[建筑]轴向三裂解传动整流变压器的设计特点.doc

三裂解传动整流变压器的设计张亚杰（保定天威集团特变电气有限公司，河北 保定，邮编071056）摘要：介绍了一种三裂解传动整流变压器的技术特点和设计时应注意的一些问题，指出三裂解传动整流变压器与传统双绕组整流变压器相比较的优势。关键词：整流变压器轴向 三裂解 设计1. 引言：随着我国建设节约型社会的逐步深入，许多企业越来越多地在轧机、风机、水泵等高能耗设备上利用交流变频调速技术。与传统的调速技术如直流电动机调速相比，交流变频调速具有极大的优越性，整个调速系统具有体积小、重量轻、控制精度高、操作简便、通用性强等特点，能够显著地降低能耗。用交流变频调速装置驱动的电机拖动与常规的不调速电机拖动相比，节能效果十分可观。随着交流变频调速技术的推广应用，与之配套的传动整流变压器需求也越来越大。一般的传动整流变压器与普通电力变压器结构类似，采用普通双绕组型式。随着用户对交流变频调速技术应用的不断深入，对整流变压器的要求也越来越高，三裂解传动整流变压器(以下简称三裂解整流变压器)是我公司近几年来自主研发设计的一种新产品（本产品已获得国家实用新型专利，证书号：953710）。该变压器的低压阀侧绕组裂解为三个独立分支，可以向三个不同的负荷供电，达到”一机多能”的效果。与传统的双绕组传动整流变压器相比，三裂解整流变压器大幅度降低了损耗和占地面积，为用户创造可观的经济效益和社会效益。2. 三裂解整流变压器我公司几年来已成功设计制作数十台三裂解整流变压器，大部分已投入运行。三裂解整流变压器每个心柱上的低压绕组在轴向上裂解为三部分，电气上互相独立。对应的高压绕组也要在轴向上裂解为三部分，电气上为并联连接。三裂解整流变压器与普通双绕组整流变压器相比，有很大的优越性。图1和图2是一种Y联结方式六脉波循环变流器向电动机供电的接线图，用普通双绕组传动整流变压器供电时需要三台（图1），用三裂解传动整流变压器供电时只需一台（图2）。图1 三台双绕组整流变压器供电图2一台三裂解整流变压器供电再比如钢厂的冷轧机组系统，卷取机两台直流电机和开卷机直流电机需要三台双绕组整流变压器供电，或者是一台双分裂三绕组整流变压器和一台双绕组整流变压器供电。如果选用三裂解整流变压器供电，一台就可以满足要求。因此，采用三裂解整流变压器，所需变压器数量少、制造成本低，用户节约供电成本、减少占地面积以及降低土建费用。经核算，一台三裂解全容量四绕组整流变压器与三台1/3容量双绕组整流变压器在使用性能方面基本一样。应用一台三裂解全容量四绕组整流变压器取代三台1/3容量的双绕组整流变压器时，其损耗可减少20%，占地面积减少50%。因此，三裂解整流变压器越来越受到用户的青睐。 2 三裂解整流变压器的设计三裂解整流变压器低压阀侧一般带有整流元件，负载为轧机、风机、泵类等变动频繁的负荷。与电力变压器相比，三裂解整流变压器具有以下设计特点：2.1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降低5%-10%。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、铁心振动和噪声。2.2 高压绕组对每一个低压绕组的短路阻抗值都应近似相等，但由于三个低压阀侧绕组所处的空间位置不同，漏磁场边界也不一样，因此，传统的采用漏磁面积法计算短路阻抗会产生较大的偏差。推荐采用电磁场分析软件进行计算，用漏磁能量法可以得到满意的结果。2.3由于轧机等负载变动频繁，变压器经常承受短时冲击过负荷。要保证变压器的安全稳定运行，绕组和引线的机械强度问题需要重点考虑，如导线截面不能太小，导线宽厚比不能太大等等。2.4高低压绕组间需设置屏蔽并可靠接地，以保护低压阀侧整流元件。这是由于低压绕组电压一般在1500V以下，在高压绕组和低压绕组之间以及低压绕且和铁心间存在着较大的耦合电容。当整流变压器一次侧合闸瞬间，通过高压绕组和低压绕组间的耦合电容回路，低压绕组上会产生很高的电压，这个电压对于整流回路中整流元件的威胁很大，甚至会大量损坏整流元件。因此，整流变压器的高压绕组和低压绕组间增加屏蔽接地，以保护阀侧的整流元件。2.5温升计算有以下两点需要注意：a.传动整流变压器的温升计算要充分考虑负荷频繁变动的特点，尤其是绕组的温升，应进行动态温升计算，保证绕组的热点温度在负荷频繁变动状态下不超过规定值。b.三裂解整流变压器三个低压阀侧绕组为轴向排列，运行中最上部的低压绕组1温升最高，低压绕组2温升次之，低压绕组3温升最低。而高压绕组由于是三路并联结构，实际中不能测量每一个单独绕组单元的温升，但同样是最上部的绕组单元温升最高。为了保证变压器三个低压绕组都能输出1/3的变压器额定容量，应按最上部低压绕组的温升试验值不超过规定值为准。三裂解整流变压器其余的计算过程与普通电力变压器基本相同。3 三裂解整流变压器的结构设计3.1铁心三裂解整流变压器铁心结构与普通电力变压器相同，一般为三柱式结构，采用全斜接缝无孔绑扎。铁心高度比同容量电力变压器高的多，心柱绑扎要加强，同时，在操作中严格控制铁心柱的垂直度，避免出现较大的倾斜。3.2绕组高压绕组一般采用连续式，低压绕组采用螺旋式或多路连续式。由于负载变动频繁，存在着较大的短时冲击过负荷（如钢厂轧机在轧钢的瞬间，电流可达到额定电流的300%），绕组需内衬硬纸筒，绕制一定要紧实，增加其机械强度。3.3器身与常规电力变压器基本相同，一般低压绕组在内侧，高压绕组在外侧。当低压绕组电压低、电流大时，往往要采限多路并联的形式，这时采用高压绕组在内侧，低压绕组在外侧的结构。器身装配时套装要紧实，轴向可靠压紧。对容量较大的三裂解整流变压器，采用弹簧压钉压紧器身。器身绕组排列图见图3。 (a) 三柱整体排列(b)单柱上绕组排列图3 器身绕组排列图3.4引线高低压引线全部采用冷压连接方式，在设计时要重点考虑引线的机械强度问题，特别是低压引线的铜排要夹持牢固。在线圈出头处进行可靠固定，导线夹之间净距离不大于350mm。同时避免导线夹出现悬臂梁结构，保证引线在变压器频繁过负荷状态下有足够的机械强度。3.5油箱传动整流变压器一般容量都不是非常大，单台容量从1000kVA至20000kVA左右，因此一般采用桶式油箱结构，在大电流套管处采用隔磁措施以避免产生局部过热。3.6其它3.6.1由于负荷变动频繁,当负荷快速增加时，变压器油顶温度的变化明显滞后于绕组温度的变化。油面温度计读数不能真实反映绕组温升变化情况，因此对于主传动整流变压器，需要安装绕组温度计以监测绕组的温升变化情况，使绕组热点温度不超过允许值。3.6.2低压阀侧为三路输出，箱盖上低压侧装有9只套管，由于电流较大，用户在接线时，应在套管处增加过渡软连接，避免套管在运行中受较大的拉力，引起套管损坏或渗漏油。箱盖上套管排列图见图4。 图4 套管排列图4 三裂解整流变压器的设计实例一台19000kVA/35kV三裂解整流变压器的技术参数如下：额定容量：19000kVA电 压 比：3522.5%/31.1kV联 结 组：Dd0d0d0短路阻抗：7.5%(1/3容量下)冷却方式：ONAN负载情况：115%负载下可连续运行表1 性能数据计算值与试验值的对比空载损耗kW空载电流 %负载损耗 kW短路阻抗 %高压-低压1高压-低压1高压-低压1高压 - 低压123计算值16.10.16109.47.377.417.377.53试验值13.20.13105.17.417.607.527.97表2 温升(115%容量下)计算值与试验值对比 单位：K高压绕组低压绕组1低压绕组2低压绕组3油顶计算值59.159.654.654.646.8试验值55.262.959.063.249.95 结束语三裂解传动整流变压器是一个新生的产品，轧钢等变频调速设备中采用三裂解整流变压器，所需变压器数量少、制造成本低，用户节约供电成本、减少占地面积以及降低土建费用，能够带来显著的经济效益和社会效益。三裂解整流变压器设计时应注意以下几点：1） 适当降低铁心中磁通密度来减轻负载中谐波电流和直流分量对变压器的影响；2） 高低压绕组间设置接地屏蔽来保护低压阀侧的整流元件；3） 温升计算应充分考虑短时过负荷对绕组温升的影响；4） 每个低压阀侧绕组对高压绕组的短路阻抗值都应该近似相等，应采用电磁分析软件，用场的方法进行计算。参考文献:1电力变压器手册 M.谢毓城 北京：机械工业出版社 20032电气变频调速设计技术M.杜金城 北京：中国电力出版社 20013工频电机传动系统主回路及其电流调节算法研究J 解仑，鲁亿方等 北京科技大学学报 2005.04 第27卷第2期 P253-P256Design of three-split drive rectifier transformerZhang ya-jie(Baoding Tianwei Group Tebian Electric Co.Ltd., Baoding 071056 China)Abstract：Introduced the technical characteristics and the matters need attention in the design of three-split drive rectifier transformer