，其网侧 绕组根据屏蔽方式不同以及绕组绕制不同共分为5类。

利用仿真软件ANSOFT建立了2维模型计算其绕组的电容、电感 和电阻的分布参数，在电磁暂态仿真软件PSCAD中建立主电容C₁、 波前电阻R₁、放电电阻R₂、采样电阻R₃以及分布参数网络共同构成 的模拟试验回路，用理想开关G代替火花间隙，对其进行仿真。此 处建立的缩比模型缩比因子为1/5，即基本长宽尺寸缩小为原模型的 1/5大小，根据缩比原理，冲击波形的频率要相应调整，例如，标 准雷电冲击电压为1.2/50μs，则缩比模型试验时期冲击电压为 0.24/10μs。此处为通过调整C₁、R₁、R₂和R₃得到所需的波形。此处 试验冲击电压波不是标准的冲击电压波，而是根据缩比模型的缩比关 系进行相应比例调整所得的波形。

表1缩比模型绕组参数

步骤二，根据此缩比模型的绕组特性，其网侧绕组分为5类，阀 侧为螺旋绕组，在网侧每一类绕组设置两个引出抽头，阀侧上下共设 置5个引出抽头，一共设置15个引出抽头，可以得到不同类型和不 同位置的绕组的电压波形，并能组合出不同故障情况，例如设置线圈 的对地故障，以及绕组相邻线圈的匝间短路故障等，便于后续的研究 分析。

步骤三，根据仿真所得分布参数和设计要求制作实际的主电容 C₁、波前电阻R₁、放电电阻R₂、采样电阻R₃，利用缩比模型进行预 实验，根据试验波形对主电容，波前电阻和放点电阻进行调整，最终 得到所需试验波形，其与标准波形的误差在允许范围内；

步骤四，确定冲击电压源参数后，在低电压等级下(例如10kV) 进行试验，确保不损坏缩比模型的绝缘。首先测量冲击电压下各个引 出抽头的电压分布特性；利用设置的引出抽头模拟接地故障，利用引 出抽头两两组合模拟不同的短路故障(例如匝间短路、匝地短路)，通 过试验得到典型故障情况下内部绕组上电压波形及中性点电流波形， 分析研究典型故障情况下的绕组电压分布特性及绕组传递函数特性， 同时与仿真结果进行对比分析。确定冲击电压源参数后，由于电压等 级低，不需要多级电容串联放电，只需一个主电容，简化了试验回路。 此处主要研究内部电压分布特性，为绕组结构优化和绝缘安全裕度提 供参考，并不是对绝缘进行考核，所以不需要按照冲击耐压试验标准， 先进行多次半压冲击，在进行全压冲击等步骤，可直接在绝缘承受范 围内的统一电压进行试验。

步骤五，通过分析研究得到冲击电压下的绕组正常情况及故障情 况下的电压分布特性，利用缩比关系反推得到原特高压换流变的电压 分布特性。此处举例说明利用波过程计算来验证缩比模型和原模型的 电压分布特性的一致性，此处的原模型和缩比模型的缩比方法与特高 压换流变压器缩比模型设计方法相同，原模型各匝首端时域电压分布 波形如图2所示，缩比模型各匝首端时域电压分布波形如图3所示。 通过对比发现对应匝的电压波过程基本相同，误差不超过5％，即通 过试验分析得到缩比模型的绕组电压分布特性与原模型的电压分布 特性是基本相同的。

与直接进行特高压换流变压器冲击耐压试验对其绝缘性能测试 评估相比，本发明采用缩比模型进行冲击耐压试验，对其绝缘性能进 行评估测试，可以降低成本，缩短周期，而且能够获得正常与故障情 况下的冲击电压下各绕组的电压分布特性，可以为特高压换流变压器 冲击电压下的故障诊断提供依据；由于缩比模型体积小，电压等级低， 试验回路元件配置简化，试验调试更加方便，因此也可以降低试验的 成本，并得到原模型试验不能获取的试验数据。