兩種24脈波整流變壓器設(shè)計比較

甘銓韜，陳開全

（明珠電氣股份有限公司，廣東廣州 511400）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種領(lǐng)域應(yīng)用的變壓器越來越多，特別是近幾年電氣化軌道交通的快速發(fā)展，牽引整流和直流充電用整流變壓器的應(yīng)用更廣泛。為了減少網(wǎng)側(cè)諧波電流對電網(wǎng)的影響，地鐵牽引用整流變壓器或直流充電用整流變壓器都優(yōu)先選擇多脈波數(shù)的整流變壓器，如24脈波整流變壓器就是一種應(yīng)用很廣泛的整流變壓器。而隨著用戶需求的發(fā)展，另一種結(jié)構(gòu)的24脈波整流變壓器也在發(fā)展起來。這種新的24脈波整流變壓器的顯著特點是，它不需要兩臺并聯(lián)運行構(gòu)成24脈波，而是單臺構(gòu)成24脈波整流輸出。

本文作者主要介紹另兩種結(jié)構(gòu)的24脈波變壓器，將這兩種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品進行比較，提供另一種24脈波整流變壓器的設(shè)計方法。

1 方案一24脈波整流變壓器結(jié)構(gòu)

1.1 方案一24脈波整流變壓器的聯(lián)結(jié)組別

對于24脈波整流變壓器目前最常用的結(jié)構(gòu)是由兩臺12脈波變壓器通過并聯(lián)運行的方式來輸出24脈波電流。這種方式經(jīng)過多年的發(fā)展應(yīng)用，已經(jīng)成為一種成熟的結(jié)構(gòu)，并形成了通用的行業(yè)標準。JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》[1]就是專門針對該結(jié)構(gòu)起草的行業(yè)標準。在該標準中規(guī)定了兩種24脈波牽引整流變壓器的聯(lián)結(jié)方法如下：

（1）I＃變壓器 Dy11d0(移相+7.5°)；II#變壓器 Dy1d2( 移相-7.5°)。

（2）I＃變壓器 Dy5d0(移相+7.5°)；II#變壓器 Dy7d2(移相-7.5°)。

在以上的結(jié)構(gòu)中，為了滿足T1和T2低壓輸出之間相角差為15°的要求，對于（1）組合，I＃變壓器聯(lián)結(jié)組別為D(+7.5°)y11d0，即在Dy11d0的基礎(chǔ)上移相+7.5°，II#變壓器D(+7.5°)y1d2，即在Dy1d2的基礎(chǔ)上移相-7.5°。兩臺變壓器相角差15°，即可實現(xiàn)24脈波的目的。同理，對于（2）組合也是一樣的原理。+7.5°與-7.5°移相相量圖如圖1所示。由以上的分析可看出，移相是在高壓側(cè)實現(xiàn)移相。

1.2 方案一24脈波整流變壓器的結(jié)構(gòu)

24脈波整流變壓器為了保證阻抗平衡，高低壓通常采用上下分裂結(jié)構(gòu)，即高低壓均由上下2個繞組組成，也就是通常所說的軸向雙分裂結(jié)構(gòu)[2]。而高壓繞組由移相繞組和主繞組組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖1 +7.5°與-7.5°移相相量圖Fig.1 Phasediagram of+7.5°and-7.5°

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structurediagram°

2.3 方案一24脈波整流變壓器主要特點

方案一的24脈波整流變壓器的主要特點有：

（1）每臺24脈波變壓器由2臺獨立的12脈波變壓器組成。

（2）+7.5°與-7.5°移相在高壓側(cè)。

（3）閥側(cè)空載電壓不平衡精度高，按JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.3要求為不平衡應(yīng)不大于0.3%。

（4）兩臺變壓器短路阻抗不平衡精度高，按JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.4.3要求為不平衡應(yīng)不大于3%。

（5）移相角偏差精度高，按JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.4.3要求閥側(cè)空載線電壓相位角(15°)的偏差為±1.5%。

該結(jié)構(gòu)的24脈波整流變壓器的缺點是由兩臺變壓器組成，不但占地面積大，而且成本也高。

2 方案二24脈波整流變壓器結(jié)構(gòu)

2.1 方案二24脈波整流變壓器的聯(lián)結(jié)組別

目前該結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)組別標準并沒有明確提到，為了方便討論和區(qū)別，采用以下的聯(lián)結(jié)組別標識：Yd（-22.5°）d（-7.5°）d（+7.5°）d（+22.5°）。

在這種聯(lián)結(jié)組別中，高壓為星型連接，低壓為延邊三角形連接，移相相量圖如圖3所示。在這種結(jié)構(gòu)中，低壓四個輸出每個之間移相角相差15°，四組低壓并聯(lián)輸出則可形成24脈波輸出，如圖3所示。

2.2 方案二24脈波整流變壓器的結(jié)構(gòu)

在方案二的24脈波整流變壓器結(jié)構(gòu)中，為了保證上下4個低壓繞組輸出阻抗的平衡，同時保證出線的方便，高壓采用上下分裂結(jié)構(gòu)，即低壓均由上下4個繞組組成，高壓由上下兩個繞組組成。而每個低壓繞組由移相繞組和主繞組組成[3]。結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖3 移相相量圖Fig.3 Phasediagram

圖4 結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structurediagram°

2.3 方案二24脈波整流變壓器主要特點

與方案一的24脈波整流變壓器相比，方案二24脈波變壓器的的主要特點有：

（1）每臺24脈波變壓器由1臺獨立的24脈波變壓器組成。

（2）高壓側(cè)不移相，4個輸出低壓為延邊三角形移相結(jié)構(gòu)。

（3）閥側(cè)空載電壓偏差滿足不了JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.3要求為不平衡不大于0.3%，1%可以滿足。

（4）兩臺變壓器短路阻抗很難滿足JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.4.3要求為不平衡應(yīng)不大于3%的要求，按照GB1094.1《電力變壓器第1部分總則》[4]的要求偏差10%可滿足。

（5）移相角偏差精度也很難滿足JB/T 10693《城市軌道交通干式牽引整流變壓器》4.4.3要求閥側(cè)空載線電壓相位角(15°)的偏差為±1.5%的要求。移相角偏差±0.8°能滿足要求。

方案二結(jié)構(gòu)的24脈波整流變壓器的優(yōu)點是由一臺變壓器組成，占地面積小，而且成本也降低不少。以一臺2 000 kVA容量的24脈波變壓器和兩臺12脈波1 000 kVA的變壓器材料用量比較，比較結(jié)果如表1所示，其中用量以2 000 kVA為100基準。從表中數(shù)據(jù)可看出，相同容量下，方案一24脈波整流變壓器材料比方案二24脈波整流變壓器多25%～30%。

表1 材料比較表Table.1 Material comparison table

3 結(jié)束語

通過對兩種24脈波整流變壓器設(shè)計方法的分析比較可知，兩種結(jié)構(gòu)的24脈波整流變壓器各有優(yōu)缺點，在參數(shù)要求不是很高的場合，單臺24脈波整流變壓器有比較明顯的成本優(yōu)勢和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。作為一種改進的設(shè)計方案，值得用戶去選擇。