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

隨著能源工業的發展，電網對掛網運行的整流變壓器的功率因數和諧波電流方面的要求越來越高。整流設備的脈波數越多，對諧波的消減越有成效，系統功率因數也越高，因此12、24、36、48 脈波甚至更高脈波數的整流變壓器在各工業系統中得到了廣泛的應用[1]。但是，脈波數越多，整流變壓器的結構也越復雜，參數性能也越難保證，對變壓器生產企業的技術水平、制造能力都提出了更高的要求。所以，目前國內單機能輸出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，為了適應系統中變頻器機組的需要，對該系統的變壓器容量以及整流脈波數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化的首次嘗試，也是該公司首次挑戰試制單機輸出如此多脈波的移相整流變壓器。在國內、外尚屬首例。結合上述合同技術協議約定，經過對多種可行方案的研究討論，確定性價比最優的技術方案。根據合同技術協議，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品，輸出脈波數以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，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3×18 脈波輸出，雙器身共箱方式可實現單機3×36 脈波輸出。其原理如圖1 所示。

圖1 雙器身實現輸出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%的技術參數要求。

3 具體技措

3.1 產品基本參數

產品型號：ZSI-16000/10

電壓組合：10±5%/18×0.66kV

聯結組標號：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） 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式，低壓移相線圈為雙連續式。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油流不暢，溫升過高，因此采用內、外線圈均加油流導向的結構。

3.2.2 器身部分

產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。產品低壓線圈出頭很多，為防止焊線時出現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

根據產品運用的實際情況，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、組間按試驗電壓AC35 kV 考核。

為了方便現場工程接線，產品采用雙器身“一”字排列共箱結構，提高產品操作工藝性。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，處于待試驗狀態的實際產品俯視圖，清晰地展示了組成完成后的套管排布形式。

圖4 產品實照圖

4 該變壓器性能數據協議要求值、計算值與試驗值對比

該產品順利地通過了由河北省變壓器產品質量監督檢驗站組織的例行試驗和型式試驗，各性能數據要求值、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發展提供了一種思路，也為該公司今后設計制造技術含量高、性能先進、安全可靠的產品積累了豐富的經驗。

表1 性能數據要求值、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、外尚未出現同類產品，豐富了公司在該技術領域的產品線。產品獲得了河北省科學技術廳頒發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。產品投入運行以來，運行情況良好，受到了用戶的好評。