鄢克勤

（中山ABB变压器有限公司，广东 中山 528449）

目前，整流变压器在工厂负载和温升试验使用时正弦电压和电流，但这并不能完全反应整流变压器现场运行时的损耗和温升热点。实际上，在现场运行时，由于整流系统产生的谐波影响及变压器结构型式的不同，绕组各个区域的损耗将有很大不同，直接导致局部温度升高，对变压器运行寿命产生极大影响，严重的甚至导致变压器故障。本文对两种典型整流变压器结构的谐波电流分布进行分析，并提出解决热点问题的方法。

1 谐波电流产生的损耗在低压线圈的分布

IEC61378-1及GB/T18494-1均介绍了考虑谐波电流的绕组总损耗的计算方法，这种计算方法是基于谐波电流在绕组中均匀分布的情况下。但是这种方法没有考虑绕组各个部分的轴向和幅向漏磁分布不同，特别是端部磁场的弯曲，导致端部损耗较高，这是导致问题发生的根本原因。因此，需要通过电磁场有限元分析法进行准确分析。

1.1 六脉波整流变压器

图1为典型六脉波的绕组排列图，二次整流桥中电流均为近似矩形波，用傅立叶级数将其分解，得基波和一系列奇次谐波，而变压器的D接绕组是3n次谐波电流的天然通路，所以电流波形谐波分量仅存在6n±1次（n=1，2，3，…）。图2是高低压绕组的谐波电流的分布示意图，由于端部磁通的弯曲，低压两端安匝分布将明显不同，通过ABB公司ACE有限元软件进行漏磁分析。

图1 绕组排列图

图2 谐波电流（1，5，7，11，13，17，19，23，25次）的损耗分布

由于高压线圈是一个电流串联的关系，将高压绕组整体作为一个绕组，而低压线圈是通过很多个线饼并联起来提供大电流，所以低压绕组每个回路单独作为一个绕组，并且变压器的漏磁场近似按二维似稳场考虑，谐波电流漏磁分布如图 3，可以看出在线圈端部磁力线发生明显弯曲。由于低压线圈是由很多个线圈回路并联组成，所以漏磁分布不均匀会导致低压线圈每个回路电流分布不均匀。

图3 谐波电流分布

1.2 轴向分裂十二脉波整流变压器

图4为轴向分裂十二脉波的典型布置图，低压绕组为d和y接，谐波电流分布要分两种情况，当6n±1次（n=2，4，6，…） 时，d接绕组和y接绕组的谐波电流相位一致，电流分布同六脉波整流变压器，如图6（a）安匝分布示意。但当 6n±1次（n=1，3，5，…） 时，d接绕组和y接绕组的谐波电流相位相反，低压绕组安匝特别是两低压线圈的间隙处由于反向电流相互吸引，导致间隙处的磁场相对集中，中部两绕组相交处磁通畸变。高压上下绕组谐波电流各为额定谐波电流的70%左右，由于两低压线圈电流相差 180°，有约 30%谐波电流在两低压线圈相互平衡，此时两低压线圈间隙处的漏磁量为最大。如图6（b）安匝分布示意。

图4 整流电路原理图

图5 绕组排列图

这种情况的谐波电流分布对变压器局部损耗及热点影响很大，决不能忽视。公司一台产品容量600V、90kA、12脉波的印度整流变压器，采用轴向分裂结构如图5所示。

典型的整流变谐波电流含量如表1 所示，从表中可以看出5，7次的谐波电流含量很高，特别是5次谐波电流的含量高达29.3%，这些谐波产生的附加损耗叠加在基本电流损耗上，会使线圈内部产生意料之外的热点，所以很有必要对这些谐波电流产生的损耗分布进行分析。

图6 谐波电流的安匝分布

表1 典型整流变谐波含量

具体漏磁分析如图7所示，可以明显看出，在低压两个线圈的中间间隔处漏磁非常集中，这样就导致间隔两端的低压线饼的损耗是线饼平均损耗的两倍左右。通常来自电力变的认识是线圈热点存在于线圈上端部，因为那里的顶油温升高。但是这种结构的变压器经过有限元分析后发现，热点存在于两个线圈间隔处附近，这正是需要分析谐波电流损耗分布原因。如果不对间隔处附近的线饼进行特殊处理，会影响变压器的正常寿命，甚至引起变压器故障。

图7 5，7，17，19，……电流分布图

2 解决办法

通过对漏磁场的具体分析，了解谐波电流的损耗分布，进而调整上下部线圈距离，改善谐波电流损耗分布，调整漏磁分布较大处的总损耗，局部热点较大的采用耐热温度高的线匝绝缘以及调整此处油流分布，改善散热能力可以很好地解决热点问题。

综上所述，当整流变压器运行时，由于谐波的影响以及变压器的结构特点，谐波电流在绕组中并不会均匀分布，必然会导致局部损耗过高，从而产生局部热点。但通过二维场的有限元分析，采取一些必要的措施，完全可以解决此问题，可以走出来自对普通电力变热点分布的认识误区，避免由此带来的变压器寿命甚至故障等问题。