單機3×36脈波移相整流變壓器設計

（保定天威集團特變電氣有限公司，河北 保定 071056）

0 引言

隨著能源工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)對掛網(wǎng)運行的整流變壓器的功率因數(shù)和諧波電流方面的要求越來越高。整流設備的脈波數(shù)越多，對諧波的消減越有成效，系統(tǒng)功率因數(shù)也越高，因此12、24、36、48 脈波甚至更高脈波數(shù)的整流變壓器在各工業(yè)系統(tǒng)中得到了廣泛的應用[1]。但是，脈波數(shù)越多，整流變壓器的結構也越復雜，參數(shù)性能也越難保證，對變壓器生產(chǎn)企業(yè)的技術水平、制造能力都提出了更高的要求。所以，目前國內(nèi)單機能輸出54 脈波及以上的整流變壓器很少。該文涉及的多脈波移相整流變壓器應用于“西氣東輸”項目。在已建成的氣體加壓站中，需要大量大功率整流變壓器，為了適應系統(tǒng)中變頻器機組的需要，對該系統(tǒng)的變壓器容量以及整流脈波數(shù)都提出了前所未有的要求。通常這些機組中的關鍵設備都需要進口，為了保證國家能源安全，國家也在加大力度推進相關設備的國產(chǎn)化工作。

1 項目要求

單機3×36 脈波移相整流變壓器是中石油輸氣管道工程力推該類設備國產(chǎn)化的首次嘗試，也是該公司首次挑戰(zhàn)試制單機輸出如此多脈波的移相整流變壓器。在國內(nèi)、外尚屬首例。結合上述合同技術協(xié)議約定，經(jīng)過對多種可行方案的研究討論，確定性價比最優(yōu)的技術方案。根據(jù)合同技術協(xié)議，需要滿足如下要求。1）變壓器容量16 000 kVA，單機3×36 脈波輸出，且希望尋求適合更大容量的設計方案。2）單機多脈波輸出，其器身結構及引線復雜，但需有較高的批量生產(chǎn)的可操作性。3）低壓側要考慮12 kV 對地共模電壓以及端子位置排布要方便外部電纜的工程連接。

2 設計思路

2.1 電氣原理

目前移相整流變壓器多為小容量低電壓產(chǎn)品，輸出脈波數(shù)以6、12、18、36 脈波較為常見。普通36 脈波整流變壓器需要6 組低壓線圈實現(xiàn)，但3×36 脈波整流變壓器需要將每組低壓線圈分裂成3 個部分，即變成18 組低壓線圈[2]。如果采用常規(guī)單器身低壓軸向分裂18 組，勢必會導致器身過高，線圈繞制、引線連接等工藝性和阻抗、溫升等參數(shù)性能都極不合理。因此筆者決定采用雙器身結構，2 個器身的高壓分別Y 接和D 接，并聯(lián)出線，單個器身低壓采用外延三角形軸向九分裂結構，分別以Yd11 和Dd0為基準，-20°和+20°移相，單器身可實現(xiàn)3×18 脈波輸出，雙器身共箱方式可實現(xiàn)單機3×36 脈波輸出。其原理如圖1 所示。

圖1 雙器身實現(xiàn)輸出3×36 脈波原理圖

2.2 器身結構

每個器身低壓側分裂為多路，線圈結構、引線排布非常復雜，所以，為提高器身接線的可操作性，將低壓線圈放置在高壓線圈外側，即，沿輻向方向，依次排布為：鐵心—高壓線圈—低壓線圈。

每個器身的高壓線圈軸向三分裂，每路高壓均對應三路低壓線圈（其中1-3、7-9 線圈為基本線圈+移相線圈合繞的組合線圈，4-6 為單線圈），即單器身低壓線圈采用軸向九分裂結構，三個高壓線圈從上到下依次分別對應3×（-20°的基本線圈+移相線圈）、3×（0°低壓線圈）和3×（+20°的基本線圈+移相線圈）。高、低壓之間設置接地屏蔽，減小網(wǎng)側高頻沖擊電壓對閥側的影響。單器身線圈排布方式如圖2 所示，其中HV（High Voltage）表示高壓線圈，LV（Low Voltage）表示低壓線圈。

圖2 單器身線圈排布圖

2.3 阻抗保證方式

短路阻抗計算可以采用手工解析法或電磁場仿真軟件Magnet 提供的數(shù)值解，分別計算高壓側與低壓側的短路阻抗，并進行對比分析，以滿足訂貨合同中全穿越阻抗介于8%～12%的技術參數(shù)要求。

3 具體技措

3.1 產(chǎn)品基本參數(shù)

產(chǎn)品型號：ZSI-16000/10

電壓組合：10±5%/18×0.66kV

聯(lián)結組標號：Yd11（-20°） d（0°）d （+20°） / Dd0（-20°） d（0°）d （+20°）

額定容量：16000/18×889 kVA

額定電流：923.8/18×777.6 A

短路阻抗：8%~12%

絕緣水平：LI 75 AC35/ AC 35（組間、組內(nèi)） kV

頻率：50Hz

冷卻方式：ONAN

3.2 具體設計方案

3.2.1 線圈部分

高壓線圈和低壓基本線圈為連續(xù)式，低壓移相線圈為雙連續(xù)式。由于單器身軸向九分裂的窗高較高，為了避免位于器身上部的線圈內(nèi)油流不暢，溫升過高，因此采用內(nèi)、外線圈均加油流導向的結構。

3.2.2 器身部分

產(chǎn)品器身為多個線圈套裝，需要注意套裝順序，并嚴格控制各個線圈套裝的垂直度和同心度。產(chǎn)品低壓線圈出頭很多，為防止焊線時出現(xiàn)W 錯焊問題，所有線圈、線包出頭部位均標有明顯標識，保證能夠清晰識別。高、低壓之間的屏蔽板開口與外側紙板開口相互錯開，保證幅向主絕緣一致。

低壓引線錯綜復雜，備線時須嚴格進行清潔防護。焊線時要按照圖紙從內(nèi)層向外逐層焊線，注意控制每層引線之間絕緣距離，并確保走線整齊美觀。

3.2.3 鐵心部分

鐵心為三相三柱式，疊片采用不斷軛三接縫結構，鐵心芯柱高，需要嚴格控制芯柱的垂直度。鐵心夾件絕緣采用防軛鐵竄片措施，夾件采用平板式，上、下腹板通過拉板與心柱連成整體，保證鐵心整體的機械強度。鐵心通過兩側支架與箱蓋連接，既起到器身限位作用，也方便器身起吊[3]。

3.2.4 油箱部分

根據(jù)產(chǎn)品運用的實際情況，考慮到低壓對地共模電壓，低壓選用54 支12 kV 級套管出線，組內(nèi)、組間按試驗電壓AC35 kV 考核。

為了方便現(xiàn)場工程接線，產(chǎn)品采用雙器身“一”字排列共箱結構，提高產(chǎn)品操作工藝性。箱蓋低壓側密集分布了54 支套管法蘭，不僅需要保證箱蓋本身的強度、箱蓋起吊器身承重能力，還應該格外考慮低壓套管處因加工變形引起的滲漏。因此在箱蓋加工過程中應要制定專有的工藝方案，采用間隔開孔方式以減小切割、焊接等加工變形量。箱蓋套管排布方式如圖3 所示。

圖3 箱蓋套管排布圖

3.2.5 產(chǎn)品實施效果實照

圖4 為完成的總裝配工序，處于待試驗狀態(tài)的實際產(chǎn)品俯視圖，清晰地展示了組成完成后的套管排布形式。

圖4 產(chǎn)品實照圖

4 該變壓器性能數(shù)據(jù)協(xié)議要求值、計算值與試驗值對比

該產(chǎn)品順利地通過了由河北省變壓器產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗站組織的例行試驗和型式試驗，各性能數(shù)據(jù)要求值、計算值與試驗值對比見表1，結果表明各項技術性能指標均符合相應標準，完全滿足用戶要求，成功驗證了該文中提出的方案，給移相整流變壓器向更大容量更多脈波數(shù)發(fā)展提供了一種思路，也為該公司今后設計制造技術含量高、性能先進、安全可靠的產(chǎn)品積累了豐富的經(jīng)驗。

表1 性能數(shù)據(jù)要求值、計算值與試驗值對比

5 結語

該單機3×36 脈波油浸式整流變壓器國內(nèi)、外尚未出現(xiàn)同類產(chǎn)品，豐富了公司在該技術領域的產(chǎn)品線。產(chǎn)品獲得了河北省科學技術廳頒發(fā)的國際先進的科學技術成果證書，并獲得兵裝集團技術進步獎。產(chǎn)品投入運行以來，運行情況良好，受到了用戶的好評。