HGÜ-Gleichrichtertransformatoren: Technische Merkmale

I. Positionierung der Ausrüstung

Der HGÜ-Umrichtertransformator ist eine Kernkomponente der Umrichterstation und verbindet das Wechselstromnetz mit den Thyristor-Umrichterventilen. Es wandelt die Wechselspannung auf das von den Ventilen benötigte Niveau um und sorgt gleichzeitig für elektrische Isolierung, Oberwellenunterdrückung, Ausgleich der magnetomotorischen Kräfte und Fehlerstrombegrenzung. Zu den Konfigurationen gehören Einzel--Brücken- und Doppel--Brücken-12-Puls-Setups; UHGÜ-Projekte nutzen ein duales 12-Puls-Reihenschaltungsschema.

II. Technische Kernmerkmale

1. Phasenverschiebende Wicklungsstruktur: Standard-12-Puls-Konfiguration zur Oberwellenminderung an der Quelle

1. Grundstruktur:Pro Pol sind zwei Stromrichtertransformatoren konfiguriert; Niederspannungswicklungen nutzen Dy11- bzw. Dd0-Verbindungen, wodurch eine Phasenverschiebung von 30 Grad entsteht, um eine 12-Puls-Gleichrichtereinheit zu bilden. Bei UHGÜ-Projekten wird durch die Reihenschaltung zweier 12-Puls-Einheiten eine Wirkung erzielt, die einem 24-Puls-System entspricht.
2. Oberwellenunterdrückung:Eliminiert vollständig charakteristische Harmonische niedriger -Ordnung (5. und 7.); Auf der Gitterseite verbleiben nur Harmonische höherer Ordnung (11., 13., 23. und 25.). Dadurch wird die erforderliche Kapazität der AC-seitigen Filterausrüstung erheblich reduziert, wodurch sich der Platzbedarf der Konverterstation und die Investitionskosten verringern.
3. Wicklungsdesign:Verfügt über unabhängige, geteilte Wicklungen auf der Ventilseite mit perfekt symmetrischen Magnetkreisen. Die Spannungsunsymmetrie wird streng auf 0,2 % kontrolliert, um eine ungleichmäßige Stromverteilung in den Wandlerventilen zu verhindern, die andernfalls zu einer Überlastung der Komponenten führen könnte.

2. Widerstandsfähigkeit gegenüber starker DC-Vorspannung; optimiertes Kerndesign für niedrige magnetische Flussdichte

1. Operative Herausforderungen:Asymmetrische Ventilzündung, einzelne -Brückenfehler und monopolarer Betrieb erzeugen kontinuierliche Gleichstromkomponenten. Unter diesen Bedingungen sind Standardtransformatoren sehr anfällig für Kernsättigung, übermäßiges Rauschen und Überhitzungsschäden.

2. Technische Lösung:

1. Der Eisenkern besteht aus hochqualitativen, verlustarmen-kalt{3}gewalzten Siliziumstahlblechen. Die magnetische Flussdichte wird erheblich reduziert, wodurch ein ausreichender Spielraum gegen magnetische Sättigung gewährleistet wird.
2. Wandlertransformatoren mit großer-Kapazität verwenden ein Kerndesign mit drei-Phasen und fünf-Schenkeln, sodass der harmonische Fluss der Nullfolge unabhängig zirkulieren kann, ohne die Hauptschenkel des Kerns zu durchlaufen.
3. Die magnetomotorischen Kräfte der Hoch--- und Nieder--Spannungswicklungen werden zwangsweise ausgeglichen, um den zusätzlichen Verlusten und Vibrationen entgegenzuwirken, die durch die magnetische Gleichstromvorspannung verursacht werden.

3. Design mit hoher Kurzschlussimpedanz zur Begrenzung der Auswirkungen von Kurzschlüssen auf der Ventilseite:

1. Impedanzbereich:Die Kurzschlussimpedanz für herkömmliche HGÜ-Gleichrichtertransformatoren liegt zwischen 12 % und 20 % und ist damit deutlich höher als die von Gleichrichtertransformatoren für den Verteilungs- oder Schienenverkehr.
2. Funktion:Im Falle eines Kurzschlusses im Ventilarm des Wandlers oder in der Gleichstromleitung begrenzt eine hohe Leckreaktanz den Spitzenkurzschlussstrom erheblich. Dies schützt Thyristoren und Spannungsausgleichs-Dämpfungsschaltkreise, reduziert die Anforderungen an die Abschalt- und Widerstandsfähigkeit von Wandlerventilableitern und Leistungsschaltern und erhöht die Fehlertoleranz des Systems.

4. Isolationssystem: Hält kombinierten AC/DC-Spannungen und steilen -Frontstoßspannungen stand:

HGÜ-Gleichrichtertransformatoren sind Wechselstrom mit Leistungsfrequenz, Gleichspannung im stationären Zustand, steilen Impulsüberspannungen aus der Thyristorkommutierung und Blitz-/Schaltstoßspannungen ausgesetzt, was zu komplexen Betriebsbedingungen für die Isolierung führt:
1. Die Hauptisolierung verwendet eine mehrschichtige Öl--Papier-Verbundstruktur mit abgestufter Abschirmung, um eine gleichmäßige elektrische Feldverteilung zu gewährleisten und lokale Feldstärkekonzentrationen zu verhindern.
2. Die Isolierung zwischen Windungen und Schichten der ventilseitigen Wicklung ist verdickt, um hochfrequenten, steilen{3}Frontimpulsen standzuhalten, die während der Kommutierung erzeugt werden.
3. Strenge Teilentladungsanforderungen: Teilentladungsstärke kleiner oder gleich 100 pC bei 1,5-facher Betriebsspannung, um sicherzustellen, dass es während des Langzeitbetriebs zu keiner Verschlechterung der Isolierung kommt.
Das Projekt nutzt ausschließlich eine in Öl-eingetauchte Struktur; Das Isolieröl bietet sowohl Isolierung als auch effiziente Wärmeableitungsfähigkeiten, wohingegen Geräte vom Trocken-typ die Isolierungs- und Wärmeableitungsanforderungen von UHV-Anwendungen (Ultra-Hochspannung) nicht erfüllen können.

5. Belastungsmerkmale: Langfristige unausgeglichene pulsierende Belastung; strenge Kontrolle zusätzlicher Verluste

1. Lasteigenschaften:Der Strom weist eine periodisch pulsierende Wellenform auf, die reich an Oberwellen ist und Wirbelstromverluste, Streuverluste und zusätzliche Erwärmung in metallischen Strukturbauteilen verursacht. Im monopolaren Systembetrieb ist die Belastung dauerhaft asymmetrisch.

2. Optimierungsmaßnahmen:

1. Metallkomponenten wie Tank, Spannrahmen und Verbindungsplatten verwenden schwach-magnetischen Stahl und eine magnetische Abschirmung, um harmonische Wirbelströme zu blockieren;
2. Für Wicklungen werden transponierte Leiter verwendet, um die Wirbelstromverluste der Wicklung deutlich zu reduzieren;
3. Die erzwungene gerichtete Ölzirkulationskühlung (ODAF/ODWF) sorgt für eine hohe Wärmeableitungseffizienz und unterstützt einen kontinuierlichen 24-Stunden-Volllastbetrieb mit Temperaturanstiegsgrenzen, die weitaus strenger sind als bei Standard-Leistungstransformatoren.

6. Spannungsregelung mit großem-Bereich zur Anpassung an AC/DC-Systemspannungsschwankungen

1. Spannungsregelungsmethode:Auf der Seite des Hochspannungsnetzes ist ein Laststufenschalter (OLTC) installiert, der einen Regelbereich von ±20 % oder mehr in Schritten von 1,25 % bietet.
2. Funktion:Echtzeit-Anpassung der ventilseitigen Leerlaufspannung als Reaktion auf Schwankungen der AC-Netzspannung oder Änderungen der DC-Übertragungsleistung; Dies stabilisiert die Zünd- und Löschwinkel der Konverterventile, sorgt für eine konstante Gleichstromübertragungsleistung und reduziert den Blindleistungsverbrauch.

7. Vibration, Lärm und Betriebsstabilität

Harmonische Ströme und DC-Vormagnetisierung verstärken Kernvibrationen und Geräusche; Zu den spezifischen Optimierungen der Ausrüstung gehören:
1. Der Kern nutzt vollständig Gehrungsverbindungen und einen ausgehärteten Banderolierungsprozess, um magnetostriktive Vibrationen zu minimieren;
2. Mehrschichtige Vibrationsdämpfungspolster-sind an der Unterseite der aktiven Teilbaugruppe installiert, um die Vibrationsübertragung auf den Tank zu isolieren.
3. An den Außenwänden des Tanks werden schalldämmende und vibrationsdämpfende Strukturen installiert, um die Grenzwerte für Umgebungslärm für Konverterstationen einzuhalten.

8. Anpassung an bipolaren Betrieb und Geräteredundanz

HGÜ-Systeme arbeiten typischerweise im symmetrischen bipolaren Modus; Im Falle eines einpoligen Fehlers muss der verbleibende Pol weiterhin mit 100 % Last betrieben werden. Eine SingleGleichrichtertransformatorkann die Last einer halben-Stange unabhängig tragen; Das Design überprüft den Temperaturanstieg, die Isolierung und die Kurzschlussfestigkeit bei voller monopolarer Leistung, um einen unterbrechungsfreien Betrieb bei Fehlerbedingungen sicherzustellen.

III. Wesentliche Unterschiede zu Gleichrichtertransformatoren für Industrie, Energiespeicherung und Schienenverkehr

IV. Zusammenfassung

Zu den Hauptmerkmalen, die Gleichrichtertransformatoren für die Gleichstromübertragung von anderen Gleichrichtergeräten unterscheiden, gehören:12-Pulsphasen-verschiebende Wicklungen, Strombegrenzung mit hoher Kurzschlussimpedanz, AC/DC-Öl-Papier-Kompositisolierung, niedrige magnetische Flussdichte zum Schutz vor Gleichstromvorspannung, erzwungene Ölzirkulationskühlungund eine große Auswahl an Laststufenschaltern. Spannung, Kapazität, Isolationsklasse und Fehlertoleranz der Geräte entsprechen den höchsten Standards für Energiegeräte. Herkömmliche Industriehersteller können nur Niederspannungs-Gleichrichtertransformatoren herstellen; Hochspannungs-DC-Wandlertransformatoren erfordern umfassende Forschungs- und Entwicklungs- und Fertigungskapazitäten für Ultrahochspannungstransformatoren.