移相整流变压器设计与试验

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移相整流变压器设计与试验

汪明伟

摘要：介绍36相整流变压器设计，试验，六边型自耦移相调压和共轭铁心应用。

关键词：谐波；移相；自耦调压；共轭铁心；半成品、成品试验

2016.10.10

1. 前言

由于电网对谐波的限制越来越严格，并制定了国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》，对整流变压器抑制谐波措施要求越来越高。消除低次谐波的办法之一就是增加变压器输出相数，即直流脉波数。本文就有关36相整流变压器设计，制造及试验等问题做一些探讨。

原公司2005年接到氯碱化工行业电解整流变压器订单，由三台ZHSPTZ-12500/10整流变压器组成，单机组等效12脉波，三机组合成36脉波。整流方式为桥式整流，冷却方式为强油循环水冷，变压器为主调合一式免吊心结构。

网侧电压： 10KV 直流工作电压： 400V 直流电流： 2×13000A

调压范围： 10%~105% 调压级数 40级 短路阻抗： 10% 主要参数确定

空载直流电压 U do =43~450V

额定容量 S N =1.05U do I d =1.05×450×26=12285KVA 一次额定电流 I 1N =3

10N S =

3

1012285=709.3A

2. 设计方案 2.1 移相方案选择

变压器由调压变压器和整流变压器两部分组成，为便于设计和制造，三台调压变压器分别移相+10°、0°、-10°，三台整流变为同一形式即有星、角绕组桥式整流回路。因整流变压器短路阻抗为10%，所以低压星角输出经整流元件后并联，不需另加平衡电抗器。单台整流变提供12脉波直流电流，接调变后三台变压器可提供36脉波直流电流。

2.2 调压变压器设计方案

目前，一般采用自耦移相调压于一身，来达到移相和调压目的。如按用法较普遍的曲折移相方式，有载开关通过的网侧线电流大于600A，超出三相有载开关使用范围；如为了满足开关电流要求去自耦升压，还是会增加调压变的电磁容量。

我们反复研究多方求证，采用的是六边型自耦移相调压方案，有载开关电流相当于角接相电流，是曲折接法的1/3倍，满足了40级粗细调开关要求。

采用此方案的优点还有：调压变额定档阻抗电压很小，计算时可忽略，这样三台机组的阻抗一致，均流效果好。而且调压变压器绕组结构简约，材料节省，负载损耗低。但引线结构相对复杂，设计制造时

图1 六边型自耦移相调压接线原理图

图中A 、B 、C 为调变输入端子，

A m 、X m 为调变输出端子(以A 相为例)

为简化起见，细调部分未画出，有载开关选用5×8=40级粗细调有载开关。

2.3 调压变压器设计

设定输入电压为 U 1=U AB =U BC =U CA =10000V U 1对应绕组匝数为 W 1=375 当移相角度为±10°时， 长边电压 U m =32U 1sin(60°－10°)=8846V 短边电压 U y =32U 1sin10°=2005V 长边绕组匝数 W m =32W 1sin(60°－10°)=332 短边绕组匝数 W y =3

2W 1 sin10°=75

当移相角度为0°时，

U m =8846, U y =1154 W m =332, W y =43

调压变压器为三相三柱式铁心，由里向外套有移相绕组、基本绕

组、粗调绕组、细调绕组，绕组均为层式。接线原理图如图2：

确定绕组同名端（绕向）时，应考虑绕线方便，也要注意绕组间电势大小，保证主纵绝缘距离合理。

2.4 整流变压器设计

只要是三相桥式整流就可取得6脉波直流输出，如果绕组中同时有星和角供电，便可得到12脉波直流。一般整流变压器低压电压低，绕组匝数少，很难达到角接绕组匝数是星接绕组3倍的整数匝，只能在高压侧做成一星一角两个器身，使低压相同接法的两个绕组中感应电势有30°相位差。这种方式使变压器结构变的复杂，出线等布置困难，体积和材料都相应增加。

我们选择了共轭式铁心结构，低压绕组一个星接一个角接，高压

对应两个绕组接法相同。当星接绕组为7匝时，角接绕组匝数应为73=12.12，取12匝，相当于角接低压绕组匝数减少1%左右。为保证低压电压值相同，将星接高压绕组匝数增加约1%，相当于降低星接绕组匝电势和电压1%。

再把两个铁心做成共轭式，如图3所示：

图3 共轭铁心及绕组示意图

铁心中Φy与Φd方向相同，大小相差约1%，有铁心中轭之后，上述两磁通差值将通过中轭闭合，即ΦΔ=Φd－Φy 。中轭截面大于心柱截面的1%即可，本方案的工艺考虑取5% 。

整流变压器为三相三柱共轭式，心柱为外接圆形，中轭为矩形，便于插片和固定。线圈套装时，拆下中轭，待套完下部线圈时再插好中轭，然后再套装上部线圈。这样线圈套装时，不需翻转铁心。中轭夹件与铁心不导磁钢拉板设有定位，以保证受到上下绕组压力时不产生位移。

高低压绕组均为饼式，上部低压绕组有正、反星接，封星后同相逆并联引出；下部低压绕组有正、反角接，封角后同相逆并联引出。角接铜排在左，星接铜排在右，同侧平行布置，以便与整流装置连接。

3. 产品验证

3.1 半成品试验

因为本例产品特殊性，我们对六边型自耦移相进行了模拟试验，对电压，电流和相位关系做了验证。在调压变结线前进行匝数比试验。结线后做单相变比试验时，为保持主绕组和移相绕组匝电势相同，把非测量绕组短路，这样才能得到准确数据。

共轭式整流变结线前上下绕组分别做变比试验，结线后，可直接测量一、二次电压，来验证电压比。

3.2 成品试验

一般试验同普通电力变压器，电压比试验靠实测电压来判定。

判别三台变压器移相角度时，可选择每台变压器同一低压绕组，连