18脉波环氧树脂绝缘干式整流移相变压器

18脉波环氧树脂绝缘干式整流移相变压器

整流变压器 环氧树脂绝缘 移相 高压变频器

1 引言

高压变频器是计算机技术、功率器件及电机控制技术的有机组合，是目前电机调速技术中发展最快的产品之一。变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场的同步转速来进行调速的，具有无级、宽范围的特点，且在调速过程中不存在励磁滑差和节流作用带来的功率损失。大量的资料表明，通过变频调速，节能效果普遍在30%以上，而且变频调速也已列入通用节能技术加以重点推广，市场前景广阔。 高压变频器通常是由变压器柜、功率单元柜、控制单元柜组成，而作为高压变频器发挥重要角色之一变压器，担任整流、移相、隔离、抑制谐波的作用。由于干式变压器无油污染问题，防潮、耐热、阻燃、防腐蚀等特性，被广泛应用于高压变频器系统。

2 干式移相整流变压器概述

目前主要存在两种主流类型的干式变压器：一种是以树脂绝缘为代表的树脂浇注式干式变压器(简称ORDT)，另一种是以Nomex纸绝缘为代表的浸漆式干式变压器(简称OVDT)。相对于目前国内绝大多数高压变频器厂家在使用以Nomex纸为代表的浸漆式干式变压器，东莞明电公司却独家选择以树脂绝缘为代表的树脂浇注式干式变压器为主流，是因为相对于以浸漆式干式变压器有以下优势：

2.1 耐受短路能力和线圈的整体机械强度

由于环氧树脂在一定温度下的流动性能很好，采用先进的浇注工艺，在模具内浇注并经固化形成的线圈将形成一个完整的刚体。无论对突发短路时的轴向电动力和横向电动力均有很强的耐受能力，在结构中又没有垫块这类支撑点，所以导线不会承受弯曲应力。根据国家变压器检测中心的介绍，环氧浇注式干式变压器因不能耐受突发短路试验而损坏的例子是极少的。因此可以认为机械强度高是环氧浇注式干式变压器的最大优点。

对Nomex纸绝缘浸漆式干式变压器来说，虽然Nomex纸具有很好的抗压强度，在压力作用下的变形很小，挠性很好，且在真空压力下浸漆，干燥固化处理看，用指甲划过其表面不会留下任何痕迹。但是由于浸漆式干式变压器采用了油浸变压器结构基本相同的饼式线圈，饼式线圈间靠垫块支撑，低压导线与铁心之间靠撑条支撑。从变压器结构来看，其整体机械强度和耐受短路能力均远远逊于环氧浇注式干式变压器。

2.2 防潮及耐腐蚀性能特别好，尤其适合极端恶劣的环境条件下工作

对环氧浇注式干变而言，由于整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封，因而不仅潮气难于浸入，而且也完全阻断了导体被各种有害气体和腐蚀化学成分侵害的可能，因而其防潮与防污的性能特别好(可工作在100%的湿度条件下)，并可工作于极端恶劣的环境条件下，几十年来国内外的运行实践都证实了这点。 尽管目前的浸漆式干变大多采用了真空压力浸漆工艺和防潮性能优良的Nomex纸绝缘，但其在防潮性能还是不及环氧树脂浇注式干变，这种差距是先天性的，例如在一些美国干变厂家样本中就公司标明浸漆式干变只能工作在90%的湿度的条件下，而不能在100%湿度的环境中工作。

另外由于Nomex纸绝缘浸漆式干变一般为都采用饼式线圈结构，并大多数采用非包封形式，线圈积尘后较难清理，所以较之环氧树脂浇注式干变而言，其正常维护工作量较大，对环境条件要求较高。

2.3可以立即从备用状态下投入运行而无需预热去潮

由于Nomex纸绝缘浸漆式干变的线圈表面是靠真空压力浸漆(VPI)后薄的覆盖绝缘层来绝缘的，所以这种变压器在停运状态下，就容易因吸潮而降低其绝缘水平，在投入运后可能引起局放增大甚至发生绝缘击穿等严重事故。因此，为可靠起见，当停运一段时间后再重新投运时必须先行预热去潮后，才能投运带负荷，这样势必造成停电后投运时间的延长，对可靠性造成一定影响。

但是，对环氧浇注式干式变压器而言，由于它的防潮、防尘性能好，因而完全没有这种预热的必要，对停运中的干式变压器可以根据电网的需要，立即投运并带负荷运行。

2.4 局放小，运行寿命长

由于线圈经过真空处理和浇注成型，匝间和层间无气泡，在同类产品中，其局部放电最低；此外环氧浇注式干式变压器的机械强度高，在短路电动力的作用下不会变形，且防尘、防污性能好。根据国外的报导，其运行寿命较之Nomex纸绝缘浸漆式干变要长。

2.5损耗低，过负荷能力强

对环氧浇注式干式变压器而言，环氧树脂的耐电压强度较之空气要高出许多(约3.5～4倍)，其线圈包封为2mm树脂层，在同等绝缘水平条件下，Nomex纸绝缘浸漆式干变线圈的段绝缘距离、主风道距离和饼间绝缘距离较环氧浇注式干式变压器大15%。因而在同等耐电压绝缘水平和尺寸条件下，根据环氧浇注式干式变压器系列与Nomex纸绝缘浸漆式干变系列对比和制造试验验证，Nomex纸绝缘浸漆式干变的损耗较环氧浇注式干式变压器大15%～20%。另一方面，在同等绝缘水平和尺寸条件下，相同的绝缘等级，由于环氧浇注干式变压器的额定损耗和额定温升低，具有节约能源、环保的优点，同时由于额定温升低，其过负荷能力强。

2.6产品具备高安全可靠性及良好的环保特性

3 移相的形成及工作原理

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，通过不同的移相角二次绕组，组成等效相数为18相整流变压器。变压器的一次侧直接入高压电网3kV、6kV或10kV，其二次侧有多个三相绕组，它按-10°、-30°、-170°等表示延边三角连接变压器二次侧各低压的三相绕组，同时表示各低压三相绕组线电压相对一次绕组的移相角。实现了输入的多重化，形成18脉波整流。可有效抑制一次侧输入电流中17次以下次谐波，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。最适宜用于环境恶劣、负荷波动大的环境中，如煤矿、电厂、石油化工、市政供水、冶金、矿山等特殊的工作环境中。其外形图如图1所示。

图1 多绕组干式移相整流变压器外形图

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，变压器的效率＞98%，采用F级绝缘系统，绕组温升限值100K。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。高压变频调速采用多个低压模块叠加(串联)而形成高压输出，功率器件采用IGBT。

整流变压器作为这一技术的重要构成，是伴随高压变频器的技术而出现并迅速发展的。根据变频器单元数和电压等级的不同，移相整流变压器输出绕组数和电压也不同，明电VT710系列高压变频器按3kV的多用3组，移相分为-10°、-30°、-170°，每移相组电压为640V；6kV的多采用6组，移相分为-10°、-10°、-30°、-30°、-170°、-170°，每移相组电压为640V；组成18脉波移相整流变压器。

附表 18脉冲变压器实测数据

4 谐波的抑制

由于高压变频器使用了大量的整流管，IGBT等大量的非线性电子元器件，所以整流变绕组电流含有很多高次谐波，为了减小对电网的谐波污染，通过移相的方法来解决，移相的目的就是为使整流变压器二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移，以达到抑制谐波的目的。

理论上讲，变压器脉波数越多，抑制对应高次谐波的效果越好，但脉波数越多，相应变压器的复杂度增加，可靠性变差，同时也增加了制造成本，根据我公司使用18脉冲变压器实测数据，17次以上的谐波含量已经非常小，完全没有必要去追求24脉波、36脉波的变压器。上表实测数据表明，17次谐波以上最大

的含量为第19次，也只有0.75%，谐波含量非常小，完全满足中国电能质量公用电网谐波 GB／T14549-93和IEC 61000-3-6有关谐波的要求，如附表所示。

在电网三相电压的基础上，为获得均匀分布多脉波二次侧电压，即需要每相二次侧电压在120°内均匀分布展开。为此利用Y，d11与Yd1两种接线组别，达到相互移相60°。再利用二次侧延边三角形移相得到需要的相位角。按照接线组别定义，顺时针移相为(+)，逆时针移相为(-)间隔为20°。其接线组别计移相角按顺序分别为：Y，d1-10°；Y，d1-30°；Y，d5-170°。

5 结束语

环氧树脂绝缘整流变压器作为高压变频器配套用的设备，应当利用它的优势，加以推广，让其在变频器中发挥越来越重要的作用。

谭学科

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