一種礦用整流變壓器的應(yīng)用研究

楊莉莉　付衛(wèi)東　宋曉飛

摘 要：本文對(duì)礦用整流變壓器系統(tǒng)進(jìn)行了分析，從用戶實(shí)際需要入手，確定另外一種礦用整流變壓器的結(jié)構(gòu)形式，即將一臺(tái)變壓器分成兩個(gè)本體。這就有效解決了新產(chǎn)品重新取證的問(wèn)題，而且變壓器本體外形和常規(guī)變壓器一致，不會(huì)出現(xiàn)因外形過(guò)大而下不去井的問(wèn)題，有效減小了變壓器重量，方便裝卸和移動(dòng)。

關(guān)鍵詞：礦用變壓器;整流;故障

中圖分類號(hào)：TM422 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）26-0059-03

Application Analysis of a Mine Rectifier Transformer

YANG Lili FU Weidong SONG Xiaofei

（XJ Transformer Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： This paper analyzed the mining rectifier transformer system. According to the actual needs of users， another structure of mine rectifier transformer was determined， which divided a transformer into two bodies. It effectively solves the problem of new product re-forensics， and the transformer body shape is consistent with the conventional transformer， which will not cause the problem of not going down well because of the large shape， and effectively reduces the weight of the transformer， which is convenient for loading， unloading and moving.

Keywords： mine transformer;rectifier;fault

眾所周知，在煤礦井下，有瓦斯、煤塵等易燃易爆物質(zhì)，當(dāng)遇到火源或高溫時(shí)，就可能發(fā)生燃燒和爆炸。在煤礦井下，有大量的電氣設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生電弧或故障，遇到瓦斯和煤塵，有可能發(fā)生嚴(yán)重的煤礦事故。因此，煤礦下的電氣設(shè)備，都有著嚴(yán)格的防爆要求，并且產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)相關(guān)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)和備案。變壓器作為煤礦井下一種重要的電氣設(shè)備對(duì)防爆有著極其嚴(yán)格的要求，其設(shè)備外形都要在相關(guān)機(jī)構(gòu)備案，取得相應(yīng)的安標(biāo)證書和防爆證書后才可以銷售，因此，礦用變壓器產(chǎn)品是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，每種型號(hào)的規(guī)格都不能隨意改動(dòng)。但是，近年來(lái)，隨著整流和逆變技術(shù)不斷成熟，煤礦企業(yè)為了節(jié)能、提高電能質(zhì)量，也開(kāi)始使用相關(guān)整流設(shè)備，與之對(duì)應(yīng)的就是整流變壓器。普通6脈整流變壓器和傳統(tǒng)變壓器結(jié)構(gòu)相差不大，但為了降低諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，一般使用12脈波整流橋結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)用戶對(duì)變壓器的要求分析，在不改動(dòng)傳統(tǒng)變壓器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出新的解決方法，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)。

1 用戶要求

國(guó)內(nèi)某大型煤礦的招標(biāo)文件對(duì)礦用變壓器的使用提出了新的要求，具體要求如下。該臺(tái)變壓器主要是為1 000kW/1 140V主運(yùn)輸皮帶變頻調(diào)速裝置配置的移動(dòng)變電站，主要用于為1 000kW/1 140V的主運(yùn)輸變頻器提供電源，必須保證移動(dòng)變電站與變頻器的總體配套。考慮到變頻裝置采用不可控整流，且主運(yùn)輸系統(tǒng)起動(dòng)會(huì)影響電網(wǎng)的5、7、11、13、17、19等諧波分量，計(jì)劃采用12脈動(dòng)整流方式設(shè)計(jì)變頻器的整流單元，需要外配12脈動(dòng)變壓器。該變壓器二次側(cè)繞組一組為星型連接，另外一組為三角形連接，繞組相位相差30°，形成12脈整流變壓器。

2 變壓器選用分析

圖1為常規(guī)的礦用隔爆型變壓器原理和線圈位置圖。常規(guī)的礦用隔爆型變壓器可以通過(guò)低壓的三角和星型變換來(lái)實(shí)現(xiàn)1 140V和660V電壓轉(zhuǎn)換，低壓側(cè)輸出彼此相差120°三相電源，可以用于6脈整流裝置，相位相差60°，其線圈的位置如圖1（b）所示，高、低線圈內(nèi)外分布。

圖2為常規(guī)礦用隔爆型變壓器的器身圖，左側(cè)為低壓側(cè)，右側(cè)為高壓側(cè)，高低壓分別通過(guò)套管引出至防爆外殼的接線腔內(nèi)，如圖3所示。礦用變壓器為特種產(chǎn)品，需要在國(guó)家安全標(biāo)志檢測(cè)中心檢驗(yàn)并備案。各生產(chǎn)企業(yè)需要按照備案時(shí)的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，如有改動(dòng)，需要重新取得相關(guān)資質(zhì)。

從小節(jié)1可知，用戶要求12脈整流變壓器，相位彼此相差30°。常規(guī)礦用隔爆型變壓器為6脈整流變壓器，相位彼此相差60°，該類型變壓器結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足用戶要求。筆者借鑒城市地鐵使用的牽引整流干式變壓器的設(shè)計(jì)思路，變壓器低壓側(cè)做成上下分裂結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)三角連接組別和星型連接組別的組合方式，可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)12脈和30°相角差的要求，如圖4所示。該變壓器線圈結(jié)構(gòu)為上下分裂，上部分和下部分的連接組別方式不同，分別為三角形連接方式和星型連接方式，高壓為星型連接方式，這樣兩個(gè)連接組別分別為Yd11和Yy0，上下共同組成30°的相角差，同時(shí)上下繞組共同組成了12脈的整流電路，與變頻設(shè)備相連，滿足用戶對(duì)諧波治理的要求。

如圖4所示，上下分裂結(jié)構(gòu)的變壓器在干式配電變壓器的結(jié)構(gòu)中比較多見(jiàn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于地鐵、造紙廠等整流設(shè)備上。其采用多脈波設(shè)計(jì)，主要因?yàn)檎麟娐肥褂昧瞬豢煽氐恼髌骷捎枚嗝}波的形式，可以有效消除一定次數(shù)的高次諧波，保證電網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量。

但是，礦用變壓器作為一個(gè)礦用的特種設(shè)備，對(duì)設(shè)備的防爆要求很高。綜上所述，這種特殊的整流變壓器結(jié)構(gòu)和常規(guī)礦用隔爆型變壓器是不一樣的，其出線方式，外觀結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化，如果要生產(chǎn)銷售，必須重新取得資質(zhì)證書，產(chǎn)品要生產(chǎn)樣機(jī)，重新做型式試驗(yàn)。但是，該種變壓器是一種特殊變壓器，產(chǎn)品使用量很小，重新取得該類產(chǎn)品費(fèi)用也比較高，取證周期較長(zhǎng)，如果因?yàn)檫@一次銷售而重新取得證書，有可能會(huì)得不償失。

再有，礦用變壓器之所以做成長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)榈V井一般為圓形斜井或豎井，井口尺寸空間有限，所以設(shè)備高度不能太高，否則無(wú)法進(jìn)入井下。如圖4所示，如果做成滿足用戶要求的上下分裂結(jié)構(gòu)，線圈的電氣高度會(huì)變大，使變壓器防爆外殼的整體體積變大，當(dāng)防爆變壓器容量比較大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)變壓器外形過(guò)大，從而無(wú)法下井的問(wèn)題。

綜合所述，將干式配電變壓器的設(shè)計(jì)思路移植到礦用隔爆型變壓器上是行不通的，會(huì)增加企業(yè)的取證、制造、產(chǎn)品非標(biāo)設(shè)計(jì)等生產(chǎn)成本，其實(shí)際使用的效果也不理想，所以該方案無(wú)法解決用戶實(shí)際問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速對(duì)礦用變壓器的要求，所以需要思考新的解決方案。

3 新方案和思路

首先，認(rèn)真研究用戶真實(shí)的需求，該臺(tái)變壓器是和三相整流橋連接使用的，用戶之所以要求二次相位差30°，組成12脈的整流電路，是因?yàn)槎嗝}波疊加可以消除11次以下的諧波，排除高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。變壓器的三角連接和星型連接可以滿足二次相位相差30°的要求，加上礦井大小和安標(biāo)備案等影響，礦用變壓器最好和備案時(shí)的變壓器外形保持一致，這樣就不需要再取證，同時(shí)也解決礦用變壓器外形問(wèn)題。

用戶需要兩路電源，并且這兩路電源要求有相角差，在高壓同相位的前提下，低壓側(cè)只需要兩路彼此相位相差60°的電源，和變頻器組成12脈的整流，以達(dá)到調(diào)速和消除諧波的目的即。由此，筆者得出新的方案，將原有變壓器分解為兩臺(tái)，容量等分，兩臺(tái)變壓器的高壓電源取自同一高壓電纜，保證相位相同，兩臺(tái)變壓器的連接方式分別為Yd11和Yy0，如圖5所示，將兩臺(tái)變壓器低壓側(cè)引出至變頻器裝置，即可滿足用戶12脈整流的要求。

將一臺(tái)變壓器分成兩個(gè)本體，有效解決了新產(chǎn)品重新取證的問(wèn)題，而且變壓器本體外形和常規(guī)變壓器一致，不會(huì)出現(xiàn)因外形過(guò)大而下不去井的問(wèn)題，有效減小了變壓器重量，方便裝卸和移動(dòng)。以上方案和用戶溝通后，得到了用戶的認(rèn)可和肯定，用戶同意以該方案供貨。

4 結(jié)論

本文提出的方案解決了企業(yè)自身和產(chǎn)品應(yīng)用問(wèn)題，但多個(gè)變壓器的設(shè)計(jì)方案會(huì)增加購(gòu)買成本，這需要和用戶進(jìn)行溝通。

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