Transformator prostowniczy 24-impulsowy

W projektach przemysłowych ze ścisłymi ograniczeniami dotyczącymi harmonicznych, podczas gdy 12-impulsowe prostowanie eliminuje 5. i 7. harmoniczną, 11. i 13. harmoniczne pozostają. Gdy zdolność zwarciowa sieci jest niska lub wymagania dotyczące jakości energii są rygorystyczne, schemat 24-impulsowy może jeszcze bardziej zmniejszyć zawartość harmonicznych po stronie sieci. Yulan Transformer produkuje 24-impulsowe transformatory prostownicze o mocach od 630 kVA do 80 000 kVA; Napięcia po stronie sieci mogą wytrzymać 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV i 35 kV, natomiast parametry po stronie zaworu są projektowane na zamówienie, aby spełnić specyficzne wymagania prostownika.

Logika eliminacji harmonicznych

24-impulsowy system prostowniczy składa się zazwyczaj z czterech 6-impulsowych mostków prostowniczych. Transformator przesuwający fazę służy do wytworzenia sekwencyjnej różnicy faz wynoszącej 15 ° między stronami prądu przemiennego czterech mostków. W rezultacie większość harmonicznych niskiego rzędu po stronie sieci – z wyjątkiem 23. i 25. – znosi się wzajemnie. W porównaniu do systemów 12-impulsowych, 11. i 13. harmoniczna są skutecznie eliminowane; pozostałe charakterystyczne harmoniczne zaczynają się od 23 rzędu ze znacznie zmniejszonymi amplitudami, zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie na sprzęt filtrujący.

Typowe kombinacje przesunięcia fazowego stosowane w inżynierii obejmują +7,5°, -7,5°, +22,5° i -22,5° lub 0°, 15°, 30° i 45°, przy czym specyficzna konfiguracja jest określona przez projekt systemu.

Metody wdrażania

Cztery niezależne transformatory

Cztery 6-pulsowe transformatory prostownicze zostały zaprojektowane z określonymi kątami przesunięcia fazowego, a każdy z nich dostarcza moc do pojedynczego mostka prostowniczego. Schemat ten zapewnia elastyczność konserwacji — umożliwiając pozostałym jednostkom pracę ze zmniejszoną wydajnością w przypadku awarii jednej — ale wymaga większej powierzchni i większej liczby rozdzielnic po stronie pierwotnej.

Dwa transformatory dwuuzwojeniowe

Każdy transformator jest wyposażony w dwa zestawy uzwojeń po stronie zaworu, aby uzyskać dwa różne kąty przesunięcia fazowego. Na przykład jeden transformator wyprowadza +7,5° i -7,5°, a drugi +22,5° i -22,5°. W porównaniu ze schematem czterech transformatorów, podejście to zmniejsza o połowę liczbę jednostek i skutkuje bardziej zwartym układem. Pojedynczy transformator wielouzwojeniowy

Konfiguracja ta obejmuje cztery zestawy uzwojeń po stronie zaworów w jednym transformatorze, co pozwala uzyskać cztery kąty przesunięcia fazowego poprzez połączenia zygzakowate lub wydłużony trójkąt. Chociaż to rozwiązanie minimalizuje wymiary sprzętu, awaria pojedynczego urządzenia wpływa na cały ładunek, a złożoność produkcji jest większa; jest zwykle używany w zastosowaniach o małej i średniej wydajności lub tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona.

Użytkownicy mogą wybrać konfigurację w oparciu o warunki panujące w lokalizacji, strategie konserwacji i wymagania dotyczące niezawodności. Wszystkie trzy metody zapewniają równoważną skuteczność tłumienia harmonicznych, a różnice dotyczą przede wszystkim układu fizycznego oraz obsługi i konserwacji.

Dane techniczne

Uzwojenia z przesunięciem fazowym i dokładność

Skuteczność eliminacji harmonicznych w systemie 24-impulsowym zależy od dokładności różnicy faz pomiędzy mostkami. Dokładne obliczenie współczynników zwojów uzwojenia przesunięcia fazowego jest niezbędne, ponieważ odchyłki uzwojenia i błędy montażowe podczas produkcji mogą mieć wpływ na końcowy kąt przesunięcia fazowego. Yulan Transformer rejestruje liczbę zwojów uzwojeń z przesunięciem fazowym w przeliczeniu na jednostkę i weryfikuje kąty fazowe między uzwojeniami podczas fabrycznych testów odbiorczych, utrzymując odchylenia w granicach ± ​​0,5°.

W przypadku stosowania kombinacji wielu transformatorów należy również kontrolować odchylenie impedancji zwarciowej pomiędzy urządzeniami. Niedopasowanie impedancji prowadzi do nierównomiernego rozkładu prądu obciążenia, potencjalnego przeciążenia określonych mostków prostowniczych i zmniejszenia możliwości eliminacji harmonicznych. Dopuszczalne zakresy odchyleń impedancji muszą być jasno określone na etapie projektowania technicznego.

Straty i wzrost temperatury

Schemat 24-impulsowy eliminuje większą liczbę rzędów harmonicznych, dodatkowo zmniejszając dodatkowe straty uzwojenia w porównaniu ze schematem 12-impulsowym. Jednakże, ponieważ harmoniczne rzędu 23 i więcej nadal wywołują efekty naskórkowości i bliskości, projekt przewodnika musi uwzględniać wystarczające marginesy. Gęstość strumienia magnetycznego rdzenia jest utrzymywana poniżej poziomów typowych dla konwencjonalnych transformatorów rozdzielczych, aby uwzględnić potencjalne składowe prądu stałego powstające podczas stanów nieustalonych prostownika.

Testy wzrostu temperatury należy przeprowadzić przy użyciu przebiegów prądu zawierających charakterystyczne harmoniczne; w przeciwnym razie wyniki testu nie będą dokładnie odzwierciedlać wzrostu temperatury gorącego punktu w rzeczywistych warunkach pracy. Klienci mogą podczas składania zamówienia poprosić o widmo prądu harmonicznego, które będzie służyć jako dane wejściowe do weryfikacji wzrostu temperatury.

Produkcja i testowanie

W uzwojeniach zastosowano przewody transponowane lub wiele przewodów równoległych, natomiast do połączeń wysokoprądowych po stronie zaworu zastosowano szyny miedziane. Na wewnętrznych ściankach zbiornika instaluje się ekranowanie magnetyczne lub elektryczne — o wymiarach dostosowanych do wydajności transformatora — w celu zminimalizowania strat błądzących powodowanych przez harmoniczne pola magnetyczne. Jednostki o dużej wydajności są wyposażone w grzejniki panelowe lub układy chłodzenia z wymuszonym obiegiem oleju.

Oprócz standardowych testów rutynowych, fabryczne testy odbiorcze skupiają się na pomiarze kąta przesunięcia fazowego, testach izolacji między uzwojeniami po stronie zaworu, pomiarze wyładowań niezupełnych i testowaniu impulsów piorunowych (dla 35 kV i wyższych). Dane testowe są archiwizowane według numeru seryjnego, co zapewnia identyfikowalność aż do procesów, takich jak produkcja uzwojeń, układanie rdzeni i aktywne suszenie części.

Możliwości inżynieryjne

Yulan Transformer produkuje transformatory do pieców elektrycznych i transformatory prostownikowe od 1999 roku, posiadające możliwości wytwarzania i testowania produktów o napięciu znamionowym 110 kV i niższym. Kluczowe wyposażenie obejmuje udźwig 80 ton, system suszenia próżniowego w fazie gazowej nafty o mocy 400 kW, sprzęt do testowania impulsów 1200 kV oraz transformator testowy częstotliwości energetycznej 400 kV, bez częściowego rozładowania. Urządzenia te umożliwiają firmie spełnienie wymagań w zakresie obróbki izolacji i weryfikacji fabrycznej złożonych konstrukcji wielouzwojeniowych 24-impulsowych transformatorów prostowniczych.

Często zadawane pytania

P: Jaka jest różnica w zawartości harmonicznych pomiędzy systemami 24-impulsowymi i 12-impulsowymi?

Podstawowe harmoniczne w prostowniku 12-impulsowym to rzędy 11. i 13.; system 24-impulsowy skutecznie je eliminuje, przy czym charakterystyczne harmoniczne resztkowe zaczynają się od 23. rzędu. Całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD) prądu po stronie sieci zwykle spada z 8% – 10% (12 impulsów) do poniżej 4% (24 impulsy), przy czym określone wartości zależą od obciążenia i impedancji.

P: Co się stanie, jeśli jeden transformator ulegnie awarii w konfiguracji z czterema transformatorami?

W konfiguracji wykorzystującej cztery niezależne transformatory pozostałe trzy mogą nadal działać, jeśli jeden zostanie odłączony; jednakże wystąpi brak równowagi po stronie sieci i ponownie pojawią się pewne harmoniczne niskiego rzędu. W takich warunkach należy zmniejszyć całkowite obciążenie i niezwłocznie zaplanować konserwację. Natomiast pojedyncza konfiguracja transformatora wielouzwojeniowego nie pozwala na izolację pojedynczego mostka, co skutkuje szerszym oddziaływaniem w przypadku zwarcia.

P: Czy system 24-impulsowy jest bardziej wrażliwy na błędy kąta przesunięcia fazowego niż system 12-impulsowy?

Tak. System 24-impulsowy wymaga precyzyjnych zależności fazowych pomiędzy czterema zestawami mostków jednocześnie; odchylenie w dowolnym pojedynczym zestawie uniemożliwia całkowite wzajemne zniesienie odpowiednich par harmonicznych. W rezultacie istnieją bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące precyzji produkcji i testowania fabrycznego uzwojeń przesuwających fazę.

P: Czy warto stosować system 24-impulsowy w projektach o małej mocy?

Jeżeli sieć energetyczna nakłada rygorystyczne wymagania w zakresie harmonicznych, a koszt filtrowania jest wysoki, system 24-pulsowy może być bardziej ekonomiczny niż system 12-impulsowy w połączeniu z filtrami. Jednakże w przypadku mniejszych wydajności koszty stałe związane z wieloma transformatorami stanowią większą część całości, co wymaga kompleksowej analizy kosztów i korzyści. Chociaż do oceny zazwyczaj nadają się systemy o mocy powyżej 630 kVA, ostateczny wybór zależy od konkretnych warunków sieci i budżetu projektu.

P: Czy 24-impulsowy transformator prostowniczy może zastąpić filtry pasywne?

Nie może służyć jako całkowity zamiennik. Chociaż system 24-impulsowy eliminuje większość harmonicznych niskiego rzędu, harmoniczne 23. rzędu i wyższe pozostają; ponadto brak równowagi obciążenia lub błędy przesunięcia fazowego mogą powodować wprowadzenie niewielkich ilości harmonicznych niskiego rzędu. Niektóre projekty mogą nadal wymagać ograniczonej liczby gałęzi filtrów, chociaż związana z tym wydajność i koszty są znacznie niższe niż w przypadku rozwiązań 6-impulsowych lub 12-impulsowych.