一种矿用整流变压器的应用研究

杨莉莉　付卫东　宋晓飞

摘 要：本文对矿用整流变压器系统进行了分析，从用户实际需要入手，确定另外一种矿用整流变压器的结构形式，即将一台变压器分成两个本体。这就有效解决了新产品重新取证的问题，而且变压器本体外形和常规变压器一致，不会出现因外形过大而下不去井的问题，有效减小了变压器重量，方便装卸和移动。

关键词：矿用变压器;整流;故障

中图分类号：TM422 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）26-0059-03

Application Analysis of a Mine Rectifier Transformer

YANG Lili FU Weidong SONG Xiaofei

（XJ Transformer Co.， Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： This paper analyzed the mining rectifier transformer system. According to the actual needs of users， another structure of mine rectifier transformer was determined， which divided a transformer into two bodies. It effectively solves the problem of new product re-forensics， and the transformer body shape is consistent with the conventional transformer， which will not cause the problem of not going down well because of the large shape， and effectively reduces the weight of the transformer， which is convenient for loading， unloading and moving.

Keywords： mine transformer;rectifier;fault

众所周知，在煤矿井下，有瓦斯、煤尘等易燃易爆物质，当遇到火源或高温时，就可能发生燃烧和爆炸。在煤矿井下，有大量的电气设备，这些设备在运行过程中可能会发生电弧或故障，遇到瓦斯和煤尘，有可能发生严重的煤矿事故。因此，煤矿下的电气设备，都有着严格的防爆要求，并且产品都要经过相关机构检验和备案。变压器作为煤矿井下一种重要的电气设备对防爆有着极其严格的要求，其设备外形都要在相关机构备案，取得相应的安标证书和防爆证书后才可以销售，因此，矿用变压器产品是标准产品，每种型号的规格都不能随意改动。但是，近年来，随着整流和逆变技术不断成熟，煤矿企业为了节能、提高电能质量，也开始使用相关整流设备，与之对应的就是整流变压器。普通6脉整流变压器和传统变压器结构相差不大，但为了降低谐波对电网的影响，一般使用12脉波整流桥结构。本文通过用户对变压器的要求分析，在不改动传统变压器结构的基础上，提出新的解决方法，为生产实际提供理论依据。

1 用户要求

国内某大型煤矿的招标文件对矿用变压器的使用提出了新的要求，具体要求如下。该台变压器主要是为1 000kW/1 140V主运输皮带变频调速装置配置的移动变电站，主要用于为1 000kW/1 140V的主运输变频器提供电源，必须保证移动变电站与变频器的总体配套。考虑到变频装置采用不可控整流，且主运输系统起动会影响电网的5、7、11、13、17、19等谐波分量，计划采用12脉动整流方式设计变频器的整流单元，需要外配12脉动变压器。该变压器二次侧绕组一组为星型连接，另外一组为三角形连接，绕组相位相差30°，形成12脉整流变压器。

2 变压器選用分析

图1为常规的矿用隔爆型变压器原理和线圈位置图。常规的矿用隔爆型变压器可以通过低压的三角和星型变换来实现1 140V和660V电压转换，低压侧输出彼此相差120°三相电源，可以用于6脉整流装置，相位相差60°，其线圈的位置如图1（b）所示，高、低线圈内外分布。

图2为常规矿用隔爆型变压器的器身图，左侧为低压侧，右侧为高压侧，高低压分别通过套管引出至防爆外壳的接线腔内，如图3所示。矿用变压器为特种产品，需要在国家安全标志检测中心检验并备案。各生产企业需要按照备案时的产品进行生产，如有改动，需要重新取得相关资质。

从小节1可知，用户要求12脉整流变压器，相位彼此相差30°。常规矿用隔爆型变压器为6脉整流变压器，相位彼此相差60°，该类型变压器结构无法满足用户要求。笔者借鉴城市地铁使用的牵引整流干式变压器的设计思路，变压器低压侧做成上下分裂结构形式，通过三角连接组别和星型连接组别的组合方式，可以实现用户对12脉和30°相角差的要求，如图4所示。该变压器线圈结构为上下分裂，上部分和下部分的连接组别方式不同，分别为三角形连接方式和星型连接方式，高压为星型连接方式，这样两个连接组别分别为Yd11和Yy0，上下共同组成30°的相角差，同时上下绕组共同组成了12脉的整流电路，与变频设备相连，满足用户对谐波治理的要求。

如图4所示，上下分裂结构的变压器在干式配电变压器的结构中比较多见，产品广泛应用于地铁、造纸厂等整流设备上。其采用多脉波设计，主要因为整流电路使用了不可控的整流器件，采用多脉波的形式，可以有效消除一定次数的高次谐波，保证电网侧的电能质量。

但是，矿用变压器作为一个矿用的特种设备，对设备的防爆要求很高。综上所述，这种特殊的整流变压器结构和常规矿用隔爆型变压器是不一样的，其出线方式，外观结构都发生了变化，如果要生产销售，必须重新取得资质证书，产品要生产样机，重新做型式试验。但是，该种变压器是一种特殊变压器，产品使用量很小，重新取得该类产品费用也比较高，取证周期较长，如果因为这一次销售而重新取得证书，有可能会得不偿失。

再有，矿用变压器之所以做成長形结构，主要是因为矿井一般为圆形斜井或竖井，井口尺寸空间有限，所以设备高度不能太高，否则无法进入井下。如图4所示，如果做成满足用户要求的上下分裂结构，线圈的电气高度会变大，使变压器防爆外壳的整体体积变大，当防爆变压器容量比较大时，就会出现变压器外形过大，从而无法下井的问题。

综合所述，将干式配电变压器的设计思路移植到矿用隔爆型变压器上是行不通的，会增加企业的取证、制造、产品非标设计等生产成本，其实际使用的效果也不理想，所以该方案无法解决用户实际问题，无法实现变频调速对矿用变压器的要求，所以需要思考新的解决方案。

3 新方案和思路

首先，认真研究用户真实的需求，该台变压器是和三相整流桥连接使用的，用户之所以要求二次相位差30°，组成12脉的整流电路，是因为多脉波叠加可以消除11次以下的谐波，排除高次谐波对电网的影响。变压器的三角连接和星型连接可以满足二次相位相差30°的要求，加上矿井大小和安标备案等影响，矿用变压器最好和备案时的变压器外形保持一致，这样就不需要再取证，同时也解决矿用变压器外形问题。

用户需要两路电源，并且这两路电源要求有相角差，在高压同相位的前提下，低压侧只需要两路彼此相位相差60°的电源，和变频器组成12脉的整流，以达到调速和消除谐波的目的即。由此，笔者得出新的方案，将原有变压器分解为两台，容量等分，两台变压器的高压电源取自同一高压电缆，保证相位相同，两台变压器的连接方式分别为Yd11和Yy0，如图5所示，将两台变压器低压侧引出至变频器装置，即可满足用户12脉整流的要求。

将一台变压器分成两个本体，有效解决了新产品重新取证的问题，而且变压器本体外形和常规变压器一致，不会出现因外形过大而下不去井的问题，有效减小了变压器重量，方便装卸和移动。以上方案和用户沟通后，得到了用户的认可和肯定，用户同意以该方案供货。

4 结论

本文提出的方案解决了企业自身和产品应用问题，但多个变压器的设计方案会增加购买成本，这需要和用户进行沟通。

参考文献：

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