两种24脉波整流变压器设计比较

2018-10-11甘铨韬陈开全

机电工程技术 2018年8期

甘铨韬，陈开全

（明珠电气股份有限公司，广东广州 511400）

0 前言

随着我国经济的快速发展，各种领域应用的变压器越来越多，特别是近几年电气化轨道交通的快速发展，牵引整流和直流充电用整流变压器的应用更广泛。为了减少网侧谐波电流对电网的影响，地铁牵引用整流变压器或直流充电用整流变压器都优先选择多脉波数的整流变压器，如24脉波整流变压器就是一种应用很广泛的整流变压器。而随着用户需求的发展，另一种结构的24脉波整流变压器也在发展起来。这种新的24脉波整流变压器的显著特点是，它不需要两台并联运行构成24脉波，而是单台构成24脉波整流输出。

本文作者主要介绍另两种结构的24脉波变压器，将这两种结构的产品进行比较，提供另一种24脉波整流变压器的设计方法。

1 方案一24脉波整流变压器结构

1.1 方案一24脉波整流变压器的联结组别

对于24脉波整流变压器目前最常用的结构是由两台12脉波变压器通过并联运行的方式来输出24脉波电流。这种方式经过多年的发展应用，已经成为一种成熟的结构，并形成了通用的行业标准。JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》[1]就是专门针对该结构起草的行业标准。在该标准中规定了两种24脉波牵引整流变压器的联结方法如下：

（1）I＃变压器 Dy11d0(移相+7.5°)；II#变压器 Dy1d2( 移相-7.5°)。

（2）I＃变压器 Dy5d0(移相+7.5°)；II#变压器 Dy7d2(移相-7.5°)。

在以上的结构中，为了满足T1和T2低压输出之间相角差为15°的要求，对于（1）组合，I＃变压器联结组别为D(+7.5°)y11d0，即在Dy11d0的基础上移相+7.5°，II#变压器D(+7.5°)y1d2，即在Dy1d2的基础上移相-7.5°。两台变压器相角差15°，即可实现24脉波的目的。同理，对于（2）组合也是一样的原理。+7.5°与-7.5°移相相量图如图1所示。由以上的分析可看出，移相是在高压侧实现移相。

1.2 方案一24脉波整流变压器的结构

24脉波整流变压器为了保证阻抗平衡，高低压通常采用上下分裂结构，即高低压均由上下2个绕组组成，也就是通常所说的轴向双分裂结构[2]。而高压绕组由移相绕组和主绕组组成。结构示意图如图2所示。

图1 +7.5°与-7.5°移相相量图Fig.1 Phasediagram of+7.5°and-7.5°

图2 结构示意图Fig.2 Structurediagram°

2.3 方案一24脉波整流变压器主要特点

方案一的24脉波整流变压器的主要特点有：

（1）每台24脉波变压器由2台独立的12脉波变压器组成。

（2）+7.5°与-7.5°移相在高压侧。

（3）阀侧空载电压不平衡精度高，按JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.3要求为不平衡应不大于0.3%。

（4）两台变压器短路阻抗不平衡精度高，按JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.4.3要求为不平衡应不大于3%。

（5）移相角偏差精度高，按JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.4.3要求阀侧空载线电压相位角(15°)的偏差为±1.5%。

该结构的24脉波整流变压器的缺点是由两台变压器组成，不但占地面积大，而且成本也高。

2 方案二24脉波整流变压器结构

2.1 方案二24脉波整流变压器的联结组别

目前该结构的联结组别标准并没有明确提到，为了方便讨论和区别，采用以下的联结组别标识：Yd（-22.5°）d（-7.5°）d（+7.5°）d（+22.5°）。

在这种联结组别中，高压为星型连接，低压为延边三角形连接，移相相量图如图3所示。在这种结构中，低压四个输出每个之间移相角相差15°，四组低压并联输出则可形成24脉波输出，如图3所示。

2.2 方案二24脉波整流变压器的结构

在方案二的24脉波整流变压器结构中，为了保证上下4个低压绕组输出阻抗的平衡，同时保证出线的方便，高压采用上下分裂结构，即低压均由上下4个绕组组成，高压由上下两个绕组组成。而每个低压绕组由移相绕组和主绕组组成[3]。结构示意图如图4所示。

图3 移相相量图Fig.3 Phasediagram

图4 结构示意图Fig.4 Structurediagram°

2.3 方案二24脉波整流变压器主要特点

与方案一的24脉波整流变压器相比，方案二24脉波变压器的的主要特点有：

（1）每台24脉波变压器由1台独立的24脉波变压器组成。

（2）高压侧不移相，4个输出低压为延边三角形移相结构。

（3）阀侧空载电压偏差满足不了JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.3要求为不平衡不大于0.3%，1%可以满足。

（4）两台变压器短路阻抗很难满足JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.4.3要求为不平衡应不大于3%的要求，按照GB1094.1《电力变压器第1部分总则》[4]的要求偏差10%可满足。

（5）移相角偏差精度也很难满足JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》4.4.3要求阀侧空载线电压相位角(15°)的偏差为±1.5%的要求。移相角偏差±0.8°能满足要求。

方案二结构的24脉波整流变压器的优点是由一台变压器组成，占地面积小，而且成本也降低不少。以一台2 000 kVA容量的24脉波变压器和两台12脉波1 000 kVA的变压器材料用量比较，比较结果如表1所示，其中用量以2 000 kVA为100基准。从表中数据可看出，相同容量下，方案一24脉波整流变压器材料比方案二24脉波整流变压器多25%～30%。