换流变压器的“心脏”发热怎么办？这项研究给特高压安全上了双保险

你可能不知道，在庞大的换流变压器里，有一个小小的部件叫“有载分接开关”，它的作用就像变压器的“变速箱”——通过切换不同的电压挡位，来精准调节输出电压，确保直流输电系统稳定运行。但每次换挡时，都有一个叫“过渡电阻”的元件会短暂地承受巨大的电流冲击，瞬间产生高温。如果温度过高，就可能烧坏设备，甚至引发大事故。

输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学）、中国电力科学研究院有限公司的高煜、赵学童等研究者，专门针对这个过渡电阻的温升问题做了深入探究。他们用仿真软件还原了真实工况下的温度变化，并通过实验验证，为特高压直流输电的安全运行提供了宝贵的理论指导。

换流变压器是直流输电的“枢纽”，连接着交流电网和换流阀。而有载分接开关则是它内部最关键的部件之一——通过切换调压线圈的不同端子，实现对电压的精准调节，从而稳定输送直流功率。

在特高压工程中，这个开关动作频繁，而且每次切换都要在极短时间内完成复杂的机械操作，电气应力非常严苛。一旦它出故障，可能导致换流变压器烧毁，甚至危及整个阀厅，后果不堪设想。

目前，我国在役的高电压等级有载分接开关大多依赖进口，德国MR公司和瑞典ABB公司的产品占据主导。国外厂商依托我国工程运行积累的经验不断迭代升级，进一步拉大了与国内技术的差距。因此，自主研发换流变压器用有载分接开关，突破国外“卡脖子”技术，成为保障我国电力安全的关键一步。

而在自主研发过程中，有一个难题亟待解决：分接开关切换时，过渡电阻的温升究竟有多高？它对周围的变压器油温影响有多大？这些规律不清楚，就难以保证开关的长期可靠运行。

为了摸清这些规律，研究人员利用COMSOL Multiphysics仿真软件，建立了一个电-热耦合模型，模拟过渡电阻在真实运行工况下的温度变化。

他们针对不同的负载工作状态，计算了过渡电阻的温度分布，并通过实验进行验证。结果发现了一个有意思的现象：过渡电阻的表面温度随着分接开关切换次数的增加，呈现“锯齿状”的上升趋势——每次通流时温度快速升高，电流中断后又缓慢下降，多次切换后整体温度逐渐上升并趋于平缓。而周围的变压器油则随着热量累积，温度也逐渐升高。仿真结果与实测误差仅5%左右，说明模型非常准确。

在此基础上，他们进一步研究了不同负载容量下的温升情况，建立了过渡电阻温升的评估模型和评估函数。比如，根据模型可以预测，在12 MV·A的负载容量下，最多允许连续切换31次，超过这个次数，过渡电阻就可能过热。

这个数据可以为工程中的温升预警提供理论依据。对于需要大量切换的工况，还可以通过评估函数来估算长时间运行后的温升，从而确定最大允许的切换次数，大大减少研发和测试的工作量。

这项研究不仅揭示了过渡电阻温升的动态规律，还为换流变压器有载分接开关的运行维护提供了实用的指导。

本工作成果发表在2025年第7期《电工技术学报》，论文标题为“换流变压器用有载分接开关过渡电阻温升的动态仿真”。本课题得到国家重点研发计划的支持。