Большой силовой трансформатор постоянного тока

Опубликовано: 11 Апрель 2014

Большой силовой трансформатор высокого напряжения постоянного тока
Трансформатор на 800 000 вольт для сети передачи постоянного тока высокого напряжения. Основой системы передачи электроэнергии являются десять трансформаторов, рассчитанные на напряжение в 800 кВ. Каждый из них размером с дом, и весит 350 тонн. На фотографии показан первый готовый к отправке трансформатор на 800 кВ, проходящий электрические испытания на заводе Siemens в Нюрнберге (Германия).

Ключевой компонент

            Трансформаторы высокого напряжения постоянного тока являются ключевыми компонентами станций высокого напряжения постоянного тока.
Станции высокого напряжения постоянного тока осуществляют прямое и обратное преобразование между переменным и постоянным током и представляют собой оконечными устройствами линий передачи постоянного тока на большие расстояния, или подводных кабелей постоянного тока. Трансформаторы данного типа осуществляют связь сетей электропередачи переменного тока, с мощными выпрямителями. Они используются для управления током нагрузки в линиях передачи постоянного тока. Эти устройства адаптируют напряжение линии переменного тока к уровню, подходящему для подачи в систему прямого и обратного преобразования постоянного тока.

Варианты конструкции

            Концепции, лежащие в основе конструкции трансформаторов высокого напряжения постоянного тока, в основном, определяются требуемым напряжением, мощностью, требованиями к перевозке, такими, как размеры, вес и способ транспортировки. Большинство крупных станций преобразования высокого напряжения постоянного тока располагаются в сельских районах, не имеющих развитой инфраструктуры.
Часто, для того, чтобы было возможно перевозить такие трансформаторы по железной дороге, необходимо обеспечить выполнение ограничений, связанных со специальными геометрическими профилями.

 

Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения

Рисунок 1. Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения ± 800 кВ, 6 400 МВ, 2 071 км: одна фаза; 
Параметры трансформатора: переменный ток: 550 кВ, постоянный ток: 816 кВ мощность: 321 МВА; высокочастотная Y-образная система намотки

 

            Обычно, трансформаторы высокого напряжения постоянного тока являются однофазными устройствами, содержащими две обмотки. Это могут быть или две параллельных вентильные обмотки (обе дельтаобразные, или обе Y-образные, как показано на рисунке 1), или две различных вентильные обмотки (одна дельтаобразная, и одна Y-образная, как показано на рисунке 2).
Для снижения общего веса при транспортировке, в сборку магнитопровода часто включаются два обратных выхода.

Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока высокого напряжения ± 500 кВ

Рисунок 2 Преобразовательный трансформатор для двухполюсной системы передачи постоянного тока высокого напряжения ± 500 кВ; 2,500 МВ одна фаза.
Параметры трансформатора: переменный ток 420 кВ, постоянный ток 515 кВ, мощность 397 МВА, Y-образная система (слева на рисунке), и дельтаобразная система (справа на рисунке)

            Благодаря требованиям избыточности, на станциях постоянного тока высокого напряжения трехфазных устройства применяются довольно редко.
Так как вентильные обмотки подвергаются диэлектрическим нагрузкам постоянного и переменного тока, то необходима специальная изоляционная сборка. Более того, для того, чтобы выдержать напряжения постоянного тока выпрямителя необходимо устанавливать специальную систему отведений, соединяющую турели с обмотками.
Помимо этого, ток нагрузки имеет гармонические составляющие, обладающие значительной энергией, что приводит к повышенным потерям энергии и увеличении шума.
Наконец, необходимы специальные проходные изоляторы со стороны вентилей, чтобы получить доступ извне к верхним и нижним выводам каждой обмотки. Поэтому, и для звездообразной (Y-образной) и для дельтаобразной системы используются два идентичных проходных изолятора.
Для утверждения соответствующей конструкции и качества изготовления, должны быть выполнены специальные тесты с использованием постоянного тока прямой и обратной полярности. Тестовый отсек должен быть оборудован соответствующей аппаратурой испытания постоянного тока, и должен обеспечивать адекватную геометрию, чтобы выдержать тестовое напряжение постоянного тока.

Технические элементы

При проектировании трансформаторов высокого напряжения постоянного тока, помимо стандартных параметров силовых трансформаторов, необходимо учитывать и требования к специальному функционированию.
Такие параметры определяются совместно проектировщиками станций высокого напряжения постоянного тока, и разработчиками трансформатора, с тем, чтобы обеспечить эффективную с точки затрат конструкцию всего оборудования.
К специальным параметрам относятся:
– Требования к изоляционной сборке трансформатора определяются уровнями тестирования, применяемым постоянным током прямой и обратной полярности, продолжительные параметры переменного тока.
– Гармонический спектр тока нагрузки и соотношения фаз порождают дополнительные потери, которые следует компенсировать схемами охлаждения.
– На размеры обмоток, и на общую высоту трансформатора оказывает влияние импеданс напряжения.
– Для устранения шума и потерь, связанных с нагрузкой, необходимо учитывать подмагничивание постоянным током в нагрузке, токе и нейтральной схеме трансформатора.
– Производная тока нагрузки (di/dt) является ключевым параметром для работы переключателя выходных обмоток под нагрузкой.
– Для определения параметра схемы охлаждения и мощности охладителей следует учитывать требования нагрузки.
– Ключевым параметром конструкции трансформатора является регулировка величины и количества шагового влияния напряжения на виток обмотки.
– Для расчета механической прочности турелей, выходов и проходных изоляторов, необходимо принимать во внимание сейсмические требования.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки:

Оставить отзыв