摘要：换流变压器是特高压直流输电系统中的核心设备，改设备能否正常运转直接关系到整个电网的安全运行，所以换流变压器的安全稳定性非常重要。为了保证换流变压器的正常运行，在工作时其铁心必须要单点可靠接地，通过观测铁心电流来了解变压器工作情况、有没有发生铁心接地故障，对于变压器的状态评估和安全稳定运行具有非常重要的意义。本文主要对某±800kV特高压换流站的24台换流变压器开展了铁心接地电流带电检测，并对得到的相关数据进行分析。
关键词：换流变压器；谐波特性；接地电流
一、换流变压器概况以及测试分析方法
（一）换流变压器概况
本文主要对一组±800kV特高压换流站的24台换流变压器开展了铁心接地电流带电检测，该换流站内直流场电气主接线采用的是双电极，每一个电极都有两个十二脉换流阀组串联。该换流站使用的输送电电功率为8000MW，变压器的数目是二十四，这二十四台变压器中一半是极 I 另一半是极 II，这二十四台变压器中不包括备用变压器在内，总共使用了两种联结方法，一种是Y/Y，另一种是Y/D，这两种联结方法也是各占一半。
（二）测试原理以及分析方法
本文采用便携式铁心接地电流综合分析仪对换流变压器的铁心接地电流进行带电测试，该铁心接地电流综合分析仪采用电流取样钳采集电流信号，并能对采集到的信号进行谐波分析。测量时通过将流取样钳水平卡住换流变压器铁心接地引下线的方式获取铁心接地电流实时波形，通过对测量到的信号进行傅里叶变换，可获得铁心接地电流的各次谐波含量。
二、铁心接地电流测试结果
为了方便读者观看，本文将使用到的24台进行逐一编号，具体的变压器名称和编号对应情况如下图：
根据图中的数据我们可以对变压器的铁心接地电流进行分析，从图中我们可以看出，同一次测试结果中，不同的铁心接地电流的全电流在数值上也不完全相同，之所以会出现这种结果是因为这些变压器的自身结构不同，用来作实验的二十四台变压器是由不同的厂家生产出来的，所以他们的结构设计存在一定区别，这种区别导致了最终结果的差异。对比两次实验结果，我们可以看出，第二次实验的结果普遍比第一次的低，造成这种现象的原因是两次测试输送的功率不同，第一次输送的功率有7000MW，第二次是6200MW。
从图中我们还可以看出，在这四十八个测试结果中，有四十四次变压器的铁心接地电流都超过了300mA，但是国家电网的标准中，铁心接地电流需要控制在300mA以下，但是在本次实验中，超出300mA的铁心接地电流大约有九成，但是并没有发现机器有接地故障或者其他异常情况，，所以全电流大小不能作为唯一换流变压器是否存在故障的判断条件。
三、铁心接地电流谐波分析
（一）基波电流
从中我们可以看出，波形变化趋势基本一致，而且第二次测试的结果也都普遍低于第一次。最大的区别就是基波电流图中，铁心接地电流的基波分量基本没有到达50mA，而在全电流图中，基本都超过了300mA，其中，全电流的比例较小，从中我们可以得到全电流中谐波占据较大比例这个结论，因此，还需要进一步对换流变压器铁心接地电流的谐波特性进行分析。
（二）谐波特性分析
第一次进行测试，“谐波含量”的意思是铁心接地电流中的各次谐波占基波的百分比。对数据进行观察分析可以得到：不同绕组连接方式的换流变压器，谐波分布之间也存在一定的区别，就本文中所使用的两种连接方式为例，Y/D联接方式的换流变压器，铁心接地电流的奇次谐波和偶次谐波之间的差异比较明显，其中奇次谐波出现的次数远远高于偶次谐波，偶次谐波只出现了短短的几次；而另一种Y/Y联接的换流变压器，其奇偶次谐波之间数目相差不多，分布的更为均匀，此次分析只对第一次检测结果进行了分析，因为两次检验的结果相差不大，因此分析总结出来的规律也非常相似。换流变压器和常规使用的变压器之间存在一定的区别，首先两者运行工况之间就存在较大的区别，由于换流变压器的特点，所以他在工作时更容易产生较多的奇次谐波和偶次谐波。
为了进一步对铁心接地电流的谐波特性进行分析，笔者总结了如图所示的表格，这个表格记录的是测试结果中谐波含量过半的对应的变压器的数量。
通过对表格中的数据进行观察我们可以看到，第一次测验结果中，以Y/Y这种方式联结的换流变压器的铁心接地电流谐波含量过半的频次大于以Y/D这种方式进行联结的换流变压器，谐波含量过半的频次较高；而在第二次测验结果中，虽然个例情况发生了细微的变化，但是总体上还是以Y/Y这种方式联结的换流变压器的铁心接地电流谐波含量过半的频次大于以Y/D这种方式进行联结的换流变压器，而两次测验唯一的不同就是功率有所降低，由此我们可以得出结论功率的降低并不会改变奇次谐波的分布特征，在两次结果中，奇次谐波所占的比例都比较高。根据这个结论，在检验铁心接地是否发生故障时，可以使用奇次谐波的含量来作为判断的标准。Y/Y 联结的12台换流变压器中，谐波含量大于50%且频次较高的偶次谐波有4次、16次与 1次谐波；Y/D 联结的12台换流变压器中，谐波含量大于50%且频次较高的偶次谐波为18次谐波。与第1次测试结果相比，谐波含量大于 50%且频次较高的偶次谐波在分布上出现了一定差异，即谐波的数量有所减少。
四、结语
通过对某±800kV特高压换流站的24台换流变压器的铁心接地电流进行带电检测，得出以下几点结论：第一，换流变压器铁心接地电流中含有不同次数的谐波，相比较谐波的数量来说基波的数量较少，输送电流的输送功率会同时对基波电流和全电流产生影响，并且铁心接地电流的全电流和基波电流会随着输送功率的降低而降低；第二，不同的联结方式会对换流变压器铁心接地电流的谐波特征产生影响，两者之间存在一定差别，其中以Y/D这种方式进行联结的接地电流奇次谐波和偶次谐波之间相差较大，其中奇次谐波更多，而以Y/Y这种方式进行联结的接地电流奇次谐波和偶次谐波含量差别较小，分布相对较为均匀。
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作者简介：
罗熠（1993-09-17），男，汉族，籍贯：湖北省荆州市，当前职务：技术员，当前职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：与电力相关的 例如变压器，高低压柜等。
论文作者:罗熠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/11/26
标签：谐波论文; 电流论文; 铁心论文; 基波论文; 变压器论文; 含量论文; 频次论文; 《电力设备》2019年第15期论文;