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1、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2011-11-2214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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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，1
9、2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
10、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
11、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
12、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)
13、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
14、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
