一種海洋平臺多繞組分裂變壓器的技術特點及應用

/天津天能變壓器有限公司 田貴書 趙忠云 /

一種海洋平臺多繞組分裂變壓器的技術特點及應用

/天津天能變壓器有限公司 田貴書 趙忠云 /

本文介紹了一種海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器技術原理、結構構成，分析了該變壓器的技術特點及諧波抑制。

海洋平臺用干式變壓器；結構；性能；諧波抑制

0 引言

從1996年開始，環氧樹脂澆注干式變壓器以它耐腐蝕（防鹽霧、防霉菌、防濕熱）、無污染、低損耗、低噪聲、免維護、抗震、難燃、安全、可靠、外形美觀等諸多優點，陸續替代了原有的海洋采油平臺用油浸式變壓器以及完全為油浸式結構、僅絕緣介質用耐熱等級為B級環氧樹脂常態下澆注固化在殼體內的所謂干式變壓器。但大部分運行方式沒有太大的改變，還是一臺三相雙繞組變壓器只帶一個負載。

隨著海洋采油平臺上各種不同的負載種類的逐步增加，大量電機變頻裝置的使用，也逐漸暴露了普通的三相雙繞組干式變壓器存在的問題：①無法滿足多種不同負載的需求；②不能有效地抑制因多個中低壓變頻器造成的系統諧波，使變壓器發熱，噪聲升高，影響變壓器的安全可靠性和使用壽命，且系統諧波對電網污染較大，如加濾波裝置后不但增加了平臺面積，而且一次性投入成本較高；③多臺變壓器占地面積較大，平臺的造價增加。因此，解決變頻裝置產生的多次諧波的影響，有效地降低諧波的含量，確保10kV側對電網的諧波含量滿足規范要求，保證產品運行的安全可靠性及正常的使用壽命已成為當前急需解決的問題。

本文介紹一種海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器，它可以解決現有技術存在的上述不足，完全滿足海洋平臺上的環境條件，是一種結構簡單、操作方便、適合多種負荷、有效抑制諧波的多功能海洋平臺用干式變壓器。

1 產品基本參數及負荷特性

（1）主要參數（以PZBSSCFB-2000/10為例）

容量匹配（kVA）：2000/315/2×630/2×630；電壓組合（kV）：10/0.4/2×0.4/2×1.26；聯結組別：一臺：Dy11d0yn11（移相+7.5°）；另一臺：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

（2）負荷特性

0.4kV、315kVA為照明及電加熱提供電源；0.4kV、2×630kVA為12脈波380V低壓變頻器提供電源，負責水平井、定向井等電泵供電；1.26kV、2×630kVA為12脈波中壓變頻器提供電源，負責同井采注、螺桿泵轉電泵等電泵供電。低、中壓變頻器均含有豐富的諧波。

2 海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器的技術原理

眾所周知，移相的目的是使變壓器二次繞組的同名端線電壓之間有一個相位移，從而提高整流設備的脈波數。脈波數與各臺整流變壓器移向角度的關系：α=360/P

每臺變壓器中壓輸出1.26kV及一個低壓輸出0.4kV均為軸向分裂，分裂的中壓1.26kV及低壓0.4kV每個繞組均可帶一個6脈波變頻器；分裂的兩個中壓1.26kV及兩個低壓0.4kV（其中一個接成“y”、另一個接成“d”）可分別帶一個12脈波中壓變頻器及一個12脈波低壓變頻器；變壓器的高壓繞組（亦排布為軸向分裂）連接成延邊三角形，兩臺變壓器中一臺移相+7.5°、另一臺移相-7.5°。兩臺變壓器中分別帶的中低壓12脈波變頻器中產生的11、13、35、37等次諧波在兩臺變壓器高壓側公共電源中相互抵消，起到相當于24脈波整流降低諧波的效果。

3 結構特點（構成）

圖1中，1為鐵心；2為低壓0.4kV動力照明繞組；3為低壓0.4kV帶變頻電潛泵的繞組；4為中壓1.26kV帶變頻電潛泵的繞組；5為低壓0.4kV帶變頻電潛泵的繞組的屏蔽層；6為中壓1.26kV帶變頻電潛泵的繞組的屏蔽層；7為6或10kV高壓繞組（7-1和7-4為6或10kV高壓繞組主繞組；7-2和7-3為6或10kV高壓繞組移相繞組）。

圖1

圖1中低壓繞組2一體不分裂，所帶負載為電加熱和照明，負載無諧波，不會對電網造成污染。

低、中壓繞組3和4均軸向分裂，軸向分裂繞組容量相同、電壓相同，所帶負載為低、中壓12脈波變頻電潛泵，負載有諧波，諧波會對電網造成污染。

變壓器低壓及中壓分裂繞組外層設置了靜電屏蔽層，使高、低壓及高、中壓繞組互相隔離，形成兩個獨立系統，以消除靜電耦合作用，還可以為高次諧波提供通路，減小諧波危害。

高壓繞組7軸向分裂，上、下繞組均包含主繞組及移相繞組，分別連接成延邊三角形然后并聯運行；僅改變高壓上下分裂繞組中的主繞組 “D”型連接順序；即可實現一臺變壓器移向角為+7.5°，另一臺變壓器移向角為-7.5°。增強了產品的互換性。

高壓繞組設置+5%、+2.5%、0、-2.5%和-5%五個電壓調節分接檔（主繞組及移相繞組同時設置分接，確保每檔移相角的精度，限制非特征諧波），以便穩定二次電壓輸出。

4 產品主要技術特點

4.1 一變多用（多控）

一臺變壓器既可以為照明、電加熱提供電源，又可以帶低、中壓12脈波變頻電潛泵，相當于五臺變壓器的功能。有效地降低了海洋平臺的占地面積。

4.2 增加變壓器運行的可靠性

兩臺變壓器通過母聯控制，既可以并聯運行，在一臺故障或檢修時另一臺也可以單獨運行。在變壓器冷卻風機開啟下，一臺變壓器可以承擔大部分負荷的供電，增加了供電可靠性。

4.3 抑制諧波能力

（1）變頻器諧波波形

圖2 6脈波變頻器諧波波形

變頻器諧波波形分別如圖2～圖4所示。

圖3 12脈波變頻器諧波波形

圖4 等效24脈波諧波波形

（2）抑制諧波能力分析

變頻器產生的諧波電流（諧波次數及諧波電流的幅值）在理想情況下，假定電網換相變流器的直流電流平直，其電壓脈波數為P，則網側電流中只含有h=kP±1次的特征諧波（式中，K為正整數），第h次諧波電流的理論值為Ih=I1/h（式中，I1為基波值）。

實際上，由于各種非理想因素（電網電壓不平衡，觸發延遲角不對稱，負荷不平衡等）的存在，不可避免地產生非特征次數諧波。

考慮到非特征諧波實際6、12、24脈波電路中諧波含量可知，12脈波變頻器中5、7、17、19等次諧波電流和等效24脈波系統中5、7、11、13、17、19、35、37等次諧波電流均在一次接線中環流，基本上不流到電網中去，電網電流中12脈波變頻器主要只有11、13、23、25等，等效24脈波系統中主要只有23、25、47、49等次諧波電流，從而大大減少了電網中的諧波含量，尤其消除了振幅較大的5、7次諧波。

5 社會及經濟效益對比

技術經濟性能分析比較（以PZBSSCFB-2000/10為例）：定容量（kVA）：2000/315/2×630/2×630 ；額定電壓（kV）：10±2×2.5%/0.4/0.4×2/1.26×2；聯結組別：一臺：Dy11d0yn11（移相+7.5°），另一臺：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

從下表中單臺PZBSSCFB-2000/10的海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器和五臺相同容量的雙繞組海洋平臺用干式變壓器性能數據相比，空載損耗下降38%左右；負載損耗下降53%左右；銅導線下降了6%；硅鋼用量下降35%左右；重量降低32%左右；占地面積減小了57%。這種海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器不但可有效抑制諧波污染，環保效益顯著；而且可降低能源消耗，節約生產成本，降低平臺造價，對海洋電力工程貢獻大；大大提高了用戶裝備水平，其經濟效益和社會效益顯著，是值得推廣的一種海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器。

表 性能數據對比

6 應用

我公司為某油田生產的兩臺PZBSSCFB-2000/10海洋平臺用多繞組移相分裂干式變壓器，已在海洋平臺特殊環境中安全可靠運行兩年半，用戶通過實測，雖然因實際工況，兩組12脈波變頻電潛泵的負荷不能達到完全相等，其諧波略大于表中等效24脈波諧波數據，但遠低于12脈波變頻器諧波及國家標準，達到了用戶設計要求，贏得了用戶的信賴。