移相整流變壓器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

1、-移相整流變壓器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)汪明偉 摘要：介紹36相整流變壓器設(shè)計(jì)，試驗(yàn)，六邊型自耦移相調(diào)壓和共軛鐵心應(yīng)用。關(guān)鍵詞：諧波；移相；自耦調(diào)壓；共軛鐵心；半成品、成品試驗(yàn)1. 前言由于電網(wǎng)對諧波的限制越來越嚴(yán)格，并制定了國家標(biāo)準(zhǔn)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。消除低次諧波的方法之一就是增加變壓器輸出相數(shù)，即直流脈波數(shù)。本文就有關(guān)36相整流變壓器設(shè)計(jì)，制造及試驗(yàn)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，單機(jī)組等效12脈波，三機(jī)組合成36脈波。整流方式為橋式整流，冷卻方

2、式為強(qiáng)油循環(huán)水冷，變壓器為主調(diào)合一式免吊心構(gòu)造。網(wǎng)側(cè)電壓： 10KV直流工作電壓： 400V直流電流： 2×13000A調(diào)壓圍： 10%105% 調(diào)壓級數(shù) 40級短路阻抗： 10%主要參數(shù)確定空載直流電壓 Udo=43450V額定容量 SN=1.05UdoId=1.05×450×26=12285KVA一次額定電流 I1N =709.3A2. 設(shè)計(jì)方案2.1 移相方案選擇變壓器由調(diào)壓變壓器和整流變壓器兩局部組成，為便于設(shè)計(jì)和制造，三臺調(diào)壓變壓器分別移相+10°、0°、-10°，三臺整流變?yōu)橥恍问郊从行恰⒔抢@組橋式整流回路。因整流變壓器

3、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。2.2 調(diào)壓變壓器設(shè)計(jì)方案目前，一般采用自耦移相調(diào)壓于一身，來到達(dá)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(guān)通過的網(wǎng)側(cè)線電流大于600A，超出三相有載開關(guān)使用圍；如為了滿足開關(guān)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(fù)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(guān)電流相當(dāng)于角接相電流，是曲折接法的1/倍，滿足了40級粗細(xì)調(diào)開關(guān)要求。采用此方案的優(yōu)點(diǎn)還有：調(diào)壓變額定檔阻抗電壓很小，計(jì)算時(shí)可忽略，這樣三臺機(jī)組的阻抗一致，

4、均流效果好。而且調(diào)壓變壓器繞組構(gòu)造簡約，材料節(jié)省，負(fù)載損耗低。但引線構(gòu)造相對復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造時(shí)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，Am、*m為調(diào)變輸出端子(以A相為例)為簡化起見，細(xì)調(diào)局部未畫出，有載開關(guān)選用5×8=40級粗細(xì)調(diào)有載開關(guān)。2.3 調(diào)壓變壓器設(shè)計(jì)設(shè)定輸入電壓為 U1=UAB=UBC=UCA=10000VU1對應(yīng)繞組匝數(shù)為 W1=375當(dāng)移相角度為±10°時(shí)，長邊電壓Um=U1sin(60°10°)=8846V短邊電壓Uy=U1sin10°=2005V長邊繞組匝數(shù)

5、Wm=W1sin(60°10°)=332短邊繞組匝數(shù)Wy=W1 sin10°=75當(dāng)移相角度為0°時(shí)，Um=8846, Uy=1154Wm=332, Wy=43調(diào)壓變壓器為三相三柱式鐵心，由里向外套有移相繞組、根本繞組、粗調(diào)繞組、細(xì)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(shí)，應(yīng)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。2.4 整流變壓器設(shè)計(jì)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(shí)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，很難到達(dá)角接繞組匝數(shù)是星接繞組倍

6、的整數(shù)匝，只能在高壓側(cè)做成一星一角兩個(gè)器身，使低壓一樣接法的兩個(gè)繞組中感應(yīng)電勢有30°相位差。這種方式使變壓器構(gòu)造變的復(fù)雜，出線等布置困難，體積和材料都相應(yīng)增加。我們選擇了共軛式鐵心構(gòu)造，低壓繞組一個(gè)星接一個(gè)角接，高壓對應(yīng)兩個(gè)繞組接法一樣。當(dāng)星接繞組為7匝時(shí)，角接繞組匝數(shù)應(yīng)為7=12.12，取12匝，相當(dāng)于角接低壓繞組匝數(shù)減少1%左右。為保證低壓電壓值一樣，將星接高壓繞組匝數(shù)增加約1%，相當(dāng)于降低星接繞組匝電勢和電壓1%。再把兩個(gè)鐵心做成共軛式，如圖3所示：圖中Wy星接高壓繞組Wd角接高壓繞組y星接繞組鐵心主磁通d角接繞組鐵心主磁通中軛鐵心主磁通圖3 共軛鐵心及繞組示意圖鐵心中y與d

7、方向一樣，大小相差約1%，有鐵心中軛之后，上述兩磁通差值將通過中軛閉合，即=dy。中軛截面大于心柱截面的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(shí)，拆下中軛，待套完下部線圈時(shí)再插好中軛，然后再套裝上部線圈。這樣線圈套裝時(shí)，不需翻轉(zhuǎn)鐵心。中軛夾件與鐵心不導(dǎo)磁鋼拉板設(shè)有定位，以保證受到上下繞組壓力時(shí)不產(chǎn)生位移。上下壓繞組均為餅式，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(yàn)證3.1 半成品試驗(yàn)因?yàn)楸?/p>

8、例產(chǎn)品特殊性，我們對六邊型自耦移相進(jìn)展了模擬試驗(yàn)，對電壓，電流和相位關(guān)系做了驗(yàn)證。在調(diào)壓變結(jié)線前進(jìn)展匝數(shù)比試驗(yàn)。結(jié)線后做單相變比試驗(yàn)時(shí)，為保持主繞組和移相繞組匝電勢一樣，把非測量繞組短路，這樣才能得到準(zhǔn)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(yàn)，結(jié)線后，可直接測量一、二次電壓，來驗(yàn)證電壓比。3.2 成品試驗(yàn)一般試驗(yàn)同普通電力變壓器，電壓比試驗(yàn)靠實(shí)測電壓來判定。判別三臺變壓器移相角度時(shí)，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(shí)三臺變壓器判別相位結(jié)線方法，圖4 連接星接C點(diǎn)后電氣相量圖反星及角接相位判定方法一樣。其電壓關(guān)系式為：Uab=Ubc=U

9、ca=UU與U 相位差10°， U=2sin5° UU與U相位差20°， U=2sin10° UU與U 相位差70°， U=2sin35° UU與U相位差80°， U=2sin40° U我們測的低壓電壓最高檔，U=333.3V，其標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)測值如下表：標(biāo)準(zhǔn)值V實(shí)測值V誤差%U333.33360.8U58.158.81.2U115.81171.04U382.43781.15U428.54341.28測得結(jié)果證明移相角度正確，端子順序無誤。其他試驗(yàn)結(jié)果都符合技術(shù)規(guī)要求，本文以略。4. 完畢語六邊型自耦移相調(diào)壓變與共軛式整流變運(yùn)用，雖然給設(shè)計(jì)和制造帶來很大難度，但是產(chǎn)品構(gòu)造緊湊，節(jié)約可觀的材料費(fèi)用。在目前原材料價(jià)格居高不下的形式下，只有技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品創(chuàng)新，才能在市場上占有優(yōu)勢。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)試制過程中，我們遇到了許多新問題，甚至有時(shí)需推倒一些書本上的論點(diǎn)和公式。這種情況下，不能照抄硬搬類似的經(jīng)歷，只能靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?，不斷地求證來獲得成功。有時(shí)找到正確的驗(yàn)證方法，其意義不亞于被驗(yàn)證的事件本身。作者簡介：汪明偉 (1954