一种海洋平台多绕组分裂变压器的技术特点及应用

/天津天能变压器有限公司 田贵书 赵忠云 /

一种海洋平台多绕组分裂变压器的技术特点及应用

/天津天能变压器有限公司 田贵书 赵忠云 /

本文介绍了一种海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器技术原理、结构构成，分析了该变压器的技术特点及谐波抑制。

海洋平台用干式变压器；结构；性能；谐波抑制

0 引言

从1996年开始，环氧树脂浇注干式变压器以它耐腐蚀（防盐雾、防霉菌、防湿热）、无污染、低损耗、低噪声、免维护、抗震、难燃、安全、可靠、外形美观等诸多优点，陆续替代了原有的海洋采油平台用油浸式变压器以及完全为油浸式结构、仅绝缘介质用耐热等级为B级环氧树脂常态下浇注固化在壳体内的所谓干式变压器。但大部分运行方式没有太大的改变，还是一台三相双绕组变压器只带一个负载。

随着海洋采油平台上各种不同的负载种类的逐步增加，大量电机变频装置的使用，也逐渐暴露了普通的三相双绕组干式变压器存在的问题：①无法满足多种不同负载的需求；②不能有效地抑制因多个中低压变频器造成的系统谐波，使变压器发热，噪声升高，影响变压器的安全可靠性和使用寿命，且系统谐波对电网污染较大，如加滤波装置后不但增加了平台面积，而且一次性投入成本较高；③多台变压器占地面积较大，平台的造价增加。因此，解决变频装置产生的多次谐波的影响，有效地降低谐波的含量，确保10kV侧对电网的谐波含量满足规范要求，保证产品运行的安全可靠性及正常的使用寿命已成为当前急需解决的问题。

本文介绍一种海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器，它可以解决现有技术存在的上述不足，完全满足海洋平台上的环境条件，是一种结构简单、操作方便、适合多种负荷、有效抑制谐波的多功能海洋平台用干式变压器。

1 产品基本参数及负荷特性

（1）主要参数（以PZBSSCFB-2000/10为例）

容量匹配（kVA）：2000/315/2×630/2×630；电压组合（kV）：10/0.4/2×0.4/2×1.26；联结组别：一台：Dy11d0yn11（移相+7.5°）；另一台：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

（2）负荷特性

0.4kV、315kVA为照明及电加热提供电源；0.4kV、2×630kVA为12脉波380V低压变频器提供电源，负责水平井、定向井等电泵供电；1.26kV、2×630kVA为12脉波中压变频器提供电源，负责同井采注、螺杆泵转电泵等电泵供电。低、中压变频器均含有丰富的谐波。

2 海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器的技术原理

众所周知，移相的目的是使变压器二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移，从而提高整流设备的脉波数。脉波数与各台整流变压器移向角度的关系：α=360/P

每台变压器中压输出1.26kV及一个低压输出0.4kV均为轴向分裂，分裂的中压1.26kV及低压0.4kV每个绕组均可带一个6脉波变频器；分裂的两个中压1.26kV及两个低压0.4kV（其中一个接成“y”、另一个接成“d”）可分别带一个12脉波中压变频器及一个12脉波低压变频器；变压器的高压绕组（亦排布为轴向分裂）连接成延边三角形，两台变压器中一台移相+7.5°、另一台移相-7.5°。两台变压器中分别带的中低压12脉波变频器中产生的11、13、35、37等次谐波在两台变压器高压侧公共电源中相互抵消，起到相当于24脉波整流降低谐波的效果。

3 结构特点（构成）

图1中，1为铁心；2为低压0.4kV动力照明绕组；3为低压0.4kV带变频电潜泵的绕组；4为中压1.26kV带变频电潜泵的绕组；5为低压0.4kV带变频电潜泵的绕组的屏蔽层；6为中压1.26kV带变频电潜泵的绕组的屏蔽层；7为6或10kV高压绕组（7-1和7-4为6或10kV高压绕组主绕组；7-2和7-3为6或10kV高压绕组移相绕组）。

图1

图1中低压绕组2一体不分裂，所带负载为电加热和照明，负载无谐波，不会对电网造成污染。

低、中压绕组3和4均轴向分裂，轴向分裂绕组容量相同、电压相同，所带负载为低、中压12脉波变频电潜泵，负载有谐波，谐波会对电网造成污染。

变压器低压及中压分裂绕组外层设置了静电屏蔽层，使高、低压及高、中压绕组互相隔离，形成两个独立系统，以消除静电耦合作用，还可以为高次谐波提供通路，减小谐波危害。

高压绕组7轴向分裂，上、下绕组均包含主绕组及移相绕组，分别连接成延边三角形然后并联运行；仅改变高压上下分裂绕组中的主绕组 “D”型连接顺序；即可实现一台变压器移向角为+7.5°，另一台变压器移向角为-7.5°。增强了产品的互换性。

高压绕组设置+5%、+2.5%、0、-2.5%和-5%五个电压调节分接档（主绕组及移相绕组同时设置分接，确保每档移相角的精度，限制非特征谐波），以便稳定二次电压输出。

4 产品主要技术特点

4.1 一变多用（多控）

一台变压器既可以为照明、电加热提供电源，又可以带低、中压12脉波变频电潜泵，相当于五台变压器的功能。有效地降低了海洋平台的占地面积。

4.2 增加变压器运行的可靠性

两台变压器通过母联控制，既可以并联运行，在一台故障或检修时另一台也可以单独运行。在变压器冷却风机开启下，一台变压器可以承担大部分负荷的供电，增加了供电可靠性。

4.3 抑制谐波能力

（1）变频器谐波波形

图2 6脉波变频器谐波波形

变频器谐波波形分别如图2～图4所示。

图3 12脉波变频器谐波波形

图4 等效24脉波谐波波形

（2）抑制谐波能力分析

变频器产生的谐波电流（谐波次数及谐波电流的幅值）在理想情况下，假定电网换相变流器的直流电流平直，其电压脉波数为P，则网侧电流中只含有h=kP±1次的特征谐波（式中，K为正整数），第h次谐波电流的理论值为Ih=I1/h（式中，I1为基波值）。

实际上，由于各种非理想因素（电网电压不平衡，触发延迟角不对称，负荷不平衡等）的存在，不可避免地产生非特征次数谐波。

考虑到非特征谐波实际6、12、24脉波电路中谐波含量可知，12脉波变频器中5、7、17、19等次谐波电流和等效24脉波系统中5、7、11、13、17、19、35、37等次谐波电流均在一次接线中环流，基本上不流到电网中去，电网电流中12脉波变频器主要只有11、13、23、25等，等效24脉波系统中主要只有23、25、47、49等次谐波电流，从而大大减少了电网中的谐波含量，尤其消除了振幅较大的5、7次谐波。

5 社会及经济效益对比

技术经济性能分析比较（以PZBSSCFB-2000/10为例）：定容量（kVA）：2000/315/2×630/2×630 ；额定电压（kV）：10±2×2.5%/0.4/0.4×2/1.26×2；联结组别：一台：Dy11d0yn11（移相+7.5°），另一台：Dy1d2yn1（移相-7.5°）。

从下表中单台PZBSSCFB-2000/10的海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器和五台相同容量的双绕组海洋平台用干式变压器性能数据相比，空载损耗下降38%左右；负载损耗下降53%左右；铜导线下降了6%；硅钢用量下降35%左右；重量降低32%左右；占地面积减小了57%。这种海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器不但可有效抑制谐波污染，环保效益显著；而且可降低能源消耗，节约生产成本，降低平台造价，对海洋电力工程贡献大；大大提高了用户装备水平，其经济效益和社会效益显著，是值得推广的一种海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器。

表 性能数据对比

6 应用

我公司为某油田生产的两台PZBSSCFB-2000/10海洋平台用多绕组移相分裂干式变压器，已在海洋平台特殊环境中安全可靠运行两年半，用户通过实测，虽然因实际工况，两组12脉波变频电潜泵的负荷不能达到完全相等，其谐波略大于表中等效24脉波谐波数据，但远低于12脉波变频器谐波及国家标准，达到了用户设计要求，赢得了用户的信赖。