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摘 要：针对高压直流输电（HVDC）换流变压器的阀侧换流器产生大量谐波电流，导致过量谐波电流流过换流变压器绕组，使铁心由于谐波磁通过大而过饱和，引发换流变压器的铁心和绕组剧烈振动问题，对新型换流变压器绕组在谐波条件下的电磁振动进行理论研究。首先，基于三绕组变压器理论并考慮特征次谐波，求解新型换流变压器各绕组电流与负载电流的变换关系;然后，利用虚位移法求解绕组受到的电磁力，建立绕组及相应铁心的3-D有限元（FEM）模型，通过瞬态求解最终得到其电磁振动特性。最后，测试变压器的绕组振动，通过对比实测振动和有限元计算结果验证计算的可靠性。研究结果显示，感应滤波技术对绕组电磁振动的抑制效果显著。
关键词：绕组振动;电磁力;换流变压器;谐波抑制;高压直流输电
中图分类号：TM 761
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2019）07-0087-11
Abstract：Nonlinear loads in valve side of highvoltage direct current（HVDC） converter transformer produces a mass of harmonic currents， and DC magnetic bias phenomena also affects the converter transformer. As a result， harmonic currents in the windings and harmonic flux in the core of converter transformer increases， which leads to more serious vibration of windings and core. It has become a new problem in HVDC project. Winding electromagnetic vibration of a new converter transformer considering harmonic currents was studied. Transformation matrices from load currents to windings′ currents were proposed and the electromagnetic forces of windings were calculated by Lagrange′s theorem. The 3-D finite element method（FEM） model of windings and core was established. Finally， the windings′ vibration characteristics were determined by computing the FEM model with transient dynamic analysis method. Finally， the windings′ vibration was tested， and the experimental data verified the correctness of the FEM simulation. The result reveals that the new HVDC converter transformer can suppress the windings′ vibration.
Keywords：winding vibration; electromagnetic forces; converter transformer; harmonic suppression; highvoltage direct current transmission
0 引 言
特高压电网是我国智能电网的骨干网架，输变电工程能否保证环境友好越来越受到关注。随着高压直流输电（highvoltage direct current， HVDC）工程的大力建设，振动噪音过大的问题开始凸显[1-2]。实践表明，换流变压器、滤波器组和平波电抗器是直流输电换流站的噪音来源，而换流变压器的绕组和铁心发出的噪音尤为严重。目前广泛采用三种方法来降低换流变压器噪音[3-4]：1）采用新型的铁心材料，使铁心运行在低磁通量之下，降低铁心过饱和的可能。在油箱内部装设阻尼装置，避免发生共振。合理设计绕组使其阻抗公差降低、装配过程中严控制造误差、使用低噪声风扇散热等;2）采用组装可移动式通风降噪装置，装置放置于换流变压器前方，在装置顶部朝噪音源方向配置小角度的挑檐式隔音吸音遮板。该隔音吸音遮板同样也装设于两侧防火墙顶部。此外在阀厅厂房墙和防火墙的墙体上配置吸音体。该方案可有效降低噪音量10～20 dB;3）采取“Boxin”方案。利用防火墙和阀厅厂房墙体，在换流变压器四周和顶部搭建隔音吸音遮板，这样隔音吸音遮板可完全将换流变压器密闭在隔音吸音屏障内部。此方案效果较好，噪音量可降低30 dB以上，但治理成本和带来的副作用也是很大的。
换流变压器造价不菲，制造工艺繁复，是直流输电系统中换流的关键设备，其运行的稳定性关系到整个换流站的可靠运行。值得注意的是，换流变压器与大型电力变压器的结构基本相同，但是同等容量换流变压器的噪音要远远大于电力变压器的噪音[5-6]，二者主要差别在于换流变压器绕组电流和铁心磁通有较大的谐波和直流含量。换流变压器噪声严重超标的主要原因是由换流器产生大量谐波电流以及直流偏磁现象引起的直流偏置[7-8]。如果能对换流变压器绕组的谐波电流进行抑制，则可有效减弱绕组的电磁振动，达到对噪声源削弱的作用。