变电站变压器解释

　　变电站在处理从发电到配电所消耗的电力方面发挥着重要作用。它们还确保电力被转换和转换以满足不同的电力需求。变压器用于各种功能以有效地实现这一目标。本文探讨了变电站中使用的变压器类型及其在电力处理中的作用。
　　变电站电力变压器
　　电力变压器通过升高或降低高压来降低或升高电网电压。这些变压器通过确保传输电压为 345 kV 及以上并以 11 kV、33 kV 或 66 kV 分布，确保配电和传输中焦耳热造成的损耗。较低的配电电压可用于住宅用途，而较高的电压则保留用于保护地和工业配电网络。

　高压变电站示意图。提供为了更好地理解变电站功率变换的内部工作原理，通过考虑变压器匝数比 (N)，使用电压变换方程来评估功率。电压变换方程比较变压器初级和次级绕组中的电压与匝数之比，并通过以下公式确定：V1V2=N1N2　

　其中 N 是初级绕组 (N 1 ) 和次级绕组 (N 2 ) 之间的匝数比。

　　计算示例： 考虑一个升压变压器，它将变电站的电压从 11 kV（初级）增加到 220 kV（次级）。次级绕组的匝数比可以轻松评估，如下所示。
　　解： 计算匝数比，其中N=\frac{V_{1}}{V_{2}

　　N=V1V2=220,00011,000=20　　

   因此，次级绕组的匝数比是初级绕组的20倍。

　　为了更好地可视化次级电压 (V 2 ) 和匝数比 (N)之间的关系，请考虑下面的变压器电压变换图，其中初级电压为 11 k V，次级电压随着匝数比的增加而稳定上升。

　　图2 . 该图显示了升压变压器中 11,000 V 的变压电压以及输出电压与匝数比的关系。图片由 Bob Odhiambo 提供电力变压器并非都完全高效，因为与磁滞和涡流相关的铜芯和铁芯会产生功率损耗。变压器铜绕组中的电阻会造成铜损，因为部分能量会转化为热量，这种损耗可以通过数学方法进行评估，如下式所示：　P铜=I2p\乘以Rp+I2s\乘以Rs　

　对于磁滞和涡流引起的损耗，铁损方程可使用以下公式进行计算：

　　P铁=Vp×I负载　

　变电站整流变压器

　　为了限度地减少电力传输损耗，变电站配备了整流变压器，可将高压交流电 (AC) 转换为高压直流电 (HVDC)。设计HVDC 系统时，需要考虑整流变压器技术、额定功率和电压等级。整流技术使用线换向转换器 (LCC) 和电压源转换器 (VSC) 等转换器，它们在 HVDC 系统中的电力整流中发挥着独特的作用。

　　在 LCC 的基本配置中，高压交流电到直流电的转换是使用晶闸管桥中配置的晶闸管完成的。晶闸管的换相是通过交流电的自然过零来实现的，这使得其控制灵活性较差。该转换器适用于互连异步交流系统并处理长距离电力传输。为了确定转换器的终直流输出电压，我们可以使用以下公式对其进行数学评估，其中 (V AC ) 表示交流线路中的电压。　VDC=√3×VAC　

 　LCC 功率转换器中的其他重要参数是转换器电流 (I conv ) 和终的整流器功率 (P rect )。这些参数可以使用以下公式确定，其中交流线路中的电流由 (I AC )确定。

　

Iconv=2π×IACIconv=2π×IAC

Prect=√3×IAC×VAC

　　图3 . LCC 波形图显示具有不同换向点的正弦电压和电流。图片由 Bob Odhiambo 提供与 LCC 不同，VSC 可以通过使用绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 来控制直流的方向和幅度，从而通过将可再生能源整合到电网中，为有功功率和无功功率的控制增加更大的灵活性。在 VSC 中，交流线路电压等于直流电压。交流线路电流也等于转换器电流，如下所示：
　　

VDC=VACVDC=VAC

Iconv=VAC

　　VCS 中的转换器功率使用以下公式进行评估：

　　Pconv=√3×VAC×IAC　

   　图 4.VSC 波形图显示了更平滑的电压和电流波形，展示了其受控和连续运行。图片由 Bob Odhiambo 提供移相变压器

　　为了稳定可靠的电网，变电站可以使用移相变压器（PST）通过控制潮流的相位角来管理电力传输。PST 还可以调节变电站的电压，进一步改善电压分布。PST 通常用于连接异步电网系统和高压直流输电系统，并控制交流和直流系统之间的功率流。
　　PST 通过使用抽头充电器调节变压器的匝数比来实现潮流控制。因此，可以使用确定新电压（Vout，新）的分接充电器调整公式来评估相位角调整V

　Vout,new=N转数,newN转数,原始×Vout,原始　　

   通过考虑发送端和接收端电压、它们的相角差 ( ) 以及传输线的电抗 (X) 来计算潮流。因此，功率流的计算公式如下：

　

P调整=V发送×V接收×sinsin(θ+Δθ)XP调整=V发送×V接收×sinsin(θ+Δθ)X

　　其中相位角差用 (Δ) 表示。

　　仪器变压器
　　在变电站中，准确读取系统中的功率流动至关重要。但电压过高时无法读数，可能损坏测量仪器；这就是仪器变压器发挥作用的地方。这种类型的变压器将变电站的高压和电流水平降低到保护装置和测量仪器可以测量的更安全水平。电压互感器 (VT)，也称为电压互感器 (PT) 和电流互感器 (CT) 是互感器的两种主要类型。
　　CT 旨在通过降低电源线中的电流来测量变电站中的高电流。利用电磁感应原理可以获得准确的读数。这种类型的变压器在初级绕组和电源线之间并联连接。次级绕组连接到测量仪器和保护继电器，电流减少量取决于次级绕组和初级绕组之间的匝数比。这使得 CT 适用于检测电力线和计量应用中的过流。
　　当 CT 暴露于较高水平的初级电流时，其磁芯会饱和。CT 饱和会导致错误读数，影响计量测量的整体精度。为了解决 CT 饱和造成的偏差，使用称为精度限制因子 (ALF) 的参数进行量化和正确调整。ALF 表示为流过次级绕组的实际电流与 CT 额定次级电流的比值，其计算公式如下：A L F = I实际额定值
　　与使用电流进行测量的 CT 不同，VT 或 PT 测量高压线路中的电压，也可用于继电保护电路。VT 将电压降低到安全水平，并且与 CT 一样，使用电磁感应，其中初级绕组连接到高压源，而次级绕组连接到保护继电器和测量仪器。与 CT 一样，VT 也用于计量和保护目的，可以检测电源线中的电压异常。
　　关于 VT 的精度，饱和度和不正确的负载阻抗等方面可能会导致电压测量不准确或非线性。为了量化实际变压器变比与额定变比之间的误差

　　变电站变压器要点
　　随着变压器技术的发展，工程师采用不同类型来解决各种电力工程问题。变电站使用的变压器是自适应的。互感器在测量和继电保护中占有一席之地，而电力变压器则是在此类电站中升高和降低高电压和电流的基础。