移相整流變壓器設計與試驗

1、移相整流變壓器設計與試驗汪明偉摘要：介紹 36 相整流變壓器設計，試驗，六邊型自耦移相調(diào)壓和共軛 鐵心應用。關鍵詞：諧波；移相；自耦調(diào)壓；共軛鐵心；半成品、成品試驗前言由 于 電 網(wǎng) 對 諧 波 的 限 制 越 來 越 嚴 格 ， 并 制 定 了 國 家 標 準 GB/T14549-93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波，對整流變壓器抑制諧波措 施要求越來越高。消除低次諧波的辦法之一就是增加變壓器輸出相數(shù)，12285即直流脈波數(shù)。本文就有關 36 相整流變壓器設計，制造及試驗等問題 做一些探討。原公司 2005 年接到氯堿化工行業(yè)電解整流變壓器訂單，由三臺 ZHSPTZ-12500/10 整流變壓器組成，

2、單機組等效 12 脈波，三機組合成 36 脈波。整流方式為橋式整流，冷卻方式為強油循環(huán)水冷，變壓器為 主調(diào)合一式免吊心結(jié)構(gòu)。網(wǎng)側(cè)電壓： 直流工作電壓： 直流電流： 調(diào)壓范圍： 短路阻抗：主要參數(shù)確定10KV400V2×13000A10%105%10%調(diào)壓級數(shù) 40 級空載直流電壓 額定容量U =43450VdoS =×450×26=12285KVAN一次額定電流I =1NSN10 3= =10 32. 設計方案移相方案選擇變壓器由調(diào)壓變壓器和整流變壓器兩部分組成，為便于設計和制 造，三臺調(diào)壓變壓器分別移相+10°、0°、-10°，三臺

3、整流變?yōu)橥恍问?即有星、角繞組橋式整流回路。因整流變壓器短路阻抗為 10%，所以 低壓星角輸出經(jīng)整流元件后并聯(lián)，不需另加平衡電抗器。單臺整流變 提供 12 脈波直流電流，接調(diào)變后三臺變壓器可提供 36 脈波直流電流。調(diào)壓變壓器設計方案目前，一般采用自耦移相調(diào)壓于一身，來達到移相和調(diào)壓目的。如按用法較普遍的曲折移相方式，有載開關通過的網(wǎng)側(cè)線電流大于600A，超出三相有載開關使用范圍；如為了滿足開關電流要求去自耦 升壓，還是會增加調(diào)壓變的電磁容量。我們反復研究多方求證，采用的是六邊型自耦移相調(diào)壓方案，有載開關電流相當于角接相電流，是曲折接法的 1/ 粗細調(diào)開關要求。3倍，滿足了 40 級采用此方

4、案的優(yōu)點還有：調(diào)壓變額定檔阻抗電壓很小，計算時可忽略，這樣三臺機組的阻抗一致，均流效果好。而且調(diào)壓變壓器繞組結(jié)構(gòu)簡約，材料節(jié)省，負載損耗低。但引線結(jié)構(gòu)相對復雜，設計制造時 有一定難度。調(diào)壓變接線原理如圖 1：圖 1 六邊型自耦移相調(diào)壓接線原理圖圖中 A、B、C 為調(diào)變輸入端子，A 、X 為調(diào)變輸出端子(以 A 相為例)m m為簡化起見，細調(diào)部分未畫出，有載開關選用 5×8=40 級粗細調(diào)有載 開關。調(diào)壓變壓器設計設定輸入電壓為U =U =U =U =10000V 1 AB BC CAU 對應繞組匝數(shù)為 W =375 1 1當移相角度為±10°時，長邊電壓短邊電壓U

5、 =mU =y2323U sin(60°10°)=8846V1U sin10°=2005V1長邊繞組匝數(shù)短邊繞組匝數(shù)W =mW =y2323W sin(60°10°)=3321W sin10°=751當移相角度為 0°時，U =8846, U =1154m yW =332, W =43m y調(diào)壓變壓器為三相三柱式鐵心，由里向外套有移相繞組、基本繞組、粗調(diào)繞組、細調(diào)繞組，繞組均為層式。接線原理圖如圖 2：圖 2 調(diào)壓變接線原理圖確定繞組同名端（繞向）時，應考慮繞線方便，也要注意繞組間 電勢大小，保證主縱絕緣距離合理。整流變壓器

6、設計只要是三相橋式整流就可取得 6 脈波直流輸出，如果繞組中同時有星和角供電，便可得到 12 脈波直流。一般整流變壓器低壓電壓低， 繞組匝數(shù)少，很難達到角接繞組匝數(shù)是星接繞組 3 倍的整數(shù)匝，只能在高壓側(cè)做成一星一角兩個器身，使低壓相同接法的兩個繞組中感應電勢有 30°相位差。這種方式使變壓器結(jié)構(gòu)變的復雜，出線等布置困難， 體積和材料都相應增加。我們選擇了共軛式鐵心結(jié)構(gòu)，低壓繞組一個星接一個角接，高壓對應兩個繞組接法相同。當星接繞組為 7 匝時，角接繞組匝數(shù)應為 7 3 =，取 12 匝，相當于角接低壓繞組匝數(shù)減少 1%左右。為保證低壓電壓值相同，將星接高壓繞組匝數(shù)增加約 1%，相當

7、于降低星接繞組匝 電勢和電壓 1%。再把兩個鐵心做成共軛式，如圖 3 所示：圖中W 星接高壓繞組yW 角接高壓繞組d 星接繞組鐵心主磁通 y 角接繞組鐵心主磁通 d 中軛鐵心主磁通圖 3 共軛鐵心及繞組示意圖鐵心中 與 方向相同，大小相差約 1%，有鐵心中軛之后，上 y d述兩磁通差值將通過中軛閉合，即 = 。中軛截面大于心柱 d y截面的 1%即可，本方案的工藝考慮取 5% 。整流變壓器為三相三柱共軛式，心柱為外接圓形，中軛為矩形，便于插片和固定。線圈套裝時，拆下中軛，待套完下部線圈時再插好中軛，然后再套裝上部線圈。這樣線圈套裝時，不需翻轉(zhuǎn)鐵心。中軛夾件與鐵心不導磁鋼拉板設有定位，以保證受到

8、上下繞組壓力時不產(chǎn) 生位移。高低壓繞組均為餅式，上部低壓繞組有正、反星接，封星后同相逆并聯(lián)引出；下部低壓繞組有正、反角接，封角后同相逆并聯(lián)引出。角接銅排在左，星接銅排在右，同側(cè)平行布置，以便與整流裝置連接。 3. 產(chǎn)品驗證半成品試驗因為本例產(chǎn)品特殊性，我們對六邊型自耦移相進行了模擬試驗，對電壓，電流和相位關系做了驗證。在調(diào)壓變結(jié)線前進行匝數(shù)比試驗。o oc ao o0 0oo oc ao oc ao oa a結(jié)線后做單相變比試驗時，為保持主繞組和移相繞組匝電勢相同，把 非測量繞組短路，這樣才能得到準確數(shù)據(jù)。共軛式整流變結(jié)線前上下繞組分別做變比試驗，結(jié)線后，可直接 測量一、二次電壓，來驗證電壓比

9、。成品試驗一般試驗同普通電力變壓器，電壓比試驗靠實測電壓來判定。判別三臺變壓器移相角度時，可選擇每臺變壓器同一低壓繞組，連接同一同名端子，測量其他端子的電壓，圖 4 所示是正星接時三臺變 壓器判別相位結(jié)線方法，圖 4 連接星接 C 點后電氣相量圖 反星及角接相位判定方法相同。其電壓關系式為：U =U =U =Uab bc caU+10 +10與 Uc a相位差 10°， Ua+10a0o=2sin5° UU+10 +10與 U-10 -10相位差 20°， U+10 -10=2sin10° U100 01010a b0Uc a10與 Uc b相位差 70

10、°， Ua10b0=2sin35°UUc a10與 Uc b10相位差 80°， U10 10=2sin40°U我們測的低壓電壓最高檔，U= 下表：U 450do = = ，其標準值和實測值如 1.35 1.35U標準值（V ） 實測值（V ） 誤差（% ）336Ua10a0Ua10a10117Ua10b378Ua10b10434測得結(jié)果證明移相角度正確，端子順序無誤。其他試驗結(jié)果都符合技術規(guī)范要求，本文以略。4. 結(jié)束語六邊型自耦移相調(diào)壓變與共軛式整流變運用，雖然給設計和制造帶來很大難度，但是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約可觀的材料費用。在目前原材料價格居高不下的形式下，只有技術創(chuàng)新，產(chǎn)品創(chuàng)新，才能在市場 上占有優(yōu)勢。實踐是檢驗真理的唯一標準。設計試制過程中，我們遇到了許多新問題，甚至有時需推倒一些書本上的論點和公式。這種情況下，不能照抄硬搬類似的經(jīng)驗，只能靠嚴謹?shù)难芯?，不斷地求證來獲得成功。 有時找到正確的驗證方法，其意義不亞于被驗證的事件本身。作者簡介：汪