郭艷君 張亞杰

（1.保定天威集團特變電氣有限公司，河北 保定 071056；2.河北省天然酯絕緣油變壓器技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 保定 071056）

1 項目背景

多脈波移相整流變壓器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電壓等級一般為10 kV～35 kV，低壓側(cè)輸出脈波數(shù)以6 脈波和12 脈波為主，12 脈波整流變壓器高壓側(cè)經(jīng)移相后，2 臺可組成24 脈波輸出，大大降低整流裝置注入電網(wǎng)的諧波，提高電能質(zhì)量[1]。

該項目所設(shè)計的35 kV 12 脈波整流變壓器，安裝地點位于海拔高達(dá)4 600 m 的西藏地區(qū)，外絕緣距離與變壓器溫升需要特殊考慮，同時，該地區(qū)運行的變壓器遭受大氣過電壓概率大，需要對變壓器繞組進(jìn)行必要的保護(hù)。

目前國內(nèi)外市場上的35 kV 高壓外延三角形移相整流變壓器，基本繞組與高壓移相繞組都采用輻向排列方式，在雷電沖擊電壓下，高壓移相繞組尾端與高壓基本繞組首端連接處沖擊電位震蕩很大，絕緣性能不易保證，需要增大絕緣距離以保證絕緣強度[2]。為了解決上述技術(shù)問題，該項目通過技術(shù)研究與電磁仿真技術(shù)，將高壓基本繞組與移相繞組調(diào)整為軸向排列，經(jīng)仿真計算與測試，移相繞組尾端與基本繞組首端連接處的沖擊電位震蕩明顯下降，提高了絕緣可靠性，高壓移相繞組引線與其它繞組引線連接更加方便，器身的布置結(jié)構(gòu)更加緊湊合理，器身機械穩(wěn)定性得到提高。

2 產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計

針對項目技術(shù)協(xié)議中所需特點，研究采用合理的結(jié)構(gòu)滿足實現(xiàn)35 kV 高壓外延三角形移相，單器身輸出12 脈波的整流變壓器。并可以D（+7.5°）d0y11 配合D（-7.5°）d0y11組成24 脈波整流變壓器。

2.1 電磁設(shè)計部分

采用了組合式雙分裂繞組結(jié)構(gòu)，高壓線圈4 個繞組采用軸向排列后，器身布置更加緊湊，機械強度較原輻向排列結(jié)構(gòu)大大提高。

經(jīng)波過程電磁分析軟件仿真分析，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)在大氣過電壓下，繞組中的電位振蕩大為降低，由原來電位幅值達(dá)到入波的約150%以上降低到入波的約115%，如圖1 所示，降低了絕緣設(shè)計的難度。

經(jīng)電磁場仿真軟件進(jìn)行器身的詳細(xì)磁場仿真計算，繞組結(jié)構(gòu)與布置改進(jìn)后油箱中磁密有一定程度的增大，如圖2 所示，右側(cè)繞組磁通密度明顯高于左側(cè)繞組。

圖1 高壓移相繞組輻向/軸向分布A 相沖擊電位振蕩對比

圖2 繞組磁通密度仿真云圖

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計部分

器身中繞組采用高壓軸向四繞組布置，單器身為12 脈波整流變壓器[3]，在此基礎(chǔ)上最終確定變壓器的繞組形式、絕緣結(jié)構(gòu)、引線連接、套管引出等設(shè)計方案。通過在高壓側(cè)移相+7.5°（聯(lián)結(jié)組D（+7.5°）d0y11）配合高壓側(cè)移相-7.5°（聯(lián)結(jié)組D（-7.5°）d0y11）組成輸出24 脈波結(jié)構(gòu)。

2.2.1 繞組

高壓繞組為基本繞組和移相繞組組合的軸向分裂結(jié)構(gòu)，端部輻向出線，繞組機械強度高；低壓繞組為螺旋式，端部軸向出線，如圖3 所示為線圈布置形式改進(jìn)前后對比。

圖3 改進(jìn)前后線圈布置形式對比

2.2.2 鐵心部分

鐵心為三相三柱式結(jié)構(gòu)，疊片采用不斷軛三接縫結(jié)構(gòu)。夾件采用平板式結(jié)構(gòu)，上、下腹板通過拉板與心柱連成整體，保證鐵心整體的機械強度。鐵心通過兩側(cè)支架與箱蓋連接，既起到器身限位作用，也方便器身起吊。鐵心通過接地片與夾件連接，夾件通過墊腳接地。

2.2.3 器身絕緣

器身為軸向分裂結(jié)構(gòu)：器身上部繞組排列從鐵心向外依次為：鐵心—低壓繞組I—高壓繞組I；器身下部繞組排列從鐵心向外依次為：鐵心-低壓繞組II 和高壓繞組II；器身絕緣有序套裝。

2.2.4 引線

該產(chǎn)品接法為D（+7.5°）d0y11，高壓引線均在器身外部連接，簡化操作，移相繞組首尾頭從組合繞組中部直接引出，避免了高壓繞組引線在內(nèi)部引出時的絕緣薄弱點。

2.2.5 油箱

采用桶式油箱結(jié)構(gòu)，低壓出線局部采用低磁鋼板。箱體上備有吊攀、千斤頂支架、充油、排油和取油樣的各種閥門。

2.2.6 總裝

使用地海拔高度4 600 m，所有組件均選用耐高寒組件。高、低壓采用瓷套管垂直引出，高壓側(cè)帶組合式避雷器。變壓器帶小車，儲油柜為膠囊儲油柜，箱體帶爬梯。

2.3 工藝制造部分

2.3.1 鐵心部分

鐵心夾件絕緣采用采用防軛鐵竄片結(jié)構(gòu)，注意安裝方向。鐵心疊裝過程中嚴(yán)格控制鐵心接縫，保證鐵心接縫≤2 mm。

2.3.2 繞組部分

高壓繞組（Ⅰ、Ⅱ）分為基本繞組+移相繞組，采用共柱結(jié)構(gòu)?；纠@組為糾結(jié)連續(xù)式，移相繞組采用連續(xù)結(jié)構(gòu)。繞組繞制過程中對電磁線進(jìn)行自檢，避免電磁線使用錯誤。

低壓繞組（Ⅰ、Ⅱ）為雙螺旋式結(jié)構(gòu)。繞組出頭排列方式不同，揻彎時要對電磁線進(jìn)行調(diào)平，防止股間短路

2.3.3 絕緣部分

所有絕緣件均應(yīng)黏牢，不得有裂縫和起層現(xiàn)象。鐵軛絕緣、端圈上墊塊均勻分布，位置偏差小于±2 mm，厚度偏差±1 mm。保證絕緣件清潔、干燥，轉(zhuǎn)運時注意下鋪上蓋，尺寸小的絕緣件用塑料袋密封轉(zhuǎn)運（如油隙墊塊、異型墊塊、層壓墊塊等）。

2.3.4 裝配部分

器身為上下2 段結(jié)構(gòu)，采用散套工藝，重點為套裝工藝控制。

套裝工藝控制。繞組壓裝干燥后，4 h 內(nèi)套裝并及時插鐵。套裝中重點保證上段與下段器身間的絕緣件的垂直度，墊塊與撐條中心偏差小于4 mm。

器身入變壓法干燥罐處理。產(chǎn)品出爐后執(zhí)行一次裝成工藝，為桶式油箱提前測量整器高度與油箱高度匹配提前做好準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格控制工藝時間。

3 產(chǎn)品研制的主要創(chuàng)新點

首先，采用組合式雙分裂繞組結(jié)構(gòu)。高壓4 個繞組軸向排列，簡化了器身與引線的結(jié)構(gòu)，器身緊湊簡潔。與高壓繞組輻向布置相比，繞組的軸向排列可以使線圈首尾頭就近連接，避免了引線過多交錯帶來的安全隱患，縮短了引線長度。

其次，高壓移相繞組與基本繞組沿軸向排列。與輻向排列相比，降低了沖擊電壓下繞組端部的電位幅值，避免了沖擊震蕩，提高了絕緣裕度。高壓繞組的軸向布置，電容分布更加合理，變壓器在承受雷電沖擊電壓時的波過程沖擊梯度平穩(wěn)，沖擊電位不會發(fā)生大的震蕩。

再次，聯(lián)結(jié)組采用D（+7.5°）d0y11，輸出12 脈波。與D（-7.5°）d0y11 配合，組成24 脈波整流變器。變壓器組成24 脈波的方式非常多，該項目產(chǎn)品充分考慮到了項目現(xiàn)場高海拔地區(qū)的安裝環(huán)境、施工難度和運輸環(huán)境，采用2 臺12 脈波變壓器組成24 脈波，縮小單臺變壓器的占地面積和運輸重量。

最后，高壓側(cè)外置避雷器，提高防雷性能。受地形環(huán)境影響，高海拔地區(qū)遭受雷電災(zāi)害較多，變壓器在內(nèi)部繞組雷電沖擊裕度保證的情況下，增加變壓器外置避雷器，進(jìn)一步增加了變壓器的防雷性能。

4 結(jié)語

該項目35 kV 12 脈波移相整流變壓器產(chǎn)品根據(jù)高海拔、多雷電地區(qū)的特殊要求設(shè)計制作，在繞組結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，器身結(jié)構(gòu)簡潔，絕緣性能優(yōu)越，提高了變壓器整體機械可靠性和絕緣耐受能力。大容量、高電壓、多脈波的緊湊型高壓外延三角形移相整流變壓器作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要部件，其安全性能尤為重要，通過對高壓基本線圈與高壓移相線圈對地絕緣強度和電容分布的改善，使得這一系列移相整流變壓器產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)變得更加成熟。