整流变压器培训讲义.doc

.整流变压器培训教材第一版 卧龙电气集团北京华泰变压器有限公司2011-11-22部分内容来源于网络，有侵权请联系删除！目 录第1章 整流变压器概论1第2章 整流变压器设计1第3章 整流变压器工艺5第4章 整流变压器试验6第5章 整流变压器附件8第6章 整流变压器运输、保存、安装10第7章 整流变压器运行及维护11附件 整流变压器铭牌及相关内容12参考文献14第1章 整流变压器概论1.1 引言随着城市规模的不断扩大，为解决公交及汽车污染问题，城市轨道（地铁）交通在我国及国际上都得到更大的发展。作为地铁牵引机车电源的整流系统，其单台供电容量大，谐波含量高，且靠近城市负荷中心，为减少牵引整流系统造成的谐波干扰，进一步提高电网质量，本文将对12脉、24脉整流变压器的原理、工艺、试验、运输、维护等方面进行介绍。1.2 分类根据电压等级：有6、10、20、35kV整流变压器。根据整流方式：12脉整流变压器和24脉整流变压器。1.3 结构变压器为环氧浇注式干式整流变压器，绝缘等级为F级。详见相关章节论述。第2章 整流变压器设计2.1 变压器工作原理及联结组别2.1.1 变压器工作原理变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组之间，变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静电电器。图2-1 变压器工作原理图(单相)其工作原理建立在电磁感应原理的基础上，通过电磁感应，在两个电路之间实现电能的传递。铁心是闭合铁心，原绕组接通电源后，交变电流在铁心中产生一个交变磁通，交变磁通在原副绕组中感应交流电势，该电势的大小均正比于磁通的变化率与对应绕组的匝数，一、二次侧电压之比近似等于匝数比。改变副绕组的匝数，可达到改变输出电压的目的。2.1.2 变压器的联结组别在三相系统中，我们关心的是线值，三相变压器高、低压绕组线电动势之间的相位差，因其联结方法的不同而不一样，国际上采用时钟表示法标识三相变压器高、低压绕组线电动势的相位关系，即规定高压绕组线电动势为长针，永远指向钟面上的“12”，低压绕组线电动势为短针，它指向的数字表示为三相变压器联结组标号的时钟序数，其中指向“12”，时钟序数为0。用大写、小写英文字母Y或y分别表示高、低压绕组星形联结；D或d分别表示高、低压绕组三角形联结，在英文字母后边写出时钟序数。图2-2所示联结组别Dy11的变压器绕组联结图及相量图。 (a) 绕组联结图 (b) 相量图 图2-2 Dy11绕组联结图及相量图 2.2 三相桥式不可控整流电路2.2.1 6脉整流1. 整流原理目前在地铁上广泛使用的是三相桥式不可控整流电路，其原理图如图2-3所示，习惯将其中阴极联接在一起的3个二极管（VD1、VD3、VD 5）称为共阴极组；阳极联接在一起的3个二极管(VD 4、VD 6、VD 2)称为共阳极组。图2-3 三相桥式不可控整流电路原理图此外，习惯上希望二极管从1至6的顺序导通，为此将二极管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个二极管分别为VD1、VD3、VD 5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个二极管分别为VD 4、VD 6、VD 2。从后面的分析可知，按此编号，二极管的导通顺序为VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。对共阴极组的3个二极管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对共阳极组的3个二极管，则是阴极所接交流电压值最低(或者说负得最多)的一个导通。这样，任意时刻共阳极组合共阴极组中各有1个二极管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路波形如图2-4所示。图2-4 三相桥式不可控整流电路带从以上图形可以看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点，在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可从线电压波形分析。为说明二极管的工作情况，将波形中一个周期等分6段，每段60，如图2-4所示，每一段中导通的二极管及输出整流电压器的情况如表2-1所示。由此表可见，6个二极管的导通顺序为VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。表2-1 三相桥式不可控整流电路电阻负载时整流二极管工作情况时 段共阴极组中导通二极管VD1VD1VD3VD3VD5VD5共阴极组中导通二极管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流输出电压uduabuacubcubaucaucb2. 三相桥式不可控整流电路的特点：1) 每个时刻均需2个二极管同时导通，且不能同相，形成向负载供电的回路。2) 6个二极管的脉冲按VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6顺序，相位依次差60；同一相的上下两个桥臂，脉冲相差180。3) 整流输出电压ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，此电路为6脉冲整流电路。图2-5 轴向分裂低压矢量图4) 同样的整流输出电压加到不同负载时，二极管的通断情况、输出整流电压ud的波形、二极管承受的电压波形等都一样，区别在于，负载电流id波形不同，电阻负载时id波形与ud一样，阻感负载时由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直。2.2.2 12脉整流1. 整流原理选择两组三相变压器-整流器系统，使两组变压器二次电压之间相差30电角度(图2-5所示)，其直流电压脉冲分量也相差30电角度，将两组桥式整流器输出并联运行，可实现整流输出12脉直流的等效12相整流。其电路原理图如图2-6示，直流电压波形如图2-7所示。 图2-6 形成12脉电路原理图 图2-7 12脉整流直流输出ud波形2. 工程实现图2-6中的两台变压器（Dd0和Dy11），在工程上已广泛采用轴向分裂四线圈整流变压器，即每相铁心四线圈轴向双分裂结构，通常要求其分裂系数KF3.6，基本联接组别为Dd0y11。这样一台双输出变压器（Dd0y11）可作两台(Dd0和Dy11)变压器用，从而减少工程的占地面积和费用。由于整流相数的增加，12脉整流产生的谐波分量较6脉整流有较大降低。2.2.3 24脉整流1. 整流原理24脉波形的形成，是两个12脉波形交叠而成的，即两台变压器并联运行，其中一台变压器形成的波形整体超前7.5，另一台变压器形成的波形整体滞后7.5，通过波形交叠和桥式整流电路后，低压输出之间移相15角，就形成了24脉波形图，其电路原理图如图2-8所示，直流电压波形如图2-9所示。 图2-8形成24脉电路原理图 图2-9 24脉整流直流输出ud波形2. 谐波含量采用12相24脉整流变压器较之3相6脉波、6相12脉整流变压器能更加有效地抑制谐波对电网的污染，总的谐波含量前者比后者下降60%左右，尤其是11次，13次谐波更是下降80%以上。在减少电网侧谐波的同时，也提高了直流侧的供电质量。3. 工程实现等效24相整流系统包含2台变压器，即T1和T2均为双低压输出变压器，每台变压器(T1或T2)均可与整流器组成独立的12相整流系统。高压侧可采用延边三角形移相方法，为了并联12相整流系统(T1和T2)的平衡运行，须保证T1和T2具有相同的电气参数，为此T1和T2在基本联接组别：Dd0y11基础上分别移相+7.5和-7.5角，既实现T1和T2输出低压移相15角的目的，又保证了几何尺寸和参数的对称，图2-10给出延边三角形移相 =-7.5的连接图和相量图。两台变压器(T1、T2)的铁心、线圈是相同的，仅需改变一次的联接方法就可实现两台变压器的互换。 图2-10 高压联结图和向量图第3章 整流变压器工艺3.1 变压器工艺流程3.2 工艺说明3.2.1 铁心材料及结构变压器铁心一般选用优质高导磁低损耗冷轧取向硅钢片。铁心采用45全斜接缝结构，多级错片叠码（step-lap）工艺，心柱与铁轭接缝处5级步进单片叠积结构，可改善接缝处的磁场分布。保证铁心片的几何尺寸精度、表面光滑无毛刺有利于变压器降低空载损耗、空载电流和减小噪声水平。铁心柱自动叠积成型，有效减小铁心片的毛刺高度、保证铁心片的几何尺寸精度。 采用钢夹件，刚度高、外观好，有很好的机械强度。铁轭采用四根穿芯螺杆固定加紧力均匀，线圈套装完成后与铁心成为一个整体，结构稳定性好。表面涂刷具有防锈、防潮、防止铁心表面结露功能的环氧树脂基涂料；金属构件及全部标准紧固件均需有表面防锈层处理方案。3.2.2 线圈材料及结构1.高压线圈高压(网侧)绕组多采用分段圆筒式环氧树脂真空浇注结构。对于无填料树脂，导线通常选用H级漆包或双玻璃包聚酯亚胺薄膜优质铜线，层间绝缘采用浸透性能好的聚脂纤维无纺布，保证真空浇注时树脂可以完全浸入到导线的层间和匝间，该绝缘材料有阻燃性和自动熄火的特性，遇到火源时不会产生有害气体，同时高压线圈以长、短玻璃纤维毡作为填充料，填满了线圈的所有空间，以保证树脂真空浇注、固化成型后线圈具有良好的介电、导热及机械性能。2. 低压线圈低压(阀侧)绕组多采用箔式绕组，箔宽就是电抗高度，较好地解决了低电压、大电流线圈线绕产品短路应力大，安匝不平衡，散热效果差，存在绕制螺旋角，人工焊接质量不稳定等突出问题。选用优质电工铜箔绕制，采用箔绕树脂封端结构，层间绝缘用预浸环氧树脂的DMD复合箔，绕制好后入热烘炉加温固化，最后用加填料环氧树脂封其端部, 热固化后成为一个刚体，既有利于高、低压线圈之间磁势平衡，提高变压器的动稳定性，又有效地减小低压(阀侧)线圈中的涡流损耗，充分满足低压线圈对绝缘和机械强度的要求。第4章 整流变压器试验4.1 试验依据GB1094.1-1996电力变压器 第1部分 总则GB1094.2-1996电力变压器 第2部分 温升GB1094.3-2003电力变压器 第3部分 绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙GB1094.5-2003电力变压器 第5部分 承受短路的能力GB/T1094.10-2003电力变压器 第10部分：声级测定GB1094.11-2007电力变压器 第11部分 干式变压器GB/T10228-2008干式电力变压器技术参数和要求GB/T17211-1998干式电力变压器负载导则GB/T13422-1992半导体电力变流器电气试验方法GB/T3859-1993半导体电力变流器除以上标准外，还要参考相应的技术规格书及联调试验大纲。4.2 试验内容及作用4.2.1 例行试验(出厂试验)出厂试验是根据标准和产品技术条件规定的试验项目，对每台变压器都要进行的检查和试验。1) 电压比试验 目的主要是检验变压器各绕组的匝数是否符合设计要求。2) 联结组别试验目的是检验变压器的联结组别是否与设计要求相符。3) 绕组电阻试验 检查出绕组内部导线的焊接质量，引线与绕组的焊接质量，所用导线的规格是否符合设计。4) 绝缘电阻的测量 是在绝缘安全的低电压下对变压器主绝缘性能的试验，用以发现变压器绝缘的局部缺陷和普遍的缺陷。是决定进行耐压试验和继续运行的重要参考数据之一。5) 工频耐压试验(外施压试验)用以考核主绝缘强度，绝缘的局部缺陷。6）空载试验(空载损耗和空载电流测量)其目的是测量铁心中的空载电流和空载损耗，发现磁路中的局部或整体缺陷。7）负载试验(短路阻抗和负载损耗测量) 通过负载试验可以确定变压器的负载损耗和阻抗电压。8) 局放试验(感应耐压)主要用以检测高压线圈内部绝缘缺陷。4.2.2 型式试验1）冲击电压试验 包括雷电冲击电压试验和操作冲击电压试验。考核变压器冲击绝缘强度是否符合国家标准规定。2）温升试验变压器的空载损耗和负载损耗以热能形式损耗，使变压器的温度升高，从而对变压器的寿命，绝缘材料的寿命造成影响，通过温升试验，对变压器的温升进行考核。4.2.3 特殊试验1）突发短路试验 是模拟一种事故短路，它是作为变压器在运行中对其动稳定强度和热稳定典型的最严格的考验。2）噪音试验 为了测定变压器额定运行时的声级和声功率级，以控制变压器的噪音，满足环境和用户的要求。4.2.4 联调试验对于牵引整流机组，一般还要有联调试验，试验内容如下：1) 功能试验（轻载试验）2) 低压电流试验3) 负载试验 4) 功率损耗测定5) 效率的确定6) 功率因数的测定7) 固有电压调整值的测定8) 交流侧谐波电流及直流侧纹波电压的测定9) 负载能力试验，重牵引负载级，100%额定负荷连续，150%额定负荷2小时，300%额定负荷1分钟10) 噪音4.2.4 出厂试验1) 绕组直流电阻测定试验2) 测定绝缘电阻3) 外施耐压试验第5章 整流变压器附件5.1 温控装置的作用与使用5.1.1温控装置基本功能1) 与温度传感器连接，实时检测三相绕组温度。2) 绕组超温报警、绕组超高温跳闸、外壳开门监视等功能。3) 温度模拟量信号、超温报警、超高温跳闸等信息应能通过远程通信口上送到变电所综合自动化系统。4) 超温报警、超高温跳闸等信息应可通过通信的方式输出，也可通过无源接点方式输出，装置失电或装置故障信号应有硬接点信号输出。5) 可通过操作键盘设置和修改各种定值和参数。报警温度和跳闸温度定值可根据变压器的实际情况和用户的需要设置。6) 具有远程通信功能，通信接口采用标准接口（如RS485或RS422标准口），通信协议应采用对用户完全开放的国际标准规约，如IEC 60870-5-103、Profibus、Modbus等。通信距离不小于100米。通信传输速率不小于9.6kbps。7) 电源回路应有滤波、过压保护、抗干扰措施。8) 温控器输入具有高压、过流保护，或对二次设备采取高绝缘措施。9) 温控器应能承受地铁运行环境下，直流牵引供电系统各种工况的电磁干扰，保证装置无误动。10) 温控器应能够适应环境温度，无死机、误动、拒动现象。5.1.2 温度装置基本技术参数a) 电源：DC 220V，电压允许偏差-15%+10%，直流电源电压纹波系数不大于0.5%。b) 抗干扰性能：应满足JB/T7631-94变压器用电阻温度计、GB/T17626-1998电磁兼容实验和测量技术中的要求。c) 接点容量：控制输出接点容量： 5A/220V DCd) 测量精度不大于1.0级e) 分辨率不大于1f) 巡回温度范围：0200g) 防护等级不低于IP3X（包括温控器箱的后背板出线孔等部分）。h) 温控器箱内部元器件应有可靠设备标识，内部元器件的替换不应影响设备标识。i) 温控器内部元器件、端子排的接线应有线号。5.2 柜体一般10kV及以下电压等级的整流变压器都配备柜体，35kV等级整流变变压器无柜体结构。柜体采用拼装式，可在现场方便组装与拆卸，材质为冷轧钢板表面喷塑，防护等级为IP20。前后设柜门，以便于维护清扫，底部设置防止小动物进入的防护网。柜内两侧设接地螺栓，柜门和外壳均应接地。每一个门上装设一套电磁锁，以实现相关联锁。同时还需设置手动强制解锁措施，用于特殊情况下的维护维修5.3 电缆支架整流变压器电缆进、出线方式一般为高压侧三芯电缆下部进线、低压侧单芯电缆下部出线，在变压器两侧安装有高、低压电缆支架，便于安装固定电缆，电缆支架尺寸、位置一般应用户要求设计和制造。第6章 整流变压器运输、保存、安装6.1 运输6.1.1 起吊装卸1) 应在包装箱的四下角垫木挂牢钢丝绳； 2) 如没有包装箱或变压器从包装箱中吊出时，应同时使用器身上的所有吊板起吊；3) 起吊钢丝绳之间夹角不得大于60度；4) 起吊时，应调整钢丝绳长短使吊钩正对箱体重心；5) 装卸时，应慢起、轻放，落地平稳。6.1.2 包装运输1) 包装：采用密封包装，既满足长途运输要求，又能在户外短期存放；基座能承载变压器总重量。2) 运输工具：火车、轮船、汽车或飞机等；3) 装车：变压器安放牢固，严格遵循长途运输规程要求；不允许在运输过程中有摇晃、碰撞和移动现象。4) 运输：其倾斜角度不得大于30度；变压器重心高，起步、停车、转弯时须特别注意。5) 安放：变压器应平稳安放在规定位置，尽量避免日照雨淋。6.2 验收与保存6.2.1检查验收客户收到变压器后，应立即进行检查验收：1) 检查产品铭牌数据与订货合同是否相符；2) 对照装箱单，看箱内物品、零件等是否与装箱单中相符；3) 检查出厂文件是否齐全；4) 检查产品运输过程中有无损伤，零部件是否移位，接线是否松动、断裂，绝缘是否有破损，是否有脏污或异物等；5) 在上述各项检查中，若有不符、缺件、损伤等情况，应立即列单反馈给生产厂；运输中严重损坏或丢失，应及时报告给保险公司、运输单位等有关部门。6.2.2仓储保管1) 需仓储保管的整流变压器，不要拆除包装；因检查验收而拆了包装，验收完毕后恢复包装；2) 存放库房应清洁、干燥，不应同时储存活性化学药品和腐蚀性物品；3) 存放时不允许堆码； 4) 户外存放时，须有完好外包装。6.2.3 安装与接口配合1. 现场安装(1) 安装准备：铭牌、外形尺寸图和设计单位的安装布置图，了解其重量、安装要求等，准备好相应的起吊设备和工具；(2) 检查安装处的地基基础埋设件及其通风散热措施是否符合设计要求； (3) 按照设计单位的安装布置图，将变压器就位、固定。(4) 底座与预埋钢板间应采用焊接或螺栓连接固定。2. 接口配合通常整流变压器与整流器采用下进下出电缆联接的方式。变压器安装就位后，可按照设计图纸要求，将电缆端子分别与变压器低压侧d接、y接出线端子联接，用螺栓牢固固定。通过导线联接，将温控仪信号上送到变电所综合自动化系统，实现控制功能。第7章 整流变压器运行及维护7.1 整流变压器运行整流变压器在运行过程前，应清扫擦拭各个部位，检查所有紧固件是否紧固，高低压线圈间及线圈风道内有无异物，使用2500V的兆欧表测量变压器铁心拆除接地片后的绝缘电阻及线圈对地绝缘电阻。铁心拆除接地片后的绝缘电阻应不小于5 M；线圈绝缘电阻不小于300M。温控仪传感器件（Pt100）在进行工频耐压试验前一定从线圈中拿出；所有附件在变压器正式投入运行前一定要试运转一下。整流变压器在运行过程中，应经常对其进行监视和检查，若发现有异常现象或有碍于变压器正常运行的情况发生，应立即停电处理。情况严重时应尽快与我们联系。主要监视以下项目：变压器运行时的声音及温度；线圈、铁心，封线的外观，查看线圈有无损伤、变色的现象发生；灰尘堆积的程度以及线圈上各类标志损坏，脏污的情况；温控装置等各个部件的状况。运行过程中，禁止人手及身体摸触线圈树脂层的表面。虽然线圈树脂层的绝缘电阻相当大，当人摸、触时可将充电电流限制到很小的数值，但仍会受到强烈的电冲击，导致其他的危险情况出现。 额定负荷时整流变压器可长期稳定运行，150%过负荷时允许运行2hs，300%过负荷时允许运行1min。整流变压器预期有30年的使用寿命，其与绕组的热点温度是密切相关的，热点温度相对于标准规定的额定值每升高6 K，变压器的寿命损失将增加一倍。为了保证变压器的正常使用寿命，必须注意：环境温度；过负载前的起始负载率（负载率为相对于铭牌额定值负载电流的百分率）；变压器的热时间常数。7.2 整流变压器维护整流变压器在运行一段时间后，应停电进行以下必要的检查和保养：检查线圈、铁心、封线、分接端子及各部位的紧固件，查看有无损伤、变形、变色、松动、过热痕迹及腐蚀等现象产生，若有不正常的情况，应查明原因，采取必要的政策。清除变压器上的灰尘。手能触及到的部位都应用干布擦拭，但不得使用挥发性的清洁剂。铁心、线圈内部难以擦拭到的部位用吹风机将灰尘吹净。压缩空气的流动方向与变压器运行时冷却空气的流动方向相反。检查、保养完毕，变压器再次投入运行前，认真检查有无金属或非金属异物掉落，遗留在线圈、铁心内及绝缘件上，应进行绝缘电阻测试。 温控装置在出现误报警、误跳闸的情况时，运行人员应参考温控器使用说明书检查报警和跳闸的设定温度是否正确。若设置温度正确，则立即通知变压器专业人员进行处理。 附件 整流变压器铭牌及相关内容1. 每台变压器都有一个铭牌，包括以下数据(以ZQSC-2000/35/0.59为例)： (1) 产品型号：ZQSC-2000/35/0.59(2) 标准代号：GB1094.11， GB3859.3(3) 产品代号：1FBG.715.345(4) 额定容量：2000kVA(5) 额定电压 高压侧：35kV 低压侧：0.59kV(6) 额定电流 高压侧：33A 低压侧：2978.6A(7) 绝缘温升：F(8) 联结组标号：Dd0Dy11(一次侧移相7.5)(9) 相数：3相 (10) 频率：50Hz(11) 冷却方式：AN(12) 阻抗电压：(实测值)(13) 绝缘水平：