12脈波整流變壓器結(jié)構(gòu)型式的選擇

　　摘 要：介紹了12脈波整流機組中整流變壓器兩種結(jié)構(gòu)型式的特點和在方案選擇中需要注意的問題。

　　關(guān)鍵詞：12脈波 整流變壓器 結(jié)構(gòu)型式

　　在大型的電化學或電冶金用直流電源系統(tǒng)中，同相逆并聯(lián)12脈波整流機組是組成24相、36相、48相整流系統(tǒng)的基本組成單元。12脈波整流機組主電路的連接型式有兩種方案：一種是由一臺整流變壓器與兩臺整流裝置組成的單機組12脈波整流電路（簡稱“單機組12脈波整流電路”）；另一種是由置于同一油箱內(nèi)的兩臺完全獨立的整流變壓器與兩臺整流裝置組成的雙機組等值12脈波整流電路（簡稱“等值12脈波整流電路”）。

　　上述兩種連接方式的整流電路，對12脈波整流輸出電壓（電流）波形的對稱性以及對網(wǎng)側(cè)諧波電流的影響是不同的，應引起設(shè)計人員和用戶的注意。

　　1兩種連接方式對諧波電流的影響

　　理想情況下，12脈波整流電路運行過程中，不會在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生5次和7次諧波電流。但單機組12脈波整流電路，由于變壓器兩個閥側(cè)繞組的輸出電壓和阻抗不容易做到很一致，使得運行時存在著嚴重的負荷分配不均的問題。需要通過晶閘管相控或飽和電抗器的勵磁調(diào)節(jié)來糾正這種偏差，從而導致二個三相橋晶閘管導通的相位差不能嚴格地保持為30°，使得網(wǎng)側(cè)仍然存在5次和7次諧波電流。

　　對于等值12脈波整流電路，由于變壓器兩個閥側(cè)繞組的輸出電壓和阻抗容易做到一致，而不會破壞12脈波的對稱性。

　　2閥側(cè)繞組之間負荷電流分配不均的問題

　　2.1單機組12脈波整流電路

　　單機組12脈波整流電路，其整流變壓器網(wǎng)側(cè)只有一組繞組，導致兩組閥側(cè)繞組間負荷分配不均的原因是Y接和△接這兩組繞組間匝比NY/N△偏離，彼此理想空載直流電壓Udio不相等，因此，負荷分配不可能平均。

　　整流變壓器閥側(cè)兩組繞組間的匝比NY/N△值接近的可取整數(shù)比為4/7（偏差1.04％）、7/12（偏差1.02％）、11/19（偏差0.27％）。由此可見，將NY/N△做成11/19，可使△Udio偏差減到最小，改善電流分配不均問題。但由于變壓器結(jié)構(gòu)上的合理性和制造方面（變壓器變比越大尤其如此）的原因，這樣的匝比實際上是不容易做到的。

　　對于三相橋式整流電路，整流變壓器閥側(cè)繞組間匝比NY/N△=4/7時，理想空載直流電壓之差△Udio=1.04％。但兩組整流器的負載電流分配卻相差很大。因為變壓器網(wǎng)側(cè)繞組的電抗X1＊為各整流橋公有，對整流橋間的負載電流分配沒有調(diào)節(jié)作用。負載電流分配完全取決于各組閥側(cè)繞組電抗值X2*=XY*＋X△*和閥側(cè)連接母線的電抗XM*。（其中XY*為Y形連接繞組的電抗值，X△*為△形連接繞組的電抗值）。根據(jù)有關(guān)資料計算結(jié)果表明：
當變壓器二次電抗X△*=XY*=5％時，
IdY=0.2928Idn Id△=0.7072Idn
當變壓器二次電抗X△*=XY*=10％時，
IdY=0.3964Idn Id△=0.6036Idn

　　由此可見，變壓器二次電抗數(shù)值愈小，負載分配相差就愈大。有實際例子可以證明這一點。蘭州有一用戶采用這種單機組12脈波二極管整流電路，投運后發(fā)現(xiàn)，其中一整流橋直流電流達到12000A（額定值）時，另一整流橋的直流電流只有4500A。導致設(shè)備無法正常運行，后來被迫重新改造。

　　理論計算表明：增大整流變壓器二次電抗X2*=X△＊＋XY*，可以部分減小負載電流分配不均的問題。但完全依賴于增大X2*的值來彌補△Udio的影響是不切實際的。因為要將二者（匝比4/7）的電流偏差△Id*限制到3％以下，則要求整流變壓器二次電抗X2*=X△*＋XY*達到69.3％。

　　由于整流變壓器閥側(cè)△連接的電壓U2△大于Y連接的電壓U2Y，設(shè)想在變壓器設(shè)計時可人為地使X△*比XY*大4.16％，則在額定運行條件下，可以使二者的負載電流分配達到均衡。但由于整流變壓器閥側(cè)電抗可調(diào)整的只有變壓器內(nèi)部引線電抗和閥側(cè)母線電抗，可調(diào)節(jié)范圍很有限。而且，整流機組的負載率是隨生產(chǎn)工藝和備用機組的投切經(jīng)常變化的。所以，這樣的設(shè)想具有很大的局限性，實際上是做不到的。

　　將整流變壓器繞組按分裂式變壓器結(jié)構(gòu)（如軸向分裂）設(shè)計，增大繞組間阻抗，也有利于改善負載電流分配不均問題。但針對晶閘管整流器而言，可能存在著其它不利于晶閘管安全運行的因素（下面另有分析說明）。

　　采用晶閘管整流器雖然可以對兩套閥側(cè)繞組的電流作適當?shù)恼{(diào)整，使之達到均衡，但存在著其它不利于晶閘管整流器安全運行的因素（下面另有分析說明）。

　　[$page]　　采用飽和電抗器進行細調(diào)，能較好地解決二者負載電流分配不均問題。但也是有代價的。飽和電抗器占用的地方、增加的制造成本、本身的電耗和對功率因數(shù)的影響等都是不能忽略的。

　　2.2等值12脈波整流電路

　　對于等值12脈波整流電路來講，就不存在因△、Y連接引起負載電流分配不均的問題。在等值12脈波整流電路中，盡管其整流變壓器的網(wǎng)側(cè)也有Y形連接和△形連接之分，但由于變壓器網(wǎng)側(cè)繞組匝數(shù)比閥側(cè)繞組匝數(shù)多得多，將匝數(shù)之比做到接近1/是很容易的事。又因為兩臺變壓器繞組的每匝電勢可以設(shè)計成不相等，完全可以使兩臺整流變壓器的閥側(cè)電壓U2Y=U2△、△Udio=0。再加上變壓器網(wǎng)側(cè)電抗X1*不是公共的，對電流分配有調(diào)節(jié)作用，完全可以使兩臺的負載電流達到均衡分配。

　　3兩臺晶閘管整流器之間的兼容問題

　　在12脈波整流電路中，整流主電路是由兩臺6脈波晶閘管整流橋組成的。二者之間的相位角（或控制延遲角）相差30°，由兩組完全獨立的閥側(cè)繞組供電。

　　整流裝置在運行過程中會導致電網(wǎng)各點電壓波形產(chǎn)生畸變，干擾電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備的正常運行。同理，電網(wǎng)的擾動超過一定極限時，也會導致整流裝置規(guī)定性能的下降，使其運行中斷、甚至損壞。這就是整流器與所在電網(wǎng)的兼容性問題。按國標GB10236－88的規(guī)定，兼容的含義是：第一，整流器對電網(wǎng)的干擾在電網(wǎng)的容許范圍之內(nèi)；第二，整流器接入電網(wǎng)后，整流器進線上的電壓波動、頻率、波形等參數(shù)的擾動（包括其本身接入后引起的擾動）應低于所選整流器的抗電網(wǎng)干擾極限值。

　　按照國標GB10236?88的規(guī)定，B級抗擾等級的整流器允許的換相缺口極限值是：最大深度為40％；最大寬度為30°；最大面積為最大深度與最大寬度之積的1/10，即40×30×0.1=120。換相缺口過大，會造成觸發(fā)失敗、誤觸發(fā)或整流器工作不穩(wěn)