/天津天能變壓器有限公司 田貴書(shū) 趙忠云 /

一種海洋平臺(tái)多繞組分裂變壓器的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

/天津天能變壓器有限公司 田貴書(shū) 趙忠云 /

本文介紹了一種海洋平臺(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分析了該變壓器的技術(shù)特點(diǎn)及諧波抑制。

海洋平臺(tái)用干式變壓器；結(jié)構(gòu)；性能；諧波抑制

0 引言

從1996年開(kāi)始，環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器以它耐腐蝕（防鹽霧、防霉菌、防濕熱）、無(wú)污染、低損耗、低噪聲、免維護(hù)、抗震、難燃、安全、可靠、外形美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，陸續(xù)替代了原有的海洋采油平臺(tái)用油浸式變壓器以及完全為油浸式結(jié)構(gòu)、僅絕緣介質(zhì)用耐熱等級(jí)為B級(jí)環(huán)氧樹(shù)脂常態(tài)下澆注固化在殼體內(nèi)的所謂干式變壓器。但大部分運(yùn)行方式?jīng)]有太大的改變，還是一臺(tái)三相雙繞組變壓器只帶一個(gè)負(fù)載。

隨著海洋采油平臺(tái)上各種不同的負(fù)載種類(lèi)的逐步增加，大量電機(jī)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(wèn)題：①無(wú)法滿(mǎn)足多種不同負(fù)載的需求；②不能有效地抑制因多個(gè)中低壓變頻器造成的系統(tǒng)諧波，使變壓器發(fā)熱，噪聲升高，影響變壓器的安全可靠性和使用壽命，且系統(tǒng)諧波對(duì)電網(wǎng)污染較大，如加濾波裝置后不但增加了平臺(tái)面積，而且一次性投入成本較高；③多臺(tái)變壓器占地面積較大，平臺(tái)的造價(jià)增加。因此，解決變頻裝置產(chǎn)生的多次諧波的影響，有效地降低諧波的含量，確保10kV側(cè)對(duì)電網(wǎng)的諧波含量滿(mǎn)足規(guī)范要求，保證產(chǎn)品運(yùn)行的安全可靠性及正常的使用壽命已成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。

本文介紹一種海洋平臺(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器，它可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，完全滿(mǎn)足海洋平臺(tái)上的環(huán)境條件，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、適合多種負(fù)荷、有效抑制諧波的多功能海洋平臺(tái)用干式變壓器。

1 產(chǎn)品基本參數(shù)及負(fù)荷特性

（1）主要參數(shù)（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(lián)結(jié)組別：一臺(tái)：Dy11d0yn11（移相+7.5°）；另一臺(tái)：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

（2）負(fù)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)同井采注、螺桿泵轉(zhuǎn)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(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器的技術(shù)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(xiàn)電壓之間有一個(gè)相位移，從而提高整流設(shè)備的脈波數(shù)。脈波數(shù)與各臺(tái)整流變壓器移向角度的關(guān)系：α=360/P

每臺(tái)變壓器中壓輸出1.26kV及一個(gè)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(gè)繞組均可帶一個(gè)6脈波變頻器；分裂的兩個(gè)中壓1.26kV及兩個(gè)低壓0.4kV（其中一個(gè)接成“y”、另一個(gè)接成“d”）可分別帶一個(gè)12脈波中壓變頻器及一個(gè)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(tái)變壓器中一臺(tái)移相+7.5°、另一臺(tái)移相-7.5°。兩臺(tái)變壓器中分別帶的中低壓12脈波變頻器中產(chǎn)生的11、13、35、37等次諧波在兩臺(tái)變壓器高壓側(cè)公共電源中相互抵消，起到相當(dāng)于24脈波整流降低諧波的效果。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（構(gòu)成）

圖1中，1為鐵心；2為低壓0.4kV動(dòng)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(fù)載為電加熱和照明，負(fù)載無(wú)諧波，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)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(fù)載為低、中壓12脈波變頻電潛泵，負(fù)載有諧波，諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。

變壓器低壓及中壓分裂繞組外層設(shè)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(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，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(lián)運(yùn)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(shí)現(xiàn)一臺(tái)變壓器移向角為+7.5°，另一臺(tái)變壓器移向角為-7.5°。增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。

高壓繞組設(shè)置+5%、+2.5%、0、-2.5%和-5%五個(gè)電壓調(diào)節(jié)分接檔（主繞組及移相繞組同時(shí)設(shè)置分接，確保每檔移相角的精度，限制非特征諧波），以便穩(wěn)定二次電壓輸出。

4 產(chǎn)品主要技術(shù)特點(diǎn)

4.1 一變多用（多控）

一臺(tái)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(dāng)于五臺(tái)變壓器的功能。有效地降低了海洋平臺(tái)的占地面積。

4.2 增加變壓器運(yùn)行的可靠性

兩臺(tái)變壓器通過(guò)母聯(lián)控制，既可以并聯(lián)運(yùn)行，在一臺(tái)故障或檢修時(shí)另一臺(tái)也可以單獨(dú)運(yùn)行。在變壓器冷卻風(fēng)機(jī)開(kāi)啟下，一臺(tái)變壓器可以承擔(dān)大部分負(fù)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(chǎn)生的諧波電流（諧波次數(shù)及諧波電流的幅值）在理想情況下，假定電網(wǎng)換相變流器的直流電流平直，其電壓脈波數(shù)為P，則網(wǎng)側(cè)電流中只含有h=kP±1次的特征諧波（式中，K為正整數(shù)），第h次諧波電流的理論值為Ih=I1/h（式中，I1為基波值）。

實(shí)際上，由于各種非理想因素（電網(wǎng)電壓不平衡，觸發(fā)延遲角不對(duì)稱(chēng)，負(fù)荷不平衡等）的存在，不可避免地產(chǎn)生非特征次數(shù)諧波。

考慮到非特征諧波實(shí)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(tǒng)中5、7、11、13、17、19、35、37等次諧波電流均在一次接線(xiàn)中環(huán)流，基本上不流到電網(wǎng)中去，電網(wǎng)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(tǒng)中主要只有23、25、47、49等次諧波電流，從而大大減少了電網(wǎng)中的諧波含量，尤其消除了振幅較大的5、7次諧波。

5 社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(lián)結(jié)組別：一臺(tái)：Dy11d0yn11（移相+7.5°），另一臺(tái)：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

從下表中單臺(tái)PZBSSCFB-2000/10的海洋平臺(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器和五臺(tái)相同容量的雙繞組海洋平臺(tái)用干式變壓器性能數(shù)據(jù)相比，空載損耗下降38%左右；負(fù)載損耗下降53%左右；銅導(dǎo)線(xiàn)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(tái)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(huán)保效益顯著；而且可降低能源消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低平臺(tái)造價(jià)，對(duì)海洋電力工程貢獻(xiàn)大；大大提高了用戶(hù)裝備水平，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，是值得推廣的一種海洋平臺(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器。

表 性能數(shù)據(jù)對(duì)比

6 應(yīng)用

我公司為某油田生產(chǎn)的兩臺(tái)PZBSSCFB-2000/10海洋平臺(tái)用多繞組移相分裂干式變壓器，已在海洋平臺(tái)特殊環(huán)境中安全可靠運(yùn)行兩年半，用戶(hù)通過(guò)實(shí)測(cè)，雖然因?qū)嶋H工況，兩組12脈波變頻電潛泵的負(fù)荷不能達(dá)到完全相等，其諧波略大于表中等效24脈波諧波數(shù)據(jù)，但遠(yuǎn)低于12脈波變頻器諧波及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了用戶(hù)設(shè)計(jì)要求，贏得了用戶(hù)的信賴(lài)。