摘要：根据换流变压器在直流输电系统中的重要性，从绕组、铁心、主绝缘、引线几方面进行了可靠性分析了，提出了提高可靠性的措施。
关键词：换流变压器；可靠性；措施；重要性
1 引言：
换流变压器是直流输电系统中的关键设备之一，是交、直流输电系统中换流侧和逆变两端连接的核心设备。高压直流输电换流变压器为了提高整流效率，通常由2个6脉冲换流桥组成，这样就需要2组阀侧绕组，一组为Y接，另一组为D接。每相2台三相双绕组，或为单相三绕组，或单相双绕组。因此，在整个直流输电系统中，换流变压器数量相对交流数量多很多，任何一台换流变压器发生故障将影响整个直流输电系统，因此其必须具有较高的可靠性。因此对换流变的可靠性研究是以后特高压直流输电工程发展的必然趋势。
2换流变压器可靠性分析
换流变压器从以下几方面提高可靠性。
2.1绕组
绕组是构成换流变压器电路部分的核心，要保证换流变压器长期运行的可靠性，换流变压器的绕组必须满足以下三点基本要求。
2.1.1电气强度
换流变压器在长期运行中，绕组需要承受住以下三种电压的作用，即大气过电压、操作过电压、长期工作电压。
大气过电压通常也叫雷电过电压。雷电通常一闪即逝，虽然作用时间较短，只有几至几十微秒，但电压却很高，可以达到1000kv以上，电流也很大，可达到100kA以上。假如雷电直接击在换流变压器上，换流变压器就会引起故障，甚至毁坏。因此，换流变压器是不能直接承受雷击的。
操作过电压就是电力系统中正常操作中出现的过电压，是一种衰减振荡波，持续时间较短。
长期工作电压，换流变压器在长期工作电压作用下，其绝缘不得有游离现象，更不得有局部放电或击穿发生。
2.1.2耐热强度
设备规范中对换流变压器的使用寿命规定了30年，换流变压器需要在工作电流产生的热作用下，绕组绝缘的使用寿命应不少于30年；
换流变压器在运行条件下，发生突然短路时，绕组应能承受住短路电流所产生的热作用而无损伤。
绕组绝缘长期运行的温度越低，绝缘老化越慢，使用寿命长，相反，换流变压器长期运行的温度越高，绝缘老化越快，使用寿命越短。
2.1.3机械强度
根据电磁原理可知，放在磁场里的载流导体，在电流和磁场的作用下，会产生电动力。
换流变压器受到短路电流的冲击，其电流可为正常额定电流的数倍至数十倍。电动力与电流的平方成正比，因此线圈所受到的电动力可为正常运行时的数十至数百倍，甚至更高。
当换流变压器突发短路时，对外侧绕组来讲，横向电动力使导线受到拉应力。如果拉应力过大，导线将被拉长，导致绕组变形，可能发生永久变形，导线匝绝缘也同时被拉长，最后以致导线匝绝缘破裂，形成匝间短路，将线圈烧坏；对内侧绕组来说，横向电动力使导线受压应力。内绕组内壁使用撑条支撑，压应力过大，两撑条间的导线作为受压力的梁因扭矩过大而将发生永久变形。
2.2铁心
铁心是换流变压器核心部件之一，是变压器的磁路和安装骨架。铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介。
换流变压器对清洁度要求很高，如果铁心上带有灰尘、油污、纤维等金属或非金属异物等杂物，当变压器运行时，在绕组电场的作用下，这些异物会在油中形成导电的小桥，可能导致铁心多点接地。金属异物也可能造成铁心短路而引起事故。铁心不清洁或有异物，还会影响整个变压器的绝缘性能，加速变压器油和绝缘物老化，从而降低变压器的使用寿命。
2.3主绝缘
换流变压器主绝缘是指绕组对它本身以外的其他结构部分的绝缘，包括它对油箱、铁心、夹件和压板的绝缘。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
换流变压器的主绝缘较普通变压器而言要采用更多的纸板，组成油—纸系统。其中的纸板不仅在交流场中承担分割油隙的功能；在直流场中，还有调节电阻分布，进而影响直流电场分布格局的作用。
绕组间的绝缘主要是分隔绕组间的大油隙，其绝缘结构已由厚纸筒大油隙发展为薄纸筒小油隙结构，绝缘设计的出发点也由击穿电压发展为无局构的最小击穿电压。薄纸筒小油隙结构在布置纸筒时，通常将出现最低击穿场强的较大油隙放在中间，靠近绕组油隙尽量采用小油隙，这样可以降低由于绕组制造过程中出现的不可避免的表面缺陷造成电场分布不均匀带来的风险。另外在满足机械强度要求的前提下，尽量减少纸筒的厚度，这样也可以使油中的场强有所降低。均匀的电场中场强与油隙的尺寸有关，油隙越小场强的许用值越高，换流变压器必须在最高电压下无局放来选择场强的许用值，才能保证主绝缘的可靠性。
2.4引线
换流变压器中的阀侧引线电场分布要比普通变压器中引线的电场分布复杂得多。另外，影响直流场分布的主要技术指标—绝缘材料的电阻率又受温度、湿度、电场强度及加压时间等诸多因素的影响而在很大范围内变化，增加了不稳定性。因此换流变压器的引线绝缘较普通变压器而言要采用更多的纸板，组成油—纸隔板系统。其中的纸板不仅在交流场中承担分割油隙的功能；在直流场中，还有调节电阻分布，进而影响直流电场分布格局的作用。此外，换流变压器中阀侧引线及其与套管相接处的绝缘设计是另一个设计难点，这些部位的绝缘结构十分复杂，介质种类多，影响电场分布的因素也较多。
3 提高换流变压器可靠性的措施
3.1 提高绕组可靠性措施
①减小导线的宽度；
②降低导体的电流密度；
③选用合理的结构形式；
④端部改变静电环的倒角尺寸，改善线圈端部电场分布。
3.2 提高铁心可靠性措施
①选用优质硅钢片；
②降低铁心磁通密度；
③优化设计铁心结构，采用合理的装配工艺。
3.3主绝缘可靠性措施
①采用薄纸筒小油隙；
②端部电场优化，避免场强集中；
③降低局放量，增大绝缘强度，加大可靠绝缘裕度。
3.4引线可靠性措施
①等位线连接采用防遗忘设计；
②优化场强分布，通过仿真，调整油纸绝缘分布；
③降低局放量，增大绝缘强度，加大可靠绝缘裕度。
4 结论
为了有效地提高换流变压器的可靠性，一方面从原材料出发，选用优质高导磁硅钢片，在设计、工艺和安装等诸多方面采取有效措施，另一方面从可靠性的措施着手，采取切实可行的措施，使换流变压器的可靠性提高，从而达到提高可靠性的目的，满足直流系统对换流变压器可靠性的要求。
参考文献：
[1] 蒋蓁.换流变压器出线装置绝缘结构分析[J]. 高压电器. 2011，47（3）：69-72出版社，1997.
[2] 赵畹君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3] 谢恒堃. 电气绝缘结构设计原理（下）[M]. 北京：机械工业出版社. 1993
作者简介：
巩跟盼（1985-），男，甘肃甘谷人，工程师，从事变压器及换流变压器设计制造研究工作。
马明元（1986-），男，河北邯郸人，工程师，从事变压器及换流变压器设计制造研究工作。
论文作者:巩跟盼,马明元
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：绕组论文; 可靠性论文; 铁心论文; 电场论文; 过电压论文; 场强论文; 引线论文; 《电力设备》2017年第20期论文;