24-пульсный выпрямительный трансформатор

В промышленных проектах со строгими ограничениями по гармоникам при 12-импульсном выпрямлении устраняются 5-я и 7-я гармоники, но 11-я и 13-я гармоники сохраняются. Когда устойчивость сети к короткому замыканию низкая или требования к качеству электроэнергии строгие, 24-пульсная схема может дополнительно снизить содержание гармоник на стороне сети. Yulan Transformer производит 24-пульсные выпрямительные трансформаторы мощностью от 630 кВА до 80 000 кВА; Напряжения на стороне сети могут составлять 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ и 35 кВ, а параметры на стороне клапана разрабатываются индивидуально в соответствии с конкретными требованиями выпрямителя.

Логика подавления гармоник

24-пульсная система выпрямления обычно состоит из четырех 6-пульсных выпрямительных мостов. Фазосдвигающий трансформатор используется для создания последовательной разности фаз 15° между сторонами переменного тока четырех мостов. Следовательно, большинство гармоник низшего порядка на стороне сетки, за исключением 23-й и 25-й, нейтрализуют друг друга. По сравнению с 12-импульсными системами эффективно устраняются 11-я и 13-я гармоники; остальные характеристические гармоники начинаются с 23-го порядка со значительно уменьшенными амплитудами, что снижает потребность в фильтрующем оборудовании.

Общие комбинации фазового сдвига, используемые в технике, включают +7,5°, -7,5°, +22,5° и -22,5° или 0°, 15°, 30° и 45°, при этом конкретная конфигурация определяется конструкцией системы.

Методы реализации

Четыре независимых трансформатора

Четыре 6-пульсных выпрямительных трансформатора имеют определенные углы сдвига фаз, каждый из которых подает питание на один выпрямительный мост. Эта схема обеспечивает гибкость обслуживания — позволяя остальным блокам работать с пониженной мощностью в случае отказа одного — но требует большей площади и большего количества блоков распределительного устройства первичной стороны.

Два двухобмоточных трансформатора

Каждый трансформатор оснащен двумя наборами обмоток со стороны клапана для достижения двух различных углов сдвига фаз. Например, один трансформатор выдает +7,5° и -7,5°, а другой - +22,5° и -22,5°. По сравнению со схемой с четырьмя трансформаторами такой подход вдвое уменьшает количество блоков и обеспечивает более компактную компоновку. Одиночный многообмоточный трансформатор

Эта конфигурация включает четыре комплекта обмоток со стороны клапана в одном трансформаторе, что обеспечивает четыре угла сдвига фаз за счет зигзагообразных соединений или соединений удлиненным треугольником. Хотя это решение сводит к минимуму занимаемую площадь оборудования, отказ одного блока влияет на всю нагрузку, а сложность производства возрастает; он обычно используется для приложений малой и средней мощности или там, где пространство ограничено.

Пользователи могут выбирать конфигурацию в зависимости от условий объекта, стратегии обслуживания и требований к надежности. Все три метода обеспечивают эквивалентную эффективность подавления гармоник, различия в основном заключаются в физическом расположении, эксплуатации и обслуживании.

Технические характеристики

Фазосдвигающие обмотки и точность

Эффективность подавления гармоник в 24-импульсной системе зависит от точности разности фаз между мостами. Точный расчет коэффициентов витков фазосдвигающей обмотки имеет важное значение, поскольку отклонения намотки и ошибки сборки во время изготовления могут повлиять на конечный угол фазосдвигания. Yulan Transformer записывает количество витков для фазосдвигающих обмоток поштучно и проверяет углы фаз между обмотками в ходе заводских приемочных испытаний, выдерживая отклонения в пределах ±0,5°.

При использовании комбинации нескольких трансформаторов необходимо также контролировать отклонение импеданса короткого замыкания между блоками. Несоответствие импедансов приводит к неравномерному распределению тока нагрузки, что может привести к перегрузке определенных выпрямительных мостов и снижению возможностей подавления гармоник. Допустимые диапазоны отклонения импеданса должны быть четко определены на этапе технического проектирования.

Потери и повышение температуры

24-пульсная схема устраняет большее количество порядков гармоник, дополнительно уменьшая дополнительные потери в обмотке по сравнению с 12-пульсной схемой. Однако, поскольку гармоники 23-го порядка и выше по-прежнему вызывают скин-эффект и эффект близости, конструкция проводника должна предусматривать достаточные запасы. Плотность магнитного потока в сердечнике поддерживается ниже уровня, типичного для обычных распределительных трансформаторов, чтобы компенсировать потенциальные компоненты постоянного тока, возникающие во время переходных процессов в выпрямителе.

Испытания на повышение температуры должны проводиться с использованием сигналов тока, включающих характеристические гармоники; в противном случае результаты испытаний не будут точно отражать повышение температуры горячих точек в реальных условиях эксплуатации. Клиенты могут запросить спектр гармонического тока при размещении заказа, который будет служить входными данными для проверки повышения температуры.

Производство и тестирование

В обмотках используются транспонированные проводники или несколько параллельных проводников, а для сильноточных соединений на стороне клапана используются медные шины. На внутренних стенках резервуара устанавливается магнитное или электрическое экранирование, размер которого соответствует мощности трансформатора, чтобы минимизировать паразитные потери, вызванные гармоническими магнитными полями. Агрегаты большой мощности оснащаются радиаторами панельного типа или системами охлаждения с принудительной циркуляцией масла.

Помимо стандартных плановых испытаний, заводские приемочные испытания направлены на измерение угла сдвига фаз, испытания изоляции между обмотками со стороны клапана, измерение частичных разрядов и испытания грозовыми импульсами (для 35 кВ и выше). Данные испытаний архивируются по серийному номеру, обеспечивая прослеживаемость вплоть до таких процессов, как изготовление обмоток, укладка сердечников и сушка активных деталей.

Инженерные возможности

Yulan Transformer занимается производством электропечных трансформаторов и выпрямительных трансформаторов с 1999 года, имея возможность производить и испытывать продукцию на напряжение 110 кВ и ниже. Ключевое оборудование включает грузоподъемность 80 тонн, систему вакуумной сушки паровой фазы керосина мощностью 400 кВт, импульсное испытательное оборудование на 1200 кВ и испытательный трансформатор промышленной частоты без частичных разрядов на 400 кВ. Эти мощности позволяют компании выполнять требования к обработке изоляции и заводским проверкам сложных многообмоточных конструкций 24-пульсных выпрямительных трансформаторов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Какова разница в содержании гармоник между 24-импульсной и 12-пульсной системами?

Основными гармониками 12-импульсного выпрямителя являются 11-й и 13-й порядки; 24-импульсная система эффективно устраняет их, при этом остаточные характеристические гармоники начинаются с 23-го порядка. Суммарные гармонические искажения (THD) тока на стороне сети обычно падают с 8–10 % (12-импульсный) до менее 4 % (24-импульсный), причем конкретные значения зависят от нагрузки и импеданса.

Вопрос: Что произойдет, если один трансформатор выйдет из строя в конфигурации с четырьмя трансформаторами?

В конфигурации с четырьмя независимыми трансформаторами оставшиеся три могут продолжать работать, если один из них отключен от сети; однако произойдет дисбаланс на стороне сети, и снова появятся некоторые гармоники низшего порядка. В таких условиях следует снизить общую нагрузку и незамедлительно запланировать техническое обслуживание. Напротив, конфигурация однообмоточного трансформатора не позволяет изолировать отдельный мост, что приводит к более широкому воздействию в случае неисправности.

Вопрос: Является ли 24-пульсная система более чувствительной к ошибкам угла фазового сдвига, чем 12-пульсная система?

Да. 24-импульсная система требует точных фазовых соотношений между четырьмя наборами мостов одновременно; отклонение в любом отдельном наборе не позволяет соответствующим парам гармоник полностью нейтрализовать друг друга. Следовательно, предъявляются более строгие требования к точности изготовления и заводским испытаниям фазосдвигающих обмоток.

Вопрос: Стоит ли использовать 24-пульсную систему для проектов малой мощности?

Если электросеть предъявляет строгие требования к гармоникам и стоимость фильтрации высока, 24-пульсная система может быть более экономичной, чем 12-пульсная система в сочетании с фильтрами. Однако для меньших мощностей постоянные затраты, связанные с несколькими трансформаторами, составляют большую долю от общей суммы, что требует комплексного анализа затрат и выгод. Хотя системы мощностью выше 630 кВА обычно являются кандидатами на оценку, окончательный выбор зависит от конкретных условий сети и бюджета проекта.

Вопрос: Может ли 24-пульсный выпрямительный трансформатор заменить пассивные фильтры?

Он не может служить полноценной заменой. Хотя 24-импульсная система устраняет большинство гармоник низшего порядка, гармоники 23-го порядка и выше сохраняются; кроме того, дисбаланс нагрузки или ошибки фазового сдвига могут привести к появлению небольшого количества гармоник низкого порядка. В некоторых проектах все еще может потребоваться ограниченное количество ветвей фильтра, хотя емкость и стоимость значительно ниже, чем у 6-пульсных или 12-пульсных решений.