Промышленный 24-импульсный силовой выпрямительный трансформатор

Промышленные предприятия с большими нагрузками постоянного тока часто сталкиваются со строгими ограничениями по гармоникам в соответствии со стандартами IEEE 519 или региональными сетевыми нормами. 12-пульсный выпрямитель удаляет 5-ю и 7-ю гармоники, но оставляет 11-ю и 13-ю гармоники. 24-импульсная схема расширяет концепцию фазового сдвига, так что токи доминирующих гармоник на первичной стороне начинаются с 23-го порядка. Yulan Transformer поставляет промышленные 24-пульсные силовые выпрямительные трансформаторы мощностью от 630 до 80 000 кВА с первичным напряжением 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ или 35 кВ.

Логика подавления гармоник

В 24-пульсной системе используются четыре 6-пульсных выпрямительных моста. Трансформаторы, питающие эти мосты, сдвинуты по фазе, так что входные напряжения моста разнесены на 15° друг от друга. На первичной стороне токи 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармоник в значительной степени компенсируются. Остальные характеристические гармоники начинаются с 23-го порядка, имеют гораздо меньшую амплитуду и при необходимости их легче фильтровать.

Результатом является более чистая форма сигнала первичного тока и уменьшение искажений напряжения в точке общего соединения. Это может устранить необходимость в больших банках пассивных фильтров во многих приложениях.

Конфигурации фазового сдвига

Наиболее распространенные комбинации фазового сдвига для 24-импульсного режима:

Мост	Фазовый сдвиг (пример)
Мост 1	+7,5°
Мост 2	-7,5°
Мост 3	+22,5°
Мост 4	-22,5°

В зависимости от конструкции системы также используются другие комбинации, такие как 0°, 15°, 30° и 45°. Точный набор определяется производителем выпрямителя или проектировщиком-электриком.

Системные договоренности

Четыре независимых трансформатора

Каждый трансформатор питает один выпрямительный мост и имеет определенный фазовый сдвиг. Техническое обслуживание является гибким, поскольку один блок можно снять, а остальные три продолжают работать с пониженной нагрузкой. Недостатком является большая занимаемая площадь и большее количество соединений распределительного устройства.

Два трансформатора двойной вторичной обмотки

Каждый трансформатор содержит две вентильные обмотки с разными фазовыми сдвигами. Например, один блок обеспечивает +7,5° и -7,5°, а другой +22,5° и -22,5°. Это уменьшает количество оборудования и занимаемую площадь по сравнению с вариантом с четырьмя агрегатами.

Одиночный многообмоточный трансформатор

В одном трансформаторе размещены четыре обмотки со стороны клапана, каждая из которых имеет разный фазовый угол. Это экономит больше всего места, но означает, что выход из строя одного трансформатора приведет к прерыванию работы всей системы выпрямителя. Сложность изготовления также выше.

Эффективность подавления гармоник среди этих устройств одинакова. Какой из них выбрать, обычно зависит от компоновки площадки, потребностей в резервировании и транспортных ограничений.

Технические характеристики

Элемент	Параметр
Применимые стандарты	IEC, GB, ANSI/IEEE, NEMA и отраслевые спецификации.
Номинальная мощность	от 630 кВА до 80 000 кВА
Первичное номинальное напряжение	6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ или 35 кВ
Вторичное напряжение	Определяется схемой выпрямителя, обычно от 380 В до 3000 В.
Номинальная частота	50 Гц или 60 Гц
Фаза	Трехфазный
Комбинация фазового сдвига	±7,5°/±22,5° или другие наборы, предусмотренные проектом
Первичное соединение	Дельта или Уай
Вторичное соединение	Звезда, треугольник, многообмоточный или зигзагообразный
Сопротивление короткого замыкания	от 6% до 12% или как указано
Метод охлаждения	ОНАН, ОНАФ или OFWF
Регулирование напряжения	Переключение ответвлений без нагрузки или под нагрузкой

Особенности проектирования 24-пульсных устройств

Точность фазового угла

Гармоническое подавление зависит от относительного положения фаз четырех мостов. Отклонение в каком-либо одном наборе обмоток уменьшает подавление соответствующей гармонической пары. Yulan Transformer проверяет количество витков каждой фазосдвигающей обмотки и измеряет фактические фазовые углы во время заводских испытаний. Допуск сохраняется в пределах ±0,5°.

Согласование импеданса

Когда несколько трансформаторов образуют 24-пульсную систему, их сопротивления короткого замыкания должны быть точно согласованы. Большие различия в импедансе вызывают неравномерное распределение тока между мостами, что ослабляет подавление гармоник и может привести к перегрузке одного моста. Допуск на сопротивление определяется на этапе проектирования и проверяется испытаниями.

Обмотка и сердечник

Токи на стороне клапана часто бывают высокими, что требует транспонированных проводников или нескольких параллельных проводников. Сердечник работает ниже плотности потока стандартного распределительного трансформатора, чтобы избежать насыщения из-за переходных составляющих постоянного тока. В конструкции обмотки заложен запас на потери на вихревые токи, вызванные остальными токами 23-й и 25-й гармоник.

Защита танка

Гармонический поток рассеяния индуцирует вихревые токи в стенках резервуара и зажимных конструкциях. Для больших номиналов на внутренней поверхности резервуара устанавливаются магнитные или электромагнитные экраны, позволяющие уменьшить паразитные потери и предотвратить появление горячих точек.

Заводское тестирование

Плановые испытания охватывают сопротивление обмотки постоянному току, коэффициент трансформации напряжения, сопротивление изоляции, устойчивость к промышленной частоте, наведенное перенапряжение, потери холостого хода, потери нагрузки и полное сопротивление короткого замыкания. Для 24-импульсных устройств дополнительные измерения включают:

● Проверка фазового угла для каждого комплекта обмоток со стороны клапана.

● Проверка изоляции между различными обмотками со стороны клапана.

● Измерение частичных разрядов

● Испытание грозовым импульсом для первичного напряжения 35 кВ и выше.

Испытания на повышение температуры при заданном спектре гармоник тока могут быть организованы, если покупатель предоставит ожидаемый профиль нагрузки. Данные испытаний архивируются по серийному номеру и прослеживаются до записей обмоток и сборок сердечника.

Часто задаваемые вопросы

Насколько сильное снижение гармоник обеспечивает 24-импульсный режим по сравнению с 12-импульсным?

В 12-импульсной системе доминирующими компонентами обычно остаются 11-я и 13-я гармоники. 24-импульсная система также их подавляет, поэтому первичные гармоники тока начинаются с 23-го порядка. Общее гармоническое искажение тока часто падает примерно с 8–10 % для 12-импульсного режима до менее 4 % для 24-пульсного режима, в зависимости от условий нагрузки и импеданса.

Всегда ли 24-пульсный дороже, чем 12-пульсный?

Трансформаторная часть дороже из-за дополнительных фазосдвигающих обмоток или дополнительных блоков. Однако стоимость пассивных фильтров может быть намного ниже, а в некоторых проектах общая стоимость установки сопоставима или даже ниже, если учесть экономию на фильтрах. При детальном сравнении следует учитывать стоимость оборудования, площадь помещения и текущее обслуживание компонентов фильтра.

Что произойдет, если один трансформатор в четырехблочной схеме выйдет из строя?

Остальные три блока могут продолжать работу, но фазосдвигающий набор уже не сбалансирован. Некоторые гармоники низшего порядка снова появятся на первичной стороне. Систему следует эксплуатировать с пониженной нагрузкой до тех пор, пока неисправный блок не будет отремонтирован или заменен. При использовании одного многообмоточного трансформатора отказ влияет на всю систему выпрямителя.

Можно ли модернизировать 12-пульсную установку до 24-пульсной?

Не легко. Дополнительные фазовые сдвиги должны быть встроены в обмотки трансформатора. Модернизация потребует добавления одного или нескольких фазосдвигающих трансформаторов или замены существующих блоков. Прежде чем вносить такие изменения, необходимо тщательно оценить пространство, согласование импедансов и сложность подключения.

Нужны ли 24-импульсным системам фильтры гармоник?

Во многих случаях нет, но это зависит от требований сети и величины остаточного тока 23-й и 25-й гармоник. При очень строгих ограничениях или при несбалансированной нагрузке все же можно устанавливать небольшие ответвления фильтра. Их размер и стоимость намного ниже, чем те, которые необходимы для 6- или 12-импульсных схем.

Производственные возможности

Yulan Transformer производит печные трансформаторы и выпрямительные трансформаторы с 1999 года. Компания работает в условиях производства и испытаний класса 110 кВ, включая грузоподъемность 80 тонн, систему вакуумной сушки паровой фазы керосина мощностью 400 кВт, импульсную испытательную систему 1200 кВ и испытательный трансформатор промышленной частоты без частичного разряда 400 кВ. Эти средства обеспечивают обработку изоляции и заводскую проверку многообмоточных 24-пульсных выпрямительных трансформаторов.

Для получения схем фазового сдвига, расчетов потерь или габаритных чертежей для конкретного проекта обращайтесь в технический отдел Yulan Transformer.