高低高變頻調速系統中組合式變壓器設計

許岐岐，穆淑萍，劉井衛，齊玉明

（1.濟南清河電氣有限公司，山東濟南250116；2.國網山東寧津縣供電公司，山東寧津253400）

高低高變頻調速系統中組合式變壓器設計

許岐岐1，穆淑萍1，劉井衛1，齊玉明2

（1.濟南清河電氣有限公司，山東濟南250116；2.國網山東寧津縣供電公司，山東寧津253400）

在高低高變頻調速系統中，研發設計了降壓變壓器和升壓變壓器，器身放于同一油箱中，成為一臺油浸式組合式變壓器，經投入運行，效果良好，值得在變頻調速系統中推廣。

組合式變壓器；變頻調速；設計

0 引言

隨著中國經濟的快速發展，電力能源成為制約經濟增長的瓶頸，節能降耗也就成為國家和企業關注的問題，各種變頻調速系統得到了廣泛應用。目前應用比較多的主要有高壓型和高低高型兩種變頻調速系統［1］。

高壓型變頻調速系統。由于在變頻器的直流環節采用了電容元件而得名，隨著技術的進步，高壓變頻器可以實現四象限運行，也能實現矢量控制，已經成為當前傳動系統調速的主流產品。

高低高型變頻調速系統。采用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應用在中、高壓環境中。這種技術就是利用降壓變壓器—低壓變頻器—整流濾波器—升壓變壓器—高壓電機，將低壓變頻器應用在高壓電機調速系統中，達到節能的目的。由于采用標準的低壓變頻器，配合降壓、升壓變壓器，故可以任意匹配電網及電動機的電壓等級，容量小于500kW時，成本較直接高壓變頻器低。高低高型變頻調速系統廣泛應用在鋼鐵、電力、石化、煤炭、建材等高耗能行業。

圖1 高低高變頻調速系統組成

1 高低高變頻調速系統中的組合式變壓器

圖1為高低高變頻調速系統組成示意圖。在系統中，降壓變壓器把線路電壓10 kV降到低壓變頻器所用的電壓0.4～0.69 kV；升壓變壓器用在變頻器和高壓電機之間，即把變頻器輸出的0.62 kV電壓變成高壓電機用的10 kV或6 kV電壓。這兩種變壓器若要設計成干式變壓器，就需要分別設計成兩臺單獨的變壓器，一種升壓變壓器和一種降壓變壓器，成本較高；若要設計成油浸式變壓器，也可以設計成兩臺，但為了節約材料降低成本，可以把兩臺油浸式變壓器放在一個油箱中使用，使產品成為一臺組合式變壓器［2］。

組合變壓器的設計原則為：降壓變壓器與升壓變壓器采用截面積相同的鐵心，鐵心外面分別套上對應的一次和二次線圈，兩臺變壓器器身上下放置或一字排開并列放置，分別形成兩個獨立的磁路系統；單臺變壓器線圈的計算與普通變壓器的計算基本相同。

2 組合式變壓器設計

2.1 組合式變壓器電磁計算

在變壓器的容量選擇上，有時用戶提出一些特殊規格容量的產品。在某項目中，用戶要求降壓變壓器450kVA；升壓變壓器460kVA。經過和用戶溝通，了解變壓器的用途后，決定將升降壓變壓器容量統一采用450 kVA,損耗要求達到S11型［3］。在滿足用戶需求的同時使產品能夠符合國標，升降壓變壓器選用同一種容量。

在變壓器的電磁計算方面，同一種容量的變壓器鐵心的截面也是相同的［4］。雖然兩種變壓器的鐵心截面相同了，但電壓是不同的，線圈匝數上肯定是有差別的。可以稍微改變一點磁通密度和電流密度，使線圈的軸向和幅向尺寸基本保持一致。設計的450kVA的升降壓變壓器，所選的鐵心截面是一致的，升壓變壓器（620 V）的磁通密度取1.398 T，匝數取34匝；而降壓變壓器（690 V）的磁通密度取1.393 T，匝數取38匝，兩種變壓器的磁通密度選取基本一致，但匝數是有差別的。為了保證兩臺變壓器的軸向和幅向尺寸基本保持一致，把低壓側匝數多的銅線輻向尺寸選小一點，電流密度取2.85A／mm2，低壓側匝數少的銅線輻向尺寸選大一點，電流密度取2.68 A／mm2，而軸向選取同樣的尺寸；同樣高壓側也是這樣，匝數多的選取的電流密度為2.15 A／mm2，匝數少的選取的電流密度為2.1 A／mm2，這樣就保證了高低壓線圈尺寸的基本統一，使兩臺升降壓變壓器的鐵心完全統一，使所用油箱的尺寸優化到最小。

2.2 組合式變壓器結構的設計

2.2.1 升降壓變壓器內部結構設計

當用戶要求的變壓器容量較小時，根據組合柜尺寸的大小可以把升降壓變壓器器身采用上下排列放置；當變壓器容量較大時，可以把升降壓變壓器器身一字排開，并列放置［3］。用特殊的絕緣材料把兩臺變壓器器身隔開，使兩臺變壓器運行時能夠達到它各自的電氣性能和絕緣性能，以使它們同時運行時，不產生相互干擾。

2.2.2 升降壓變壓器外部結構設計

普通變壓器出線方式，采用普通瓷套從油箱上部引出。為了減小油箱的高度，變壓器的出線方式也不同于常規產品，這種組合變壓器產品出線采用箱壁側焊接法蘭的方式，根據組合柜的要求，變壓器可以正面出線，也可以側面出線，高壓套管采用自身帶有雙密封裝置的肘型套管，低壓采用銅接線端子［5］。為便于操作，兩臺變壓器的分接開關也放在變壓器油箱的側面。變壓器結構如圖2所示。

圖2 組合式變壓器結構

2.3 組合式變壓器的特點

升降壓組合式油浸變壓器的優點是從整體來說比兩臺單獨的油浸式變壓器節省了一部分變壓器油和油箱鋼材的用量，使整體材料成本降低，而且不影響實際運行效果。缺點是若一臺變壓器運行中發生故障，需要檢修的話，則另一臺變壓器也會受到影響，必須從線路中退出運行。當然，這種油箱結構對于油箱的焊接水平要求較高，處理不好容易漏油。

3 結語

研制開發的升降壓為一體的組合式變壓器已有多臺成功應用于高低高變頻調速系統中，運行狀況均良好，得到了用戶的好評。這種升降壓一體的組合變壓器既滿足了用戶的需求，又節省了材料成本。隨著高低高變頻調速系統的推廣，越來越多的升降壓組合式油浸變壓器會得到應用。同時根據變頻調速系統中升降壓一體的組合變壓器的設計，可以推廣到其它應用環境中：兩臺變壓器器身可以放在一起運行，采用共用油箱。

［1］周志敏，紀愛華.變頻器工程應用［M］.北京:化學工業出版社，2013.

［2］崔立君.特種變壓器理論與設計［M］.北京:科學技術文獻出版社，1995.

［3］GB 1094.1—2013電力變壓器,第1部分總則［S］.

［4］尹克寧.變壓器設計原理［M］.北京：中國電力出版社，2003.

［5］GB 6451—2008油浸式電力變壓器技術參數和要求［S］.

The Design of the Integral Type Transformer in the High-low-high Variable-frequency Speed Regulation System

In the high－low－high variable－frequency speed regulation system,the step－down transformer and step－up transformer were designed.An oil－immersed integral type transformer was formed by putting the two transformers in the same oil tank.Practical application proved that this method had good effectiveness,and was worthy to be popularized in the variablefrequency speed regulation system.

integral type transformer；variable－frequency speed regulation；design

TM403

：B

：1007－9904（2014）04－0055－03

2014－07－05

許岐岐（1975—），女，高級工程師，從事變壓器設計工作；

穆淑萍（1975—），女，工程師，從事變壓器設計工作；

劉井衛（1973—），男，高級工程師，從事成套電器設計工作；

齊玉明（1975—），男，工程師，從事供電工作。