หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ใน HVDC: ศูนย์กลางที่เชื่อมต่อกริด AC กับการส่งสัญญาณ DC

หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์เป็นส่วนประกอบเดียวในจุดเชื่อมต่อ HVDC ที่อยู่ระหว่างกริดไฟฟ้ากระแสสลับและวาล์วคอนเวอร์เตอร์ มันไม่ใช่ก หม้อแปลงไฟฟ้า ที่มีชื่อแตกต่างกัน: จะต้องรอดพ้นจากความเครียดของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงรวมกัน การทำให้แม่เหล็กกระแสตรงด้านวาล์วล่วงหน้า และการทำความร้อนฮาร์มอนิกที่หน่วยมาตรฐานไม่เคยได้รับการออกแบบมา

ความแตกต่างดังกล่าวคือประเด็นสำคัญของบทความนี้ คำอธิบายส่วนใหญ่ของหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์อธิบายถึงสิ่งที่พวกเขาทำ - แรงดันไฟฟ้าขั้นตอน, เฟสกะ, แยก อธิบายน้อยลงว่าทำไมหน่วยที่สร้างขึ้นสำหรับกฎเกณฑ์ของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังจึงล้มเหลวอย่างเงียบๆ ในสถานี HVDC ความเครียดพิเศษสามประการด้านล่างนี้ไม่ใช่คุณสมบัติที่จะโฆษณา มันเป็นโหมดความล้มเหลวที่ข้อกำหนดของผู้ซื้อจะต้องกำหนดงบประมาณไว้อย่างชัดเจน หรือสถานีจะจ่ายเงินให้พวกเขาในภายหลังในสนาม

งานที่ Transformer อื่นทำไม่ได้

ลิงค์ HVDC มีปลายสองด้าน ที่จุดสิ้นสุดการส่งสถานีคอนเวอร์เตอร์จะทำหน้าที่เป็น ตัวเรียงกระแส โดยเปลี่ยน AC เป็น DC; ที่ปลายรับสัญญาณ สถานีที่สองจะทำหน้าที่เป็น อินเวอร์เตอร์ โดยจะหมุนกลับ หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ตั้งอยู่ที่ปลายแต่ละด้าน ระหว่างบัสบาร์ AC และสะพานวาล์ว ซึ่งเป็นสแต็คของไทริสเตอร์หรือ IGBT ที่ทำการแปลงจริง

ฟังก์ชันสามประการตกเป็นของเครื่องจักรเครื่องเดียวที่หม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไปไม่เคยทำงาน:

• การแยกกัลวานิก ระหว่างระบบไฟฟ้ากระแสสลับและศักย์ไฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าตรงจึงไม่สามารถเดินกลับเข้าไปในโครงข่ายได้

• การเปลี่ยนเฟส — คอนเวอร์เตอร์ถูกสร้างขึ้นเป็นคู่ โดยมีดาวหนึ่งดวงที่เชื่อมต่อกันด้วยขดลวด (ไวย์) และอีกดวงหนึ่งเดลต้า โดยให้การเลื่อน 30 องศา โดยให้ทั้งสองซีกสร้างสะพาน 12 พัลส์และยกเลิกฮาร์โมนิคต่ำสุด

• การแปลงแรงดันไฟฟ้าที่จับคู่กับวาล์ว ไม่ใช่กับก๊อกกริดแบบตายตัว

หม้อแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดาจะมองเห็นรูปคลื่นกระแสสลับที่สะอาดตลอดอายุการใช้งาน หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์มองเห็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ความต่างศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงคงที่จากวาล์ว และสเปกตรัมฮาร์มอนิกที่สมบูรณ์ ทั้งหมดนี้ในคราวเดียวบนขดลวดเดียวกัน ประโยคเดียวนั้นอธิบายข้อกำหนดพิเศษทุกประการที่ตามมา

ความเครียด 1: สนามไฟฟ้า AC/DC รวม

ที่ด้านวาล์ว ขดลวดจะไม่ได้รับความเค้นจากไฟฟ้ากระแสสลับเพียงอย่างเดียว โดยมีการซ้อนทับของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้งาน, ศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงที่กำหนดโดยตัวแปลง และปริมาณฮาร์มอนิกของกระแสไฟฟ้าที่แปลงแล้ว ฉนวนต้องยึดไว้ภายใต้สนามผสมซึ่งไม่เทียบเท่ากับการออกแบบเฉพาะไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น

ผลที่ตามมาในทางปฏิบัติจะปรากฏในการทดสอบ หม้อแปลงไฟฟ้าคอนเวอร์เตอร์ผ่านการรับรองด้วย การทดสอบความทนทานต่อ AC และ DC รวมไปถึงการทดสอบการกลับขั้ว (ครอบคลุมภายใต้ IEC 61378-2 สำหรับหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ HVDC) ไม่ใช่เพียงการทดสอบความทนทานต่อ AC และแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำของ IEC 60076 เท่านั้นที่เข้าเกณฑ์หม้อแปลงไฟฟ้าทั่วไป การกลับขั้วมีความสำคัญเนื่องจากขั้วไฟฟ้ากระแสตรงที่วาล์วสามารถย้อนกลับได้ระหว่างการทำงาน ระบบฉนวนที่ได้รับการตรวจสอบกับขั้วคงที่เท่านั้นสามารถพังทลายได้เมื่ออคติพลิกกลับ

หน่วยที่สร้างขึ้นโดยมีอัตราส่วนฉนวนแข็งที่สูงกว่าซึ่งความต้องการความเค้นแบบผสมนี้จะมีส่วนแบ่งของอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งมากกว่าหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับที่เทียบเคียงได้ บทเรียนสำหรับผู้เขียนข้อมูลจำเพาะ: หากเอกสารระบุเฉพาะความทนทานต่อ AC ขดลวดวาล์วก็มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับโลกที่ไม่มีวันทำงาน และความล้มเหลวที่แท้จริงได้รับการออกแบบก่อนที่ประตูโรงงานจะปิด

ความเครียด 2: พรีแมกเนติก DC ฝั่งวาล์ว

ศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ฝั่งวาล์วไม่ได้อยู่แค่บนฉนวนเท่านั้น นอกจากนี้ยัง ทำให้แกนแม่เหล็กมีอคติ โดยผลักจุดปฏิบัติการออกจากวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบสมมาตร ผลลัพธ์ที่ได้คือความหนาแน่นของฟลักซ์ที่เปลี่ยนไป ปริมาณฮาร์มอนิกคู่ที่เพิ่มขึ้นในกระแสแม่เหล็ก เสียงรบกวนที่ได้ยินมากขึ้น การสูญเสียการหลงทางเพิ่มเติม และในกรณีที่เลวร้ายที่สุด การกระตุ้นมากเกินไปจนไม่มีขนาดขอบการออกแบบเฉพาะ AC เท่านั้นที่จะดูดซับ

นี่เป็นกลุ่มความล้มเหลวที่แตกต่างจากการโอเวอร์โหลด แกนของหม้อแปลงมาตรฐานได้รับการออกแบบโดยใช้ฟลักซ์สลับแบบสมมาตร ไม่มีข้อกำหนดในการทนต่ออคติ DC แบบยืน ต้องระบุอัตราฟลักซ์ฟลักซ์ของหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์และโครงสร้างแกนเทียบกับกำลังแม่เหล็กกระแสตรงที่คาดหวังไว้ มิฉะนั้นหน่วยจะมาถึงอย่างมีประสิทธิภาพบนกระดาษและมีเสียงดัง สูญเสีย และด้อยค่าในการให้บริการ

ข้อกำหนดจะต้องระบุสิ่งนี้อย่างชัดเจน 'หม้อแปลงไฟฟ้า บริการ HVDC' ยังไม่เพียงพอ เอกสารควรต้องมีการตรวจสอบความทนทานต่อ DC-bias และตั้งชื่อส่วนต่างของความหนาแน่นฟลักซ์ที่แกนกลางจะต้องคงไว้ภายใต้ศักยภาพในการยืนของวาล์ว

ความเครียด 3: การทำความร้อนแบบฮาร์มอนิกและคู่แบบ 12 พัลส์

การแปลงไม่เป็นไซน์ ตัวแปลงจะดึงกระแสที่มีฮาร์โมนิคลำดับที่ 5, 7, 11 และ 13 และอื่นๆ อีกมากมาย การเปลี่ยนเฟสแบบสตาร์/เดลต้า 30 องศาระหว่างครึ่งหนึ่งของหม้อแปลงสองตัวจะยกเลิกส่วนที่ 5 และ 7 ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม HVDC จึงใช้การจัดเรียงแบบ 12 พัลส์ แทนที่จะเป็นบริดจ์ 6 พัลส์เดี่ยว แต่ส่วนประกอบลำดับที่ 11, 13 และลำดับที่สูงกว่ายังคงอยู่ได้ และพวกมันสะสมทองแดงเพิ่มเติมและการสูญเสียที่หลงทางตรงที่แบบจำลองความร้อนพื้นฐานเพียงอย่างเดียวบอกว่ามีพื้นที่ว่าง

การสูญเสียที่หลงทางเหล่านั้นมุ่งไปที่ปลายที่คดเคี้ยว โครงสร้างตะกั่ว และผนังถัง ซึ่งเป็นสถานที่คลาสสิกของจุดยอดนิยมในท้องถิ่น ระบบทำความเย็นที่มีขนาดตั้งแต่พิกัด MVA และโหลดพื้นฐานเพียงอย่างเดียวจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่าสเปกตรัมฮาร์มอนิกจริง การออกแบบการระบายความร้อนจะต้องได้รับการประเมินโดยเทียบกับการสูญเสียฮาร์มอนิก ไม่ใช่แผ่นป้ายชื่อ

สำหรับผู้ซื้อ นี่คือกับดักการจัดซื้อจัดจ้างที่ซ่อนอยู่ในสายตาธรรมดา: หม้อแปลงที่ยอมรับในการทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิความถี่พื้นฐานยังคงสามารถทำงานได้ร้อนภายใต้กระแสไฟฟ้าที่แปลงแล้ว แผนการทดสอบการยอมรับควรรวมการประเมินการสูญเสียภายใต้เนื้อหาฮาร์มอนิกที่เครื่องจะดำเนินการจริง

หม้อแปลงแปลงไฟ กับ หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: สิ่งที่หน่วยมาตรฐานไม่สามารถทำได้

เงื่อนไข	หม้อแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดา	หม้อแปลงไฟฟ้าคอนเวอร์เตอร์ (HVDC)
ความเค้นแรงดันไฟฟ้าบนวาล์ว/ขดลวดทุติยภูมิ	AC บริสุทธิ์ สมมาตร	AC ซ้อนทับ + DC ยืน + ฮาร์โมนิค
การกระตุ้นหลัก	ฟลักซ์การสลับแบบสมมาตร	ฟลักซ์กระแสสลับบวกกับอคติพรีแมกเนติกไนเซชั่นของกระแสตรง
พื้นฐานการสูญเสียสำหรับการทำความเย็น	โหลดความถี่พื้นฐาน	พื้นฐาน บวก การสูญเสียฮาร์มอนิกสเปกตรัม
บทบาทการเปลี่ยนเฟส	ไม่มี (ความถี่กริดเท่านั้น)	คู่สตาร์/เดลต้าช่วยให้สามารถทำงานแบบ 12 พัลส์ได้
สัดส่วนฉนวน	ส่วนผสมของแข็ง/ของเหลวมาตรฐาน	ส่วนแบ่งฉนวนแข็งที่สูงขึ้นอย่างมาก
การทดสอบที่มีคุณสมบัติเหมาะสม	IEC 60076 AC ทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ	IEC 61378-2 ทนทานต่อ AC/DC และ การกลับขั้ว

ตารางนี้เป็นคำตอบที่สั้นที่สุดสำหรับ 'เราจะใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใหญ่กว่านี้ไม่ได้หรือ' — ไม่ เพราะความเครียดที่หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ต้องคงอยู่นั้นไม่มีอยู่ในพื้นฐานการออกแบบของหน่วยมาตรฐานเลย

สิ่งที่ข้อกำหนดต้องกล่าว

ข้อกำหนดการจัดซื้อสำหรับหม้อแปลงแปลง HVDC ควรต้องการหลักฐาน ไม่ใช่คำคุณศัพท์:

1. การทดสอบความเครียดแบบรวม — ตั้งชื่อการทดสอบความทนทานต่อ AC/DC และการทดสอบการกลับขั้วตาม IEC 61378-2 ไม่ใช่เฉพาะการทดสอบ AC ของ IEC 60076 เท่านั้น

2. ความทนทานต่ออคติ DC — ต้องมีการตรวจสอบพฤติกรรมของแกนภายใต้ศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ยืนอยู่ของวาล์ว โดยมีค่าเผื่อความหนาแน่นฟลักซ์คงที่ตามที่ระบุไว้

3. การประเมินการสูญเสียฮาร์มอนิก — ระบุว่าการทำความเย็นและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิได้รับการตรวจสอบโดยเทียบกับสเปกตรัมฮาร์มอนิกที่คาดหวัง ไม่ใช่ปัจจัยพื้นฐานเพียงอย่างเดียว

4. การจับคู่อิมพีแดนซ์และคู่ 12 พัลส์ - ระบุการจัดเรียงแบบสตาร์/เดลต้า และค่าพิกัดความเผื่ออิมพีแดนซ์ที่แน่นตลอดต๊าป (IEC 61378-2 จำกัดการแปรผันของอิมพีแดนซ์ ดังนั้นทั้งสองซีกจึงยกเลิกฮาร์โมนิคตามที่ออกแบบไว้)

5. ระดับฉนวนด้านข้างวาล์ว — กำหนดการประสานงานของฉนวน รวมถึงแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวจากฟ้าผ่า และการสลับที่ทับบนไบอัส DC

6. แพ็คเกจการทดสอบจากโรงงาน — ต้องใช้บันทึกการทดสอบแรงดันไฟฟ้ารวม ผลการกลับขั้ว และหลักฐานการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโหลดฮาร์มอนิกเพื่อจัดส่งพร้อมกับเครื่อง ดังนั้นการยอมรับไซต์ถือเป็นการยืนยัน ไม่ใช่การค้นพบ

หลักฐานหกบรรทัดแยกหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ที่มีคุณสมบัติสำหรับบริการ HVDC ออกจากหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่ติดป้ายชื่อที่ถูกต้อง

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้าต่างกันอย่างไร? ตอบ: หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังจัดการกับรูปคลื่นกระแสสลับที่สะอาด หม้อแปลงไฟฟ้าคอนเวอร์เตอร์เชื่อมกริด AC และวาล์วคอนเวอร์เตอร์ ดังนั้นขดลวดด้านข้างวาล์วจึงมีแรงดันไฟฟ้า AC และ DC รวม ความลำเอียงของแกน DC และกระแสฮาร์มอนิก - ความเครียดขาดจากพื้นฐานการออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้า

ถาม: เหตุใดหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์จึงต้องมีการทดสอบการกลับขั้ว ตอบ: ศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงที่วาล์วสามารถย้อนกลับได้ระหว่างการทำงาน ระบบฉนวนที่ได้รับการตรวจสอบที่ขั้วคงที่เท่านั้นอาจล้มเหลวได้เมื่ออคตินั้นพลิกกลับ ดังนั้น IEC 61378-2 จึงกำหนดให้ต้องมีการทดสอบการกลับขั้วซึ่งหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับมาตรฐานไม่เคยเผชิญหน้ากัน

ถาม: หม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์ลดฮาร์โมนิคได้อย่างไร ตอบ: พวกมันถูกสร้างขึ้นเป็นคู่สตาร์/เดลต้าซึ่งมีการเปลี่ยนเฟส 30 องศา กลายเป็นสะพาน 12 พัลส์ที่จะยกเลิกฮาร์โมนิคที่ 5 และ 7 ฮาร์โมนิคที่มีลำดับสูงกว่ายังคงอยู่และต้องได้รับการจัดการในการออกแบบระบายความร้อน

ถาม: หม้อแปลงไฟฟ้ามาตรฐานสามารถใช้ภายในสถานี HVDC ได้หรือไม่ ตอบ: ไม่ได้อยู่ที่ด้านคอนเวอร์เตอร์ ความเครียด AC/DC แบบผสม การทำให้แม่เหล็กไฟฟ้า DC ล่วงหน้า และการให้ความร้อนฮาร์มอนิกอยู่นอกกฎเกณฑ์ของหม้อแปลงไฟฟ้า เฉพาะหน่วยที่มีคุณสมบัติตาม IEC 61378-2 เท่านั้นที่อยู่ระหว่างบัส AC และวาล์ว

ถาม: มาตรฐานใดครอบคลุมถึงหม้อแปลงแปลง HVDC ตอบ: IEC 61378-2 ควบคุมหม้อแปลงคอนเวอร์เตอร์สำหรับการใช้งาน HVDC รวมถึงข้อกำหนดความทนทานต่อ AC/DC การกลับขั้ว และความทนทานต่ออิมพีแดนซ์ที่แยกความแตกต่างจากหม้อแปลงไฟฟ้า IEC 60076

ซื้อกลับบ้าน

ก หม้อแปลงแปลง เป็นจุดที่กริดไฟฟ้ากระแสสลับและดีซีลิงค์หยุดแยกระบบและมาบรรจบกันจริง โดยจะได้รับบทบาทดังกล่าวก็ต่อเมื่อข้อกำหนดระบุชื่อทั้งสามที่เน้นว่าหม้อแปลงไฟฟ้าไม่เคยพบเห็น — สนาม AC/DC รวม, แม่เหล็กไฟฟ้ากระแสตรงล่วงหน้า และการให้ความร้อนแบบฮาร์โมนิค — และพิสูจน์ด้วยการทดสอบที่ถูกต้อง ระบุว่าเป็นหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่มีพิกัดพิเศษ และสถานีรับช่วงความล้มเหลวที่ได้รับการออกแบบในโรงงาน ระบุสิ่งที่เป็นจริง และฮับที่เชื่อมต่อกริดทั้งสองจะยังคงทำงานที่เงียบและไม่สามารถย้อนกลับได้