许岐岐，穆淑萍，刘井卫，齐玉明

（1.济南清河电气有限公司，山东济南250116；2.国网山东宁津县供电公司，山东宁津253400）

高低高变频调速系统中组合式变压器设计

许岐岐1，穆淑萍1，刘井卫1，齐玉明2

（1.济南清河电气有限公司，山东济南250116；2.国网山东宁津县供电公司，山东宁津253400）

在高低高变频调速系统中，研发设计了降压变压器和升压变压器，器身放于同一油箱中，成为一台油浸式组合式变压器，经投入运行，效果良好，值得在变频调速系统中推广。

组合式变压器；变频调速；设计

0 引言

随着中国经济的快速发展，电力能源成为制约经济增长的瓶颈，节能降耗也就成为国家和企业关注的问题，各种变频调速系统得到了广泛应用。目前应用比较多的主要有高压型和高低高型两种变频调速系统［1］。

高压型变频调速系统。由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，随着技术的进步，高压变频器可以实现四象限运行，也能实现矢量控制，已经成为当前传动系统调速的主流产品。

高低高型变频调速系统。采用升降压的办法，将低压或通用变频器应用在中、高压环境中。这种技术就是利用降压变压器—低压变频器—整流滤波器—升压变压器—高压电机，将低压变频器应用在高压电机调速系统中，达到节能的目的。由于采用标准的低压变频器，配合降压、升压变压器，故可以任意匹配电网及电动机的电压等级，容量小于500kW时，成本较直接高压变频器低。高低高型变频调速系统广泛应用在钢铁、电力、石化、煤炭、建材等高耗能行业。

图1 高低高变频调速系统组成

1 高低高变频调速系统中的组合式变压器

图1为高低高变频调速系统组成示意图。在系统中，降压变压器把线路电压10 kV降到低压变频器所用的电压0.4～0.69 kV；升压变压器用在变频器和高压电机之间，即把变频器输出的0.62 kV电压变成高压电机用的10 kV或6 kV电压。这两种变压器若要设计成干式变压器，就需要分别设计成两台单独的变压器，一种升压变压器和一种降压变压器，成本较高；若要设计成油浸式变压器，也可以设计成两台，但为了节约材料降低成本，可以把两台油浸式变压器放在一个油箱中使用，使产品成为一台组合式变压器［2］。

组合变压器的设计原则为：降压变压器与升压变压器采用截面积相同的铁心，铁心外面分别套上对应的一次和二次线圈，两台变压器器身上下放置或一字排开并列放置，分别形成两个独立的磁路系统；单台变压器线圈的计算与普通变压器的计算基本相同。

2 组合式变压器设计

2.1 组合式变压器电磁计算

在变压器的容量选择上，有时用户提出一些特殊规格容量的产品。在某项目中，用户要求降压变压器450kVA；升压变压器460kVA。经过和用户沟通，了解变压器的用途后，决定将升降压变压器容量统一采用450 kVA,损耗要求达到S11型［3］。在满足用户需求的同时使产品能够符合国标，升降压变压器选用同一种容量。

在变压器的电磁计算方面，同一种容量的变压器铁心的截面也是相同的［4］。虽然两种变压器的铁心截面相同了，但电压是不同的，线圈匝数上肯定是有差别的。可以稍微改变一点磁通密度和电流密度，使线圈的轴向和幅向尺寸基本保持一致。设计的450kVA的升降压变压器，所选的铁心截面是一致的，升压变压器（620 V）的磁通密度取1.398 T，匝数取34匝；而降压变压器（690 V）的磁通密度取1.393 T，匝数取38匝，两种变压器的磁通密度选取基本一致，但匝数是有差别的。为了保证两台变压器的轴向和幅向尺寸基本保持一致，把低压侧匝数多的铜线辐向尺寸选小一点，电流密度取2.85A／mm2，低压侧匝数少的铜线辐向尺寸选大一点，电流密度取2.68 A／mm2，而轴向选取同样的尺寸；同样高压侧也是这样，匝数多的选取的电流密度为2.15 A／mm2，匝数少的选取的电流密度为2.1 A／mm2，这样就保证了高低压线圈尺寸的基本统一，使两台升降压变压器的铁心完全统一，使所用油箱的尺寸优化到最小。

2.2 组合式变压器结构的设计

2.2.1 升降压变压器内部结构设计

当用户要求的变压器容量较小时，根据组合柜尺寸的大小可以把升降压变压器器身采用上下排列放置；当变压器容量较大时，可以把升降压变压器器身一字排开，并列放置［3］。用特殊的绝缘材料把两台变压器器身隔开，使两台变压器运行时能够达到它各自的电气性能和绝缘性能，以使它们同时运行时，不产生相互干扰。

2.2.2 升降压变压器外部结构设计

普通变压器出线方式，采用普通瓷套从油箱上部引出。为了减小油箱的高度，变压器的出线方式也不同于常规产品，这种组合变压器产品出线采用箱壁侧焊接法兰的方式，根据组合柜的要求，变压器可以正面出线，也可以侧面出线，高压套管采用自身带有双密封装置的肘型套管，低压采用铜接线端子［5］。为便于操作，两台变压器的分接开关也放在变压器油箱的侧面。变压器结构如图2所示。

图2 组合式变压器结构

2.3 组合式变压器的特点

升降压组合式油浸变压器的优点是从整体来说比两台单独的油浸式变压器节省了一部分变压器油和油箱钢材的用量，使整体材料成本降低，而且不影响实际运行效果。缺点是若一台变压器运行中发生故障，需要检修的话，则另一台变压器也会受到影响，必须从线路中退出运行。当然，这种油箱结构对于油箱的焊接水平要求较高，处理不好容易漏油。

3 结语

研制开发的升降压为一体的组合式变压器已有多台成功应用于高低高变频调速系统中，运行状况均良好，得到了用户的好评。这种升降压一体的组合变压器既满足了用户的需求，又节省了材料成本。随着高低高变频调速系统的推广，越来越多的升降压组合式油浸变压器会得到应用。同时根据变频调速系统中升降压一体的组合变压器的设计，可以推广到其它应用环境中：两台变压器器身可以放在一起运行，采用共用油箱。

［1］周志敏，纪爱华.变频器工程应用［M］.北京:化学工业出版社，2013.

［2］崔立君.特种变压器理论与设计［M］.北京:科学技术文献出版社，1995.

［3］GB 1094.1—2013电力变压器,第1部分总则［S］.

［4］尹克宁.变压器设计原理［M］.北京：中国电力出版社，2003.

［5］GB 6451—2008油浸式电力变压器技术参数和要求［S］.

The Design of the Integral Type Transformer in the High-low-high Variable-frequency Speed Regulation System

In the high－low－high variable－frequency speed regulation system,the step－down transformer and step－up transformer were designed.An oil－immersed integral type transformer was formed by putting the two transformers in the same oil tank.Practical application proved that this method had good effectiveness,and was worthy to be popularized in the variablefrequency speed regulation system.

integral type transformer；variable－frequency speed regulation；design

TM403

：B

：1007－9904（2014）04－0055－03

2014－07－05

许岐岐（1975—），女，高级工程师，从事变压器设计工作；

穆淑萍（1975—），女，工程师，从事变压器设计工作；

刘井卫（1973—），男，高级工程师，从事成套电器设计工作；

齐玉明（1975—），男，工程师，从事供电工作。