可中和负面电量的模块绕组通用变压器.pdf

低功率因数、谐波、负序电流等是电力系统中的负面电量，通常用并联元件来补偿、滤除、调整。更经济的方法是用一些负荷来补偿另一些负荷、用一些负荷来中和另一些负荷，因此出线较多的通用变压器将成为行业主角。干式变压器多采用环氧树脂浇注工艺，但出线较多的多副边绕组模具技术难度高，且浇注完成的绕组结构复杂，通电后易爆裂，本发明将整体浇注的绕组分成若干模块，每个模块均为简单结构，便于模具加工和产品耐热，并公开了可中和负面电量的模块绕组通用变压器设计方法。本发明原理清晰，结构简单，可靠性高，成本低廉，比整体浇注变压器有更大的散热面积，便于实现大批量生产。本发明可静态和动态的调整变压器自身及母线上负荷状态，并可根据供电部门的要求对上一级的系统提供调整资源。

1、  可中和负面电量的模块绕组通用变压器，其特征在于：由铁心、绝缘件、紧固件及原边绕组、副边绕组组成。原边绕组可制成整体模块，也可制成若干分段绕组模块，待总装时装配成整体。副边绕组可制成整体，也可制成若干单个副边绕组模块，待总装时装配成整体。该变压器原边模块和副边模块可箔绕或线绕，可逐层涂胶或模块浇注。该变压器原、副边模块可胶黏成整体，亦可压接为整体。
绕组参数设计的方法是：
1)变压器原边各电量如功率因数、谐波、负序等保持较高的质量。途径是：连接于变压器副边的各负载要平衡的取得电能。若有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边汲取超前电流(如移相)与其中和。若有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。若某负载发生变化，变压器某些副边也具有切换、调整的功能。
2)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等保持较高的质量。途径是：连接于变压器原边所处母线的各负载要平衡的取得电能。若母线上有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边须取超前电流(如移相)与其中和。若母线上有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若母线上有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。若母线上负载发生变化，变压器某些副边也具有切换、调整的功能。
3)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等为上一级电力系统保持净值，成为上一级电力系统的调整资源。
根据现场要求选择方法1)或方法2)或方法3)。

2、  根据权利要求1所述可中和负面电量的模块绕组通用变压器，其特征在于：该变压器可用于单元串联高电压变频器的前置隔离变压器。可将各单元或其高电压母线上其他负荷产生的负面电量中和掉。1)连接于变压器的各单元为整流性负载产生高次谐波，变压器通过各副边平均移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。变压器某些副边也具有切换、调整的功能，应对各单元负荷不均。2)连接于变压器原边所处母线的各负载要平衡的取得电能。若母线上有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边须取超前电流(如移相)与其中和。若母线上有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若母线上有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和。变压器某些副边也具有切换、调整的功能，应对母线上负载发生变化。3)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等为上一级电力系统保持净值，成为上一级电力系统的调整资源。

3、  根据权利要求1所述可中和负面电量的模块绕组通用变压器，其特征在于：该变压器用于中和变压器原边负序电量。不对称负载产生负序电流，变压器安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。控制汲取能量、向负载输出、延时馈回、馈入另一个副边的工作由控制单元承担。控制单元由可控整流桥、储能元件、逆变桥组成，如无需输出或馈入另一个副边的工作，则无逆变桥。

4、  根据权利要求1所述可中和负面电量的模块绕组通用变压器，其特征在于：原边绕组可制成整体模块，也可制成若干分段绕组模块，待总装时装配成整体。分段绕组需进行相互机械连接和电连接，机械连接可设头尾配合(大小头)，电连接需设接头绝缘。

5、  根据权利要求1所述可中和负面电量的模块绕组通用变压器，其特征在于：该变压器原、副边模块可压接为整体。原、副边模块可为便于安装撑条预设凹槽。原边模块之间、副边模块之间可设垫块。

可中和负面电量的模块绕组通用变压器
技术领域
本发明涉及通用变压器设计制造方法。
背景技术
低功率因数、谐波、负序电流等是电力系统中的负面电量，通常用并联电容电感等元件来补偿、滤除、调整。更经济的方法是用一些负荷来补偿另一些负荷、用一些负荷来中和另一些负荷。出线较多的通用变压器将成为行业主角。
通用变压器进入了高可靠性技术新时代，干式变压器多采用环氧树脂浇注新工艺。但出线较多的多副边绕组模具技术难度高，且浇注完成的绕组结构复杂，通电后易爆裂，迫切需新方法解决这一难题。
发明内容
本发明将整体浇注的绕组分成若干模块，每个模块均为简单结构，便于模具加工和产品耐热。并公开了可中和负面电量的模块绕组通用变压器设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
1、由铁心、绝缘件、紧固件及原边绕组、副边绕组组成。原边绕组可制成整体模块，也可制成若干分段绕组模块，待总装时装配成整体。副边绕组可制成整体，也可制成若干单个副边绕组模块，待总装时装配成整体。该变压器原边模块和副边模块可箔绕或线绕，可逐层涂胶或模块浇注。该变压器原、副边模块可胶黏成整体，亦可压接为整体。
绕组参数设计的方法是：
1)变压器原边各电量如功率因数、谐波、负序等保持较高的质量。途径是：连接于变压器副边的各负载要平衡的取得电能。若有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边汲取超前电流(如移相)与其中和。若有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。若某负载发生变化，变压器某些副边也具有切换、调整的功能。
2)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等保持较高的质量。途径是：连接于变压器原边所处母线的各负载要平衡的取得电能。若母线上有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边须取超前电流(如移相)与其中和。若母线上有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若母线上有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。若母线上负载发生变化，变压器某些副边也具有切换、调整的功能。
3)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等为上一级电力系统保持净值，成为上一级电力系统的调整资源。
根据现场要求选择方法1)或方法2)或方法3)。
2、该变压器可用于单元串联高电压变频器的前置隔离变压器。可将各单元或其高电压母线上其他负荷产生的负面电量中和掉。1)连接于变压器的各单元为整流性负载产生高次谐波，变压器通过各副边平均移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。变压器某些副边也具有切换、调整的功能，应对各单元负荷不均。2)连接于变压器原边所处母线的各负载要平衡的取得电能。若母线上有负载需要取得滞后的电流，则变压器某个或某几个副边须取超前电流(如移相)与其中和。若母线上有整流性负载产生高次谐波，变压器则安排某个或某几个副边通过移相，共同产生多波头取电的效果降低谐波。若母线上有不对称负载产生负序电流，变压器则安排互补的副边电流与其中和。变压器某些副边也具有切换、调整的功能，应对母线上负载发生变化。3)变压器原边所处母线上的各电量如功率因数、谐波、负序等为上一级电力系统保持净值，成为上一级电力系统的调整资源。
3、该变压器用于中和变压器原边负序电量。不对称负载产生负序电流，变压器安排互补的副边电流与其中和，汲取的能量向负载输出、或延时馈回、或馈入另一个副边。控制汲取能量、向负载输出、延时馈回、馈入另一个副边的工作由控制单元承担。控制单元由可控整流桥、储能元件、逆变桥组成，如无需输出或馈入另一个副边的工作，则无逆变桥。
4、原边绕组可制成整体模块，也可制成若干分段绕组模块，待总装时装配成整体。分段绕组需进行相互机械连接和电连接，机械连接可设头尾配合(大小头)，电连接需设接头绝缘。
5、该变压器原、副边模块可压接为整体。原、副边模块可为便于安装撑条预设凹槽。原边模块之间、副边模块之间可设垫块。
本发明原理清晰，结构简单，可靠性高，成本低廉，比整体浇注变压器有更大的散热面积，并且便于实现大批量生产。对无功补偿、滤除谐波、去除负序电流提供全新的手段。
附图说明
图1是整体浇注绕组纵抛面示意图。
图2是本发明原边绕组模块纵抛面示意图。
图3是本发明副边绕组模块纵抛面示意图。
图4是本发明大小头模块示意图。
图5是本发明两个大小头模块连接示意图。
图6是本发明原、副边模块，及撑条和垫块装配示意图。
图7是本发明撑条和垫块装配示意图。
图8是本发明两个模块电连接的绝缘结构示意图
图9是本发明原、副边模块与撑条横截面示意图。
图10是本发明六组原、副边模块，及撑条和垫块装配成整体的示意图。
图11是本发明产生移相效果的绕组连接示意图。
图12是本发明控制单元原理示意图。
图13是本发明无输出功能的控制单元原理示意图。
图14是本发明无输出功能的控制单元储能、馈回波形图。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本发明可中和负面电量的模块绕组通用变压器实施例，但本发明不限于以下各实施例。
图1是整体浇注绕组纵抛面示意图。1为原边绕组，2为副边绕组，3为出线端子，其余为环氧浇注物。
图2是本发明原边绕组模块纵抛面示意图。
图3是本发明副边绕组模块纵抛面示意图。
图4是本发明大小头模块示意图。
图5是本发明两个大小头模块连接示意图。
图6是本发明原、副边模块，及撑条和垫块装配示意图，4为垫块，5为撑条。
图7是本发明撑条和垫块装配示意图，4为垫块，5为撑条。
图8是本发明两个模块电连接的绝缘结构示意图，6为引出线绝缘，7为引出线导体及焊接物，8为绝缘套，套内注入绝缘胶。
图9是本发明原、副边模块与撑条横截面示意图，5为撑条。
图10是本发明六组原、副边模块，及撑条和垫块装配成整体的示意图。
图11是本发明产生移相效果的绕组连接示意图，9、10为绕组。
图12是本发明控制单元原理示意图，11为电力电子开关元件，12为电感储能元件。
图13是本发明无输出功能的控制单元原理示意图，11为电力电子开关元件，12为电感储能元件。
图14是本发明无输出功能的控制单元储能、馈回波形图。1系列为源波形，2系列为目标波形，3系列为调整波形。时间0——60为储能阶段，时间61——120为馈回阶段。表明了某相电流移动任意电角度的过程，用来调整负序电流。
下面结合附图以单元串联高电压变频器前置隔离变压器为例，说明本发明可中和负面电量的模块绕组通用变压器的制造及工作过程。
假设单元串联高电压变频器6千伏，1000千伏安，15个功率单元。6千伏母线上有整流性负载200千伏安，滞后30度电流负载200千伏安。上一级电力系统要求，提供中和滞后20度电流负载200千伏安的调整资源。
如不考虑母线其他负荷的情况，15个单元分成五组，每组变压器副边移相(图11)12度，可组成30波头取电方式克服自身整流性负载造成的高次谐波。
考虑母线其他负荷的情况，15个单元分成五组，母线上两种负荷占据了0度和滞后30度两个位置。15个功率单元所接变压器副边移相(图11)排列为超前30度，超前20度，超前10度，滞后10度，滞后20度五组。
根据上述设计，制出原边模块(图2)和副边模块(图3)，根据图4至图10压装成整机。
高压变频器工作时会随电动机负荷变化，母线上其他负荷也会变化。我们可以利用高压变频器各单元负荷差别控制，超前30度副边单元跟踪滞后30度电流负载。改变“超前20度、滞后20度两组”和“超前10度、滞后10度两组”的负荷比例可调节整流性负载波动造成的母线不平衡。
若考虑为上一级电力系统，提供中和滞后20度电流负载200千伏安的调整资源。15个功率单元所接变压器副边移相排列为超前30度，超前25度，超前15度，滞后10度，滞后20度五组。
本发明可静态和动态的调整变压器自身及母线上负荷状态，并可根据供电部门的要求对上一级的系统提供调整资源。