移相整流变压器设计与试验
汪明伟
摘要：介绍36相整流变压器设计，试验，六边型自耦移相调压和共轭
铁心应用。
关键词：谐波；移相；自耦调压；共轭铁心；半成品、成品试验
2016.10.10
1. 前言
由于电网对谐波的限制越来越严格，并制定了国家标准GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》，对整流变压器抑制谐波措施要求越来越高。消除低次谐波的办法之一就是增加变压器输出相数，即直流脉波数。本文就有关36相整流变压器设计，制造及试验等问题做一些探讨。
原公司2005年接到氯碱化工行业电解整流变压器订单，由三台ZHSPTZ-12500/10整流变压器组成，单机组等效12脉波，三机组合成36脉波。整流方式为桥式整流，冷却方式为强油循环水冷，变压器为主调合一式免吊心结构。
网侧电压：10KV
直流工作电压： 400V
直流电流：2×13000A
调压范围：10%~105% 调压级数 40级
短路阻抗：10%
主要参数确定
空载直流电压 Udo=43~450V
额定容量 SN=1.05UdoId=1.05×450×26=12285KVA
一次额定电流 I1N =
2. 设计方案
2.1 移相方案选择
变压器由调压变压器和整流变压器两部分组成，为便于设计和制
- 1 - SN=12285103=709.3A
造，三台调压变压器分别移相+10°、0°、-10°，三台整流变为同一形式即有星、角绕组桥式整流回路。因整流变压器短路阻抗为10%，所以低压星角输出经整流元件后并联，不需另加平衡电抗器。单台整流变提供12脉波直流电流，接调变后三台变压器可提供36脉波直流电流。
2.2 调压变压器设计方案
目前，一般采用自耦移相调压于一身，来达到移相和调压目的。如按用法较普遍的曲折移相方式，有载开关通过的网侧线电流大于600A，超出三相有载开关使用范围；如为了满足开关电流要求去自耦升压，还是会增加调压变的电磁容量。
我们反复研究多方求证，采用的是六边型自耦移相调压方案，有载开关电流相当于角接相电流，是曲折接法的1/3倍，满足了40级粗细调开关要求。
采用此方案的优点还有：调压变额定档阻抗电压很小，计算时可忽略，这样三台机组的阻抗一致，均流效果好。而且调压变压器绕组结构简约，材料节省，负载损耗低。但引线结构相对复杂，设计制造时
图1 六边型自耦移相调压接线原理图
图中A、B、C为调变输入端子，
Am、Xm为调变输出端子(以A相为例)
为简化起见，细调部分未画出，有载开关选用5×8=40级粗细调有载开关。
2.3 调压变压器设计
设定输入电压为 U1=UAB=UBC=UCA=10000V
U1对应绕组匝数为 W1=375
当移相角度为±10°时，
长边电压 Um=
短边电压 Uy=
长边绕组匝数 Wm=
短边绕组匝数 Wy=
当移相角度为0°时，
Um=8846, Uy=1154
Wm=332, Wy=43
调压变压器为三相三柱式铁心，由里向外套有移相绕组、基本绕组、粗调绕组、细调绕组，绕组均为层式。接线原理图如图2：
- 3 - 22232U1sin(60°－10°)=8846V U1sin10°=2005V W1sin(60°－10°)=332 W1 sin10°=75
确定绕组同名端（绕向）时，应考虑绕线方便，也要注意绕组间电势大小，保证主纵绝缘距离合理。
2.4 整流变压器设计
只要是三相桥式整流就可取得6脉波直流输出，如果绕组中同时有星和角供电，便可得到12脉波直流。一般整流变压器低压电压低，绕组匝数少，很难达到角接绕组匝数是星接绕组倍的整数匝，只能在高压侧做成一星一角两个器身，使低压相同接法的两个绕组中感应电势有30°相位差。这种方式使变压器结构变的复杂，出线等布置困难，体积和材料都相应增加。
我们选择了共轭式铁心结构，低压绕组一个星接一个角接，高压对应两个绕组接法相同。当星接绕组为7匝时，角接绕组匝数应为7=12.12，取12匝，相当于角接低压绕组匝数减少1%左右。为保证
低压电压值相同，将星接高压绕组匝数增加约1%，相当于降低星接绕组匝电势和电压1%。
再把两个铁心做成共轭式，如图3所示：
图3 共轭铁心及绕组示意图
铁心中Φy与Φd方向相同，大小相差约1%，有铁心中轭之后，上述两磁通差值将通过中轭闭合，即ΦΔ=Φd－Φy 。中轭截面大于心柱截面的1%即可，本方案的工艺考虑取5% 。
整流变压器为三相三柱共轭式，心柱为外接圆形，中轭为矩形，便于插片和固定。线圈套装时，拆下中轭，待套完下部线圈时再插好中轭，然后再套装上部线圈。这样线圈套装时，不需翻转铁心。中轭夹件与铁心不导磁钢拉板设有定位，以保证受到上下绕组压力时不产生位移。
高低压绕组均为饼式，上部低压绕组有正、反星接，封星后同相逆并联引出；下部低压绕组有正、反角接，封角后同相逆并联引出。
角接铜排在左，星接铜排在右，同侧平行布置，以便与整流装置连接。
3. 产品验证
3.1 半成品试验
因为本例产品特殊性，我们对六边型自耦移相进行了模拟试验，对电压，电流和相位关系做了验证。在调压变结线前进行匝数比试验。结线后做单相变比试验时，为保持主绕组和移相绕组匝电势相同，把非测量绕组短路，这样才能得到准确数据。
共轭式整流变结线前上下绕组分别做变比试验，结线后，可直接测量一、二次电压，来验证电压比。
3.2 成品试验
一般试验同普通电力变压器，电压比试验靠实测电压来判定。 判别三台变压器移相角度时，可选择每台变压器同一低压绕组，连反星及角接相位判定方法相同。
其电压关系式为： Uab=Ubc=Uca=U
Uc?10?a?10?与Uc0?a0? 相位差10°， Ua?10?a0?=2sin5° U Uc?10?a?10?与Uc?10?a?10?相位差20°， Ua?10?a?10?=2sin10° U Uc?10?a?10?与Uc0?b0? 相位差70°， Ua?10?b0?=2sin35° U Uc?10?a?10?与Uc?10?b?10?相位差80°， Ua?10?b?10?=2sin40° U
Udo450我们测的低压电压最高档，U===333.3V，其标准值和实
1.351.35
测值如下表：
测得结果证明移相角度正确，端子顺序无误。 其他试验结果都符合技术规范要求，本文以略。
4. 结束语
六边型自耦移相调压变与共轭式整流变运用，虽然给设计和制造带来很大难度，但是产品结构紧凑，节约可观的材料费用。在目前原材料价格居高不下的形式下，只有技术创新，产品创新，才能在市场上占有优势。
实践是检验真理的唯一标准。设计试制过程中，我们遇到了许多新问题，甚至有时需推倒一些书本上的论点和公式。这种情况下，不能照抄硬搬类似的经验，只能靠严谨的研究，不断地求证来获得成功。有时找到正确的验证方法，其意义不亚于被验证的事件本身。
作者简介：汪明伟 (1954－ )，男，辽宁省锦州市人，原锦州变压器股
份有限公司副总经理，总工程师，高级工程师，持有多项
变压器发明专利。
参考文献
(1) 崔立君 等 《特殊变压器理论与设计》
北京：科学技术出版社 1996
(2) 刘忏斌 等 《硅整流所电力设计》
北京：冶金工业出版社 1983
(3) 王世忠 《带移相线圈的有载自耦调压器一、二次侧间相位角的
测定》 1986.6
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