一种24脉波整流变压器的设计

【摘 要】介绍一种24脉波整流变压器的设计注意事项,并给出了产品实例的试验结果.

【关 键 词】分裂；移相；双器身；24脉波；设计；试验

1.引言

随着对绿色电源的呼声日益高涨,消除整流电路输入电流的谐波,减少谐波电流对电网的污染受到了越来越多的重视.提高整流脉波数是提高功率因数,减小谐波电流的可靠有效途径.以24脉波整流电路为例,能够消除网侧电流中的5、7、11、13、17、19次谐波,使网侧输入电流具有更好的波形质量.另外随着整流技术的发展,大功率整流设备的应用领域也越来越广泛.这就对与之配套的整流变压器在容量以及整流脉波数上提出了更高的要求.本文对大容量24脉波整流变压器做浅显的描述,并以近日我公司为法国科孚德机电公司开发设计的一台24脉波整流变压器为实例介绍这类变压器的设计及生产注意事项,并给出了试验结果.

2.24脉波整流变压器系统构成

24脉波整流变压器系统有多种构成方式,主要有：

1）4台三相双绕组变压器构成24脉波整流变压器系统.

2）2台三相三绕组变压器构成24脉波整流变压器系统.

3）单机三相24脉波整流变压器系统.

从供电效益和经济效益方面来讲第二种组合方式较第一种更优越,工程中两台三相三绕组变压器并联形式实用性更强,根据用户供电系统的要求有几种构成模式,主要有以下两种：

（1）T1、T2两台12相整流输出变压器基本联结组为Dyd,网侧外延三角形接法,相位角分别偏移±7.5°,阀侧为y和d接.

（2）T1、T2两台12相整流输出变压器基本联结组为Zyd,网侧曲折形接法,相位角分别偏移±7.5°,阀侧为y和d接.

这里介绍的是针对第（1）种情况,并将其优化设计为双器身共箱结构的产品设计实例,即系统构成方式中第三种：单机三相24脉波整流变压器系统.这样相对于2.1所示产品不仅可以降低变压器耗材,将变压器容量做大,还可减少变压器占地面积,方便外部工程接线.这类变压器是将移相、轴向双分裂、双胞胎等诸多变压器结构类型融合为一体的24脉波整流变压器,在变压器的设计过程中非常具有代表性.

3.产品结构特点及设计注意事项

3.1与普通电力变压器相比,这类整流变压器具有以下设计特点：

1）由于整流器的影响,负载电流中存在大量谐波分量及非周期直流分量,整流变压器铁心的磁通密度较电力变压器要显著降低,这样可以改善阀侧整流输出波形,提高整流系统的功率因数和效率,降低变压器空载损耗、空载电流.

2）本文介绍的24脉波整流变压器是由两台网侧移相后并联的轴向双分裂12脉波整流变组成.变压器单个器身由高压移相绕组、高压基本绕组、低压绕组组成.高、低压绕组均为轴向双分裂结构.由铁心侧向外依次为：低压绕组,高压移相绕组,高压基本绕组.高、低压绕组间设置接地屏蔽,减小网侧高频冲击电压对阀侧的影响以保护低压阀侧及其整流元件.

3）温升计算应注意：

a）需要充分考虑高次谐波对温升的影响,需要对电流过载倍数进行核算；

b）对单个器身而言,绕组为轴向分裂,运行中上部的低压绕组I温升最高；高压绕组由于是两路并联,实际中不能测量每个单独绕组单元的温升,但同样是上部绕组温升较高.设计时应按上部低压绕组的温升试验值不超过规定值为准.

3.2针对以上特点,设计生产时需注意如下事项：

1）铁心

这类变压器铁心结构与普通电力变压器相同,为三柱式结构,采用全斜接缝无孔绑扎.为了两台器身具有尽可能相同的磁路,对生产工艺的要求比较高,应尽可能减小制造偏差.

2）绕组及器身

单个器身中,高压绕组采用两路并联的连续式,低压绕组采用螺旋结构,绕组内部需要内衬硬纸筒,绕制须紧实以增强其机械强度.器身与常规轴向双分裂整流变压器略有不同,低压绕组在内侧,高压移相和基本绕组分列其外.器身装配时套装要紧实,轴向要可靠压紧.

3）引线

须连同绕组绕向分析接线原理图,保证正确接线的前提下尽可能地简化引线布线；结构方面高、低压引线均采用冷压连接方式,在设计时要重点考虑引线的机械强度问题.

4.产品设计实例

4.1产品参数：

产品型号ZSS-10800/10

电压组合（10±2×2.5%/4×0.925）kV

短路阻抗2700kVA容量下8.5%

联结组别D（+7.5°）d0y1/D（-7.5°）d0y1

绝缘水平LI75AC28/LI60AC20

冷却方式ONAF

该24脉波整流变压器容量较大,设计方案选择用单机容量为5400kVA,联接组D（+7.5°）d0y1和D（-7.5°）d0y1的2台变压器共箱、通过高压侧移相后并联,形成单器身12脉波,双器身输出24脉波.

4.2该产品的结构布置简图及产品实照

图4.1器身及套管排布示意图

图4.2产品器身实照

4.3该变压器性能数据计算值与试验值的对比见表1,温升计算值与试验值对比见表2.