移相整流变压器设计与试验

移相整流变压器设计与试验
汪明伟
摘
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要：
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 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 = SN = 12285 = 709.3A
I 1N = = = 709.3A 10 3 10 3
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，设计制造时有一定难度。

调压变接线原理如图1：
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U1=U AB=U BC=U CA=10000V
U1 对应绕组匝数为W1=375 当移相角度为± 10°时，
长边电压U m= 2 U1sin（60°－10 °）=8846V
3
短边电压U
y= 2 U1sin10°=2005V
3
长边绕组匝数2
W m= 2 W1sin（60°－10°）=332
短边绕组匝数2
W y= 2 W1 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：
图2 调压变接线原理图
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
7 3 =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：
图中
W y—星接高压绕组
W d—角接高压绕组
Φy—星接绕组铁心主磁通Φd—角接绕组铁
心主磁通ΦΔ—中轭铁心主磁通
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，连接同一同名端子，测量其他端子的电压，图4 所示是正星接时三台变
压器判别相位结线方法，
- 6
图4 连接星接C点后电气相量图
反星及角接相位判定方法相同。

其电压关系式为：
U ab =U bc=U ca=U
U 10 10 与U 0 0 相位差10°，U 10 0 =2sin5 ° U
c a c a a a
U 10 10 与U 10 10 相位差20°，U 10 10 =2sin10 ° U c a c a a a
U 10 10 与U 0 0 相位差70°，U 10 0 =2sin35 ° U
c a c b a b
U 10 10 与U 10 10 相位差80°，U 10 10 =2sin40 ° U c a c b a b 我们测的低压电压最高档，U= Udo = 450 =333.3V，其标准值和实
1.35 1.35
测值如下表：
测得结果证明移相角度正确，端子顺序无误。

其他试验结果都符合技术规范要求，本文以略。

4. 结束语
六边型自耦移相调压变与共轭式整流变运用，虽然给设计和制造
带来很大难度，但是产品结构紧凑，节约可观的材料费用。

在目前原材料价格居高不下的形式下，只有技术创新，产品创新，才能在市场上占有优势。

实践是检验真理的唯一标准。

设计试制过程中，我们遇到了许多新问题，甚至有时需推倒一些书本上的论点和公式。

这种情况下，不能照抄硬搬类似的经验，只能靠严谨的研究，不断地求证来获得成功。

有时找到正确的验证方法，其意义不亚于被验证的事件本身。

作者简介：汪明伟(1954－)，男，辽宁省锦州市人，原锦州变压器股
份有限公司副总经理，总工程师，高级工程师，持有多项变压器发明
专利。

参考文献
(1) 崔立君等《特殊变压器理论与设计》
：科学技术出版社1996
(2) 刘忏斌等《硅整流所电力设计》
：冶金工业出版社1983
(3) 王世忠《带移相线圈的有载自耦调压器一、二次侧间相位角的
测定》1986.6。