(中国南方电网超高压输电公司大理局 大理 671000)
摘要：介绍了±500kV金官换流站极2站系统调试期间换流变空充试验，通过试验对换流变的绝缘，保护装置进行了考核，并对试验过程中的数据进行了记录。对比多次充电过程中励磁涌流的特点，验证了选相合闸装置对换流变空充过程中的涌流抑制效果及影响因素。由于金中直流换流变容量较大，励磁涌流峰值较高，衰减速度较慢，应考虑预防在某些极端情况下励磁涌流导致的换流变保护误动的问题。
关键词：换流变压器充电;励磁涌流;选相合闸
Analysis on Inrush Current of No-load Converter Transformer in 500kV Jinguan Converter Station
LIU ZHIQIANG, LI YANG,XU HONGZHENG,XUE JIAQI
(DaLi Bureau，EHV Power Transmission Company,Dali 671000，China)
Abstract：In this paper, the test of changing current and empty charging during commissioning of pole station of ± 500kV Jinguang converter station is introduced. The insulation and protection device of converter rheology are tested and the data in the test process are recorded. Compared with the characteristics of inrush current during multiple charging process, the inrush suppression effect and influencing factors of the phase-changing device are verified. Due to the large DC variable capacity of the converter, the inrush current peak value is high and the decay rate is slow, so it is necessary to consider the problem of protection against inrush induced by inrush current in some extreme cases.
Key words: Converter transformer energize; Inrush current ; Phase selection closing
0 引言
直流系统启动过程中，首先需要将直流系统由极隔离状态操作至极连接状态，此过程中，换流阀保持闭锁状态，此时换流变压器处于空载状态。当换流变压器进行空载合闸操作时，由于换流变铁芯磁路饱和，将产生比额定电流大几倍甚至十几倍额冲击电流，此电流称之为励磁涌流。若不采取适当措施，很容易引起换流变保护装置的误动作，从而导致换流变充电失败，不能投入运行。本文基于金官换流站极2站系统调试期间的实际情况，分析了调试过程中采用5033单开关运行方式，利用#2母线对换流变充电情况，讨论选相合闸装置对换流变空充时刻励磁涌流峰值的限制作用，结合故障录波验证了选相合闸角设置的科学性。
1 空充试验目的
换流变压器空充试验是为了验证换流变压器的励磁涌流是否处于所规定的限制值之内、检验换流变压器现场安装后的设备绝缘状况及考核换流变保护装置动作行为。同时也是换流站在系统调试期间，开路试验及日常运行期间的基础性操作之一。将换流变空载合闸时的励磁涌流限制在规定的范围之内能减小对电气设备的冲击，同时也防止因为换流变励磁涌流过大导致保护误动的情况发生。在试验进行之前，换流变压器保护，断路器保护等装置应能投入使用，故障录波装置，事件后台等也需具备正常工作条件。
2 励磁涌流的产生原因及影响因素
变压器的饱和磁通在制造时已经确定，大致是稳态磁通的1.2-1.5倍。换流变压器在空载投入之前，变压器内的总磁通为剩磁。在合闸瞬间，由于施加了电压必然会产生稳态磁通，由于磁链守恒定理（总磁通不能突变），会产生一个和稳态磁通方向相反大小相等的暂态感应磁通，此暂态感应磁通与变压器内部的剩磁合成的偏磁，在有损变压器内随时间缓慢衰减。当偏磁与稳态磁通合成的总磁通超过饱和磁通时，变压器绕组电抗陡降，产生励磁涌流。图2说明中在t=0时选择电压角度为0°时上电产生的励磁涌流最大。理论上空载合闸时的励磁涌流科大换流变额定电流的7—8倍，励磁涌流峰值随着时间衰减，一般来说，小型换流变的励磁涌流经历几个周期的衰减后便可达到稳定状态，大型换流变的阻抗大，衰减速度慢，有些大型换流变励磁涌流甚至需要十几秒时间才能衰减到稳定状态。相关研究表明换流变励磁涌流含有大量的非周期分量，因此励磁涌流波形偏向于时间轴一侧，含有大量的谐波分量（以2次谐波为主），且波形有间断角。
图2 在t=0时电压合闸角α=0度时U、Φ、I变化曲线
决定励磁涌流峰值大小的因素主要有以下3点：1）变压器的空载励磁曲线，不同生产厂家的产品由于材料及制造工艺不同有所差异；2）变压器剩磁，即变压器分闸时存留在变压器内的磁通，其数值大小，极性与分闸时刻的稳态磁通有关，铁芯剩磁叠加在变压器的暂态感应磁通及稳态磁通上，决定了合闸时总磁通的大小。3）合闸相角，由于磁链守恒定律，铁芯磁通不能突变，变压器空载合闸时将出现一个非周期分量磁通，空载合闸瞬间的电压相角决定了非周期分量磁通的大小，因此也决定了励磁涌流峰值大小。
3 极2换流变压器参数及投切开关参数
3.1 金官换流站交流场接线图
500kV交流母线及串内设备采用由新东北电气集团高压开关有限公司生产的封闭式组合电器（GIS），交流场采用3/2接线方式。本期5回出线（太金甲线、太金乙线、阿金甲线、阿金乙线、梨金线）、2回换流变压器进线、2回站用变压器进线、3回交流滤波器大组进线。
3.3 金官换流站投切换流变开关参数
金官换流站极2换流变投切开关由新东北电气集团高压开关有限公司生产。额定电压550kV，额定电流4000A，额定断路开断电流63kA，额定短路关合电流（峰值）为171kA，每极并联425±5%电阻，操作机构为液压弹簧式，能开合空载变压器的容量为840MVA。
4 换流变充电过程记录与录波分析
为定性分析换流变空载合闸的励磁涌流峰值，并考察换流变所在串内断路器的选相合闸装置的效能，利用开关多次对换流变进行充电操作，比较多次空充试验的换流变励磁涌流峰值及选相合闸角设置的科学性。
4.1 第一次用5033开关进行充电试验
首次利用5033开关对换流变进行充电时，不对选相合闸装置的参数做调整，合闸时刻A相相角为142.4°，B相相角及C相相角为223.6°。观察波形可以发现，由于初始不对选相合闸装置的断路器的合闸时间进行设置，换流变二次侧A相励磁涌流最大，励磁涌流峰值达到2170.435A，并且励磁涌流衰减速率较慢，另外两相励磁涌流峰值均为-653.913A ，相比较A相较小。根据选相合闸装置波形计算得知的5033开关三相的首次合闸角度及合闸时间统计如表。
6 结论
a) 金官换流站极2换流变串内断路器配置了选相合闸装置，通过合理设置装置的参数，能够很好地抑制换流变空载充电的励磁涌流峰值水平，在金中直流极2站系统调试换流变空充试验中没有发生因励磁涌流导致的换流变保护装置误动的情况，投切试验成功。
b) 在电压瞬时值为峰值（90°）时候合闸，B、C相在A相合闸后90°进行合闸，铁芯中剩磁较小，铁芯不饱和，合闸过程中对母线电压冲击较小，母线电压稳定，充电瞬间换流变充电电流出现波动。现场设置为A相合闸角为90°—120°，与理论相符合，第一次合闸角为142°是因为初始设置值是根据断路器合闸时间设定，存在较大误差，后面经过修正，涌流抑制效果较好。
c) 金中直流极2换流变开关的合闸时间为48—60mS，最大合闸时间差值可达12mS，若断路器多次投切合闸时间离散程度较大，则励磁涌流抑制效果会受到影响。
d） 金中直流换流变容量较大，励磁涌流峰值较高，衰减速度较慢，应该考虑预防在某些极端情况下励磁涌流导致的换流变保护误动的问题。
参考文献 References
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作者简介
刘志强（1992-），男，学士，超高压输电公司大理局，从事高压直流控制保护技术工作；
李阳（1992-），男，学士，助理工程师，中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局，主要从事直流控制保护系统、换流阀及阀冷系统检修工作；
徐宏争（1992-），男，学士，助理工程师，中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局，主要从事直流控制保护系统、换流阀及阀冷系统检修工作；
薛佳琦（1995-），男，学士，助理工程师，中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局，主要从事直流控制保护系统、换流阀及阀冷系统检修工作。
论文作者:刘志强1,李阳1,徐宏争1,薛佳琦1
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/19
标签：励磁论文; 变压器论文; 峰值论文; 大理论文; 剩磁论文; 相角论文; 稳态论文; 《电力设备》2019年第17期论文;