高压干式多绕组移相变频整流变压器的设计

技术部分、GVF10kV 高压变频器1.1系统组成GVF 10kV变频调速系统由旁路柜（可选）、移相变压器柜（必选）、逆变器柜（必选）、控制柜（必选）组成。

GVF变频器为高—高电压源，交—直—交, SPW型变频器。

全套系统见图1-1。

图1-1 GVF 10kV高压变频器组成旁路柜：旁路柜采用手动一拖一方案（根据用户需要可定做自动旁路方案）。

手动旁路柜主要功能是当变频器需要检修维护时，通过倒闸操作，使得变频器退出运行，实现电机的工频启动运行。

旁路方案如图1-2,旁路柜主要由三个刀闸组成，包括输入刀闸QS1、输出刀闸QS2、旁路刀闸QS3。

QS1、QS2、QS3三个刀闸换成真空接触，可以实现自动转换。

当系统工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2打开。

当系统变频运行时，QS1 和QS2闭合，QS3打开。

QS1与QS3有机械互锁。

各隔离开关都预留辅助接点。

旁路柜内置防浪涌吸收装置，对系统进行浪涌保护。

图1-2手动旁路柜方案移相变压器柜：由输入变压器、温控仪和风冷系统组成。

输入变压器为54脉冲移相干式变压器（以下简称移相变压器），由其为逆变器的各个功率单元提供整流用电源。

逆变器柜：内置27个结构相同的单相逆变功率单元（以下简称功率单元），这些功率单元按每相9个的结构放置在柜体内，由高压电缆和高压铜排连接。

逆变器柜内布置有风冷系统。

控制柜：内置有主控板、人机界面、UPS、低压电器等控制及操作器件。

1.2系统技术方案变频器工作原理如图1-3，采用多个低压的功率单元串联实现高压输出，输出侧采用多电平移相正弦PWMI制，输入降压变压器采用移相方式，可有效消除装置对电网的谐波污染。

串联型多电平高压变频器采用多个独立的低压串联实现高压输出，包含移相变压器和功率单元两大部分。

图1-3变频器工作原理图移相变压器采用多重化设计，将网侧的高压变换成二次侧的多组低电压（本工程为27组），二次侧绕组在绕制时采用延边三角形接法，相互之间形成固定相位差，产生多脉冲整流方式，使得变压器二次侧各绕组（功率单元的输入）的谐波电流相互抵消，不反映到高压侧，从而有效改善电网的电流波形，基本上消除了变频器对电网的谐波污染。

大容量移相整流变压器及变频器安装施工方案设计摘要：大功率变频器为了减少对电网的冲击，需要配用大容量移相整流变压器。

这类的特点是体积大、二次侧抽头多、结构复杂，本文就变频器安装及针对这类变压器二次电缆敷设相关经验进行了探讨。

同时，也针对高纬度地区冬季寒冷条件下的施工经验和教训进行了总结、分析。

关键词：移相；变压器；电缆敷设；冬季施工；大容量；变频器。

0引言大功率同步电机调速需要配备大功率的变频调速系统，本文探讨、分析一下30MW同步机组配套供电的变频器及变压器安装施工中的一些经验和不足。

该项目上级电网容量50000kVA，为减少对上级电网的影响采用移相整流变压器，该变压器输出波数达到36P，二次侧出线6组，共18个瓷瓶。

由于工期安排，变压器二次侧电缆在冬季施工，施工期间室外最低温度达到-24℃。

在施工中采取了保温遮蔽、整体加温、局部加温三种手段相结合的方式，满足了施工条件，保障了施工进度及施工质量。

1设备情况及施工条件概述1.1移相整流变压器简介1.1.1移相整流变压器原理简介整流变压器与电力变压器最大的不同点在于对等效相数的要求不同，为了提高电能质量，整流变压器的输出电压波形不像电力变压器，在一个周期内只有三个正弦脉波，而是根据网侧电压和装机容量确定在一周期内的脉波数。

该项目由于装机容量达到了单台36000kVA，对于这类大功率整流设备，为了提高功率因素，减小网侧谐波电流，必须提高整流设备的脉波数。

因此该项目使用的大型整流变压器，采用移相线圈的方式，脉波数达到36个。

该项目变压器在电网三相电压的基础上，为了获得均匀分布多脉波阀侧电压，将每相阀侧电压在120内均匀展开。

采用一次侧绕组联结成Y接、D接，二次侧由多个延边三角形的移相绕组并联在一台变压器上，由这些若干个延边三角形的移相绕组来得到所需要的不同的移相角度，从而使单台移相整流变压器输出的脉波数达到36P，即各个二次侧绕组的移相角度为+20°、0°、-20°。

高压变频装置配套用移相整流变压器
作者：李登峰
作者单位：上海昊德电气有限公司
1.辛成山关于移相整流变压器绕组电流的进一步分析[期刊论文]-变压器2002,39(12)
2.陈湘令.张莹.CHENG Xiang-ling.ZHANG Ying一种高压变频器用移相整流变压器移相角的简易测量方法[期刊论文]-电气开关2007,45(1)
3.葛进关于移相整流变压器接线与相量图的探讨[期刊论文]-变压器2008,45(12)
4.倚鹏高压变频器的产品和市场状况[会议论文]-2006
5.诸云龙.吴福永.刘国庆移相整流变压器设计[会议论文]-1999
6.何雅琼.He Yaqiong HARSVERT-A系列高压变频调速系统[期刊论文]-电力系统装备2007(4)
7.曾辉.沈志辉.曾恒祥.Zeng Hui.Shen Zhihui.Zeng Hengxiang HARSVERT-A系列高压变频器在循环流床锅炉中的应用[期刊论文]-电工技术2006(9)
8.丁晨励磁系统压变断线判据浅析[会议论文]-2006
9.李建生HARSVERT高压变频调速系统在电厂风机上的应用[期刊论文]-四川电力技术2004,27(3)
10.柳炜设备网在电动机控制中心中的应用[会议论文]-2006
本文链接：/Conference_6264034.aspx。

一次侧也叫网侧，电压由用户确定。

一次侧容量S₁= 3150A×72V×1.135×1.05 = 270KVA。

为什么在电力变压器上二次侧容量几乎等于一次侧容量，中间只差铁损和铜损，例如100KVA 的电力变压器，当cosφ=1时，假设Po+Pk=2%，那么二次侧只能输出98KVA，这个百分比随着变压器容量增大而减小。

而该种整流变压器，一次侧计算容量为270KVA，二次侧计算容量高达381KVA，不是该种变压器能放大功率，而是整流电路有控制角时，二次侧流过的是缺角的正弦波，在畸变的波形中含有直流分量和交流分量，交流分量可以通过变压器的一次侧进其结果二次侧绕组及引线铜排的温度会大大超过标准值，这就是两侧容量不同的原因所在。

一次侧电流=270KVA÷（380×√3）=410.2A变压器计算容量也为平均容量系数=1.485+1.05=1.26平均容量=1.26×3150A×72V×1.135=326KVA也可以=(270KVA+381KVA)÷2=326KVA实际容量=326KVA+48KVA=374KVA (48KVA为下面将要计算的平衡电抗器容量)变压器型式容量因接近国家规定的容量等级400，所以定为400KVA。

计算结果超出上下限，就得重新调整线包的高和宽直到满意。

铁心与线包细高阻抗就小，铁心与线包矮粗阻抗就大，如果设计的变压器违背这个原则，轻则不好用重则不能用，有关阻抗压降的详细计算将在后边的三相电力变压器设计中谈到。

通常没有抽头的小型整流变压器，影响压降的因素要计算的细而全，而带有分接抽头的大一些整流变压器只需要大概估算一下。

此种整流变压器分接抽头3～5个，高压每相一个线包，抽头6～13就得把高压分成主包和调压线包两种线包。

从整流线路看低压线包为两个线包，实际上把两个线包交叉绕在一起，构成一个双饼式线包，在引出铜排时同相两个首头电角度相差180度。

整流变压器理论与设计1.整流变的作用与要求为了获得电解、化学、工业驱动、交通运输、电子与通迅、控制与电力传输等领域广泛应用的直流电能，普遍采用将交流电能整流（变流）为直流电能的方法。

工业上使用的整流系统一般均包括整流变压器和整流器两大基本组成（图1）。

图1、整流系统整流变压器在整流系统或整流过程中主要作用有三：1）将交流网侧的电源电压，降低（或升高）到满足输出直流电压要求的交流阀侧电压。

2）实现直流侧（交流阀侧）与交流网侧的电气隔离。

3）将交流网侧的三相交流电源转换为交流阀侧的多相交流电能，以降低交流网侧的谐波含量及改善直流电压波形。

由于整流变压器的工作状态与工作条件不同于一般的电力变压器，其设计与制造中存在许多特殊点与难点，因此有许多特殊的技术要求如下：1）施加于整流变压器的电源（网侧）为正弦波形电压，设计铁心和线圈时有关电磁感应、铁损、每匝电压等计算与电力变压器要求相同。

2）由于整流变压器绕组电流的非正弦波形（含高次谐波的脉动波形），可造成整流变压器容量与直流传输功率的不相等，谐波电流产生的铜损和铁损大于绕组工频电流的铜损和铁损，多相（大于三相）整流时绕组二次容量常大于一次容量；因此电密、磁密、温升、容量、过负荷能力的选取均高于电力变压器要求。

3）为了提高电磁兼容性及抗干扰能力，一、二次绕组间要求装静电隔离屏蔽。

4）对铁心与绕组有较高的抗震机械强度要求，有降低谐波噪声的要求。

5）由于阀侧的直流电压作用，对高电压产品，会产生不同于电力变压器的绕组绝缘水平要求。

6）阻抗电压的选取要满足交直流短路分断能力、整流换向、直流电压调整率、输出电流电压外特性的要求。

2.整流变电压、电流、容量确定2.1电压确定1）一次电压U1（线电压）一次电压U1选为电网侧电压。

2）二次电压U2（线电压）二次电压U2由整流输出直流电压U d与整流方式确定。

对三相不可控桥式整流（电感性负载）U dU2＝1035对三相全控桥式整流（电感性负载），在考虑变压器电抗条件下，U d+△UU2=Л1.35（cosα－X T－0.01—）3式中：△U—可控硅管压降α—可控硅触发角X T—变压器电抗压降（％）对其它工作方式，参照GB3859《半导体变流器》确定U2。

高压干式多绕组移相变频整流变压器的设计一、概述高压变频装置是计算机技术、功率器件及电机控制技术的有机组合，其中含有多项高新技术，是目前电机调速技术中发展最快的产品。

高压变频调速技术是采用隔离变压器将多个低压模块叠加（串联）而形成高压输出，主要是由多个低压功率单元和控制单元组成，每个功率单元由多绕组隔离变压器的一个三相绕组供电，这种多绕组的隔离变压器其二次线圈互相存在一个相位差，实现了输入多重化，由此可消除各单元产生的谐波对电网的污染，这一隔离变压器称为多绕组移相整流变压器。

二、多绕组移相整流变压器采用H级非包封干式变压器技术H级非包封干式变压器是目前绝缘等级最高的干式变压器，其主体绝缘采用Nomex绝缘系统，Nomex纸是一种以芳香酰胺纤维为基础的合成绝缘材料，当Nomex纸用于变压器的绝缘系统时，在高温下，它的电气和机械性能都十分稳定，而且阻燃性能很好，Nomex 纸及其干变的优越性能如下：1．突出的耐热性能：耐热温度高是Nomex纸固有的、它属于C级绝缘材料，在200℃以上时，电气性能和机械性能均十分稳定；在250℃温度下，不会熔融、流动和助燃。

用其制成的干变可在350℃温度下，承受短期运行，过载能力和热冲击承受力非常突出。

2．牢固的机械性能：Nomex纸非常坚固，而且Nomex纸挠性很好，耐撕裂、抗磨擦、抗割穿，当Nomex纸用于绝缘系统的不同部位时，它都可以保持很好的机械性能，用其制成的干变，在短路或其它机械应力的作用下，将会保持绝缘结构的稳定和牢固。

3．优良的防潮性能：Nomex纸不吸水，具有很好的防潮性能，即使在相对湿度为95%的情况下，其电气强度也可保持较高的水平。

4．阻燃性能突出：Nomex纸在空气中不会熔化或助燃，其阻燃性能特别突出。

5．优越的电气性能：Nomex纸的耐压强度高，它的工频击穿场强为20~40kv/mm，其介电常数接近于空气，Nomex纸沿面放电起始电压较高，当它用于干式变压器时，可减少主绝缘尺寸，减少整个铁心的重量，Nomex纸的局放起始电压也较高，用其制造的干变可以做到较低的局部放电水平。

高压变频装置配套用移相整流变压器的设计研究云南变压器电气股份有限公司柳溪摘要：本文介绍了高压变频器的工作原理，并论述高压变频器配套用移相整流变压器的移相原理，设计研究和技术特点，提出了相应的计算方法。

关键词：高压变频器移相整流变压器移相设计要点计算方法Design and Study on phase-shifting rectifier transformer for the supporting use of high-voltage frequency converter Yunnan Transformer and Electric Joint-stock Company Ltd.Liu XiAbstract: This article introduces the operating principle of the high-voltage frequency converter, expounds the rectifyingprinciple of the phase-shifting rectifier transformer forthe supporting use of high-voltage frequency converter, itsdesign and study and its technological characteristics andputs forward the relevant calculating methods.Key words: high-voltage frequency converter, phase-shifting rectiformer (rectifier transformer), phase-shifting, calculating methods,main design consideration1．前言随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，带动了交流传动技术日新月异的进步，也使得高功率、大电流的功率器件制造技术日趋成熟。

变压器中移相的形成及工作原理由于干式变压器的无油污染问题，防潮、耐热、阻燃、防腐蚀等特性，广泛应用于工业、生活的各个方面。

目前主要存在两种主流类型的干式变压器：一种是以欧洲为代表的树脂浇注式干式变压器（简称ordt），另一种是以美国为代表的浸漆式干式变压器（简称ovdt）。

而作为h级绝缘的干式整流变压器，以c级绝缘材料nomex纸作为绝缘介质，具有更高的可靠性和环保特性，而且具有更好的经济性，测功机系统受到广泛的欢迎。

干式移相整流变压器是一种专门为中高压变频器提供多相整流电源的装置，采用延边三角形移相原理，通过多个不同的移相角二次绕组，可以组成等效相数为9相、12相、15相、18相、24相以及27相等整流变压器。

变压器的一次侧直接入高压电网，法国车上必须携带酒精测试仪其二次侧有多个三相绕组，它按0°、θ°、…、（60-θ）°等表示延边三角连接变压器二次侧的各低压三相绕组，同时表示各低压三相绕组线电压相对对应绕组的移相角。

当每相由n电机试验个h桥单元串联时，θ=60°/n，实现了输入的多重化，形成6n脉波整流。

这样，如果各h桥单元功率平衡，电流幅值相同，理论上一次侧输入电流中不含有6n±1以下各次谐波，并可提高功率因数，一般不需再配备无功补偿和谐波滤波装置。

最适宜用于防火要求高、负荷波动大的环境中，如海上石油平台、火力发电厂、自来水厂、冶金化工、矿山建材等特殊的工作环境中。

多绕组干式移相整流变压器是根据不同的用户而设计，容量从200kva~10000kva不等，一次阻抗较大，变压器的效率＞98%，采用h级绝缘系统，绕组温升限值120k。

为了提高电能质量，整流变压器的输出波形不像电力变压器在一个周期内只有三个正弦脉波，而是根据一次侧电压和装机容量，确定每台变压器在一个周期内的脉波数。

高压变频调速技术目前呈现多样化，以西门子技术为代表的级联式多重化技术，基本可以做到完美无谐波，它采用整流变压器将多个低压模块叠加（串联）而形成高压输出，功率器件采用igbt，目前国内绝大多数高压变频器厂家都是采用这种技术。

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2016.10.101. 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 U do =43~450V额定容量 S N =1.05U do I d =1.05×450×26=12285KV A 一次额定电流 I 1N =310N S =31012285=709.3A2. 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。

专利名称：多脉波变频移相整流干式变压器专利类型：实用新型专利
发明人：李德强,何平天,卢量,王健顺
申请号：CN201120423684.8
申请日：20111031
公开号：CN202307423U
公开日：
20120704
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种多脉波变频移相整流干式变压器，属于变压器技术领域。

它解决了现有多脉波变频移相整流干式变压器存在移动不便、移动费力等技术问题。

本多脉波变频移相整流干式变压器，包括支架，在支架上固定有呈环形的铁芯，在铁芯上绕制有若干匝线圈，所述的支架下部固定有支撑板，所述的支撑板下部设有一组前万向轮和一组后驱动轮，所述的后驱动轮与一能带动其转动的动力机构。

本实用新型具有移动方便、移动省力、减轻工人劳动负担等优点。

申请人：银河电气科技有限公司
地址：318000 浙江省台州市椒江区东太和路7号
国籍：CN
代理机构：台州市方圆专利事务所
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高压变频装置配套用移相整流变压器的设计研究云南变压器电气股份有限公司柳溪摘要：本文介绍了高压变频器的工作原理，并论述高压变频器配套用移相整流变压器的移相原理，设计研究和技术特点，提出了相应的计算方法。

关键词：高压变频器移相整流变压器移相设计要点计算方法Design and Study on phase-shifting rectifier transformer for the supporting use of high-voltage frequency converter Yunnan Transformer and Electric Joint-stock Company Ltd.Liu XiAbstract: This article introduces the operating principle of the high-voltage frequency converter, expounds the rectifyingprinciple of the phase-shifting rectifier transformer forthe supporting use of high-voltage frequency converter, itsdesign and study and its technological characteristics andputs forward the relevant calculating methods.Key words: high-voltage frequency converter, phase-shifting rectiformer (rectifier transformer), phase-shifting, calculating methods,main design consideration1．前言随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，带动了交流传动技术日新月异的进步，也使得高功率、大电流的功率器件制造技术日趋成熟。