（保定天威集團(tuán)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(duì)掛網(wǎng)運(yùn)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(lái)越高。整流設(shè)備的脈波數(shù)越多，對(duì)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(yīng)用[1]。但是，脈波數(shù)越多，整流變壓器的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，參數(shù)性能也越難保證，對(duì)變壓器生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平、制造能力都提出了更高的要求。所以，目前國(guó)內(nèi)單機(jī)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(yīng)用于“西氣東輸”項(xiàng)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(yīng)系統(tǒng)中變頻器機(jī)組的需要，對(duì)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(jī)組中的關(guān)鍵設(shè)備都需要進(jìn)口，為了保證國(guó)家能源安全，國(guó)家也在加大力度推進(jìn)相關(guān)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化工作。

1 項(xiàng)目要求

單機(jī)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(lèi)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的首次嘗試，也是該公司首次挑戰(zhàn)試制單機(jī)輸出如此多脈波的移相整流變壓器。在國(guó)內(nèi)、外尚屬首例。結(jié)合上述合同技術(shù)協(xié)議約定，經(jīng)過(guò)對(duì)多種可行方案的研究討論，確定性?xún)r(jià)比最優(yōu)的技術(shù)方案。根據(jù)合同技術(shù)協(xié)議，需要滿(mǎn)足如下要求。1）變壓器容量16 000 kVA，單機(jī)3×36 脈波輸出，且希望尋求適合更大容量的設(shè)計(jì)方案。2）單機(jī)多脈波輸出，其器身結(jié)構(gòu)及引線復(fù)雜，但需有較高的批量生產(chǎn)的可操作性。3）低壓側(cè)要考慮12 kV 對(duì)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(shè)計(jì)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(jiàn)。普通36 脈波整流變壓器需要6 組低壓線圈實(shí)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(gè)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(shì)必會(huì)導(dǎo)致器身過(guò)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(jié)構(gòu)，2 個(gè)器身的高壓分別Y 接和D 接，并聯(lián)出線，單個(gè)器身低壓采用外延三角形軸向九分裂結(jié)構(gòu)，分別以Yd11 和Dd0為基準(zhǔn)，-20°和+20°移相，單器身可實(shí)現(xiàn)3×18 脈波輸出，雙器身共箱方式可實(shí)現(xiàn)單機(jī)3×36 脈波輸出。其原理如圖1 所示。

圖1 雙器身實(shí)現(xiàn)輸出3×36 脈波原理圖

2.2 器身結(jié)構(gòu)

每個(gè)器身低壓側(cè)分裂為多路，線圈結(jié)構(gòu)、引線排布非常復(fù)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(cè)，即，沿輻向方向，依次排布為：鐵心—高壓線圈—低壓線圈。

每個(gè)器身的高壓線圈軸向三分裂，每路高壓均對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)，三個(gè)高壓線圈從上到下依次分別對(duì)應(yīng)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(shè)置接地屏蔽，減小網(wǎng)側(cè)高頻沖擊電壓對(duì)閥側(cè)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(jì)算可以采用手工解析法或電磁場(chǎng)仿真軟件Magnet 提供的數(shù)值解，分別計(jì)算高壓側(cè)與低壓側(cè)的短路阻抗，并進(jìn)行對(duì)比分析，以滿(mǎn)足訂貨合同中全穿越阻抗介于8%～12%的技術(shù)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(hào)：ZSI-16000/10

電壓組合：10±5%/18×0.66kV

聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)：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(shè)計(jì)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(guò)高，因此采用內(nèi)、外線圈均加油流導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。

3.2.2 器身部分

產(chǎn)品器身為多個(gè)線圈套裝，需要注意套裝順序，并嚴(yán)格控制各個(gè)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(shí)出現(xiàn)W 錯(cuò)焊問(wèn)題，所有線圈、線包出頭部位均標(biāo)有明顯標(biāo)識(shí)，保證能夠清晰識(shí)別。高、低壓之間的屏蔽板開(kāi)口與外側(cè)紙板開(kāi)口相互錯(cuò)開(kāi)，保證幅向主絕緣一致。

低壓引線錯(cuò)綜復(fù)雜，備線時(shí)須嚴(yán)格進(jìn)行清潔防護(hù)。焊線時(shí)要按照?qǐng)D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(jié)構(gòu)，鐵心芯柱高，需要嚴(yán)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(guò)拉板與心柱連成整體，保證鐵心整體的機(jī)械強(qiáng)度。鐵心通過(guò)兩側(cè)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(yùn)用的實(shí)際情況，考慮到低壓對(duì)地共模電壓，低壓選用54 支12 kV 級(jí)套管出線，組內(nèi)、組間按試驗(yàn)電壓AC35 kV 考核。

為了方便現(xiàn)場(chǎng)工程接線，產(chǎn)品采用雙器身“一”字排列共箱結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品操作工藝性。箱蓋低壓側(cè)密集分布了54 支套管法蘭，不僅需要保證箱蓋本身的強(qiáng)度、箱蓋起吊器身承重能力，還應(yīng)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(guò)程中應(yīng)要制定專(zhuān)有的工藝方案，采用間隔開(kāi)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(shí)施效果實(shí)照

圖4 為完成的總裝配工序，處于待試驗(yàn)狀態(tài)的實(shí)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(shí)照?qǐng)D

4 該變壓器性能數(shù)據(jù)協(xié)議要求值、計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

該產(chǎn)品順利地通過(guò)了由河北省變壓器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站組織的例行試驗(yàn)和型式試驗(yàn)，各性能數(shù)據(jù)要求值、計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比見(jiàn)表1，結(jié)果表明各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，完全滿(mǎn)足用戶(hù)要求，成功驗(yàn)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(shè)計(jì)制造技術(shù)含量高、性能先進(jìn)、安全可靠的產(chǎn)品積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

表1 性能數(shù)據(jù)要求值、計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

該單機(jī)3×36 脈波油浸式整流變壓器國(guó)內(nèi)、外尚未出現(xiàn)同類(lèi)產(chǎn)品，豐富了公司在該技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)品線。產(chǎn)品獲得了河北省科學(xué)技術(shù)廳頒發(fā)的國(guó)際先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果證書(shū)，并獲得兵裝集團(tuán)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。產(chǎn)品投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況良好，受到了用戶(hù)的好評(píng)。