一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法及其結構的製作方法
2023-09-27 07:47:55 2
專利名稱：一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法及其結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力設備技術領域，具體涉及一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法及其結構。
背景技術：
目前大功率整流機組聯接結構為整流變壓器為同相逆並聯聯結結構時，整流裝置也必須為同相逆並聯聯結結構，其中包括平行設置的整流變壓器二次側母線和與其對應的整流裝置交流進線母線；從整流裝置的定貨情況來看，國內製造的整流裝置基本上都採用同相逆並聯技術，而且都是用戶要求採用同相逆並聯技術，說明同相逆並聯這種技術有市場，同相逆並聯是一種聯接方法，是一種在交流導電母排電流大，導電母排距離長的條件下減小感抗的技術，但當交流導排距離短、直流系統電壓高、所使用元件為4英寸以及以上規格等條件下，它的技術優勢就退位了，其劣勢就凸顯出來，存在的損耗大，成本較高，需要經常維護、維護不方便，系統波形不理想，櫃體佔地面積大和主要技術指標不理想的問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種整流設備損耗低、整流效率高的整流裝置與整流變壓器的聯接方法。
本發明的目的在於提供一種採用上述方法聯接的、損耗減小、成本低且維護方便的整流機組聯接結構。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案為一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法，所述的整流變壓器採用同相逆並聯聯結方式時，整流裝置採用非同相逆並聯聯結方式。
一種整流機組聯接結構，其特殊之處在於所述的整流機組的整流橋臂1採用軸對稱安裝元件的結構，在橋臂母線整流元件數量不變情況下，每組設置採用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設置。
上述的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置時，共用兩根整流橋臂。
上述的每個整流橋臂1母線上成對沿母線長度方向雙面壓裝有整流元件，每組整流元件2通過銅聯結板3連接的快速熔斷器6設置於一個快熔水冷母線5上，該快熔水冷母線5與交流進線板4連接，所述快熔水冷母線5之間和交流進線板4之間均分別設置有絕緣連接件。
本發明相對於現有技術，其優點如下1、損耗減小非同相逆並聯整流裝置，母線布局簡單、清晰，在橋臂母線整流元件數量不變情況下，每組設置採用共陰、共陽布置，三相橋電路進線均衡對稱，電流流向長度方向縮短，損耗降低；按非同相逆並聯整流裝置的三相橋六脈波整流布置時，共用兩根整流橋臂，減少了整流橋臂數量，降低了整流設備的損耗，提高了整流效率。
2、成本低採用非同相逆並聯整流裝置，按三相橋六脈波整流布置時，只需要用2根整流橋臂，一共陰、一共陽整流橋臂，每三根進線電路A、B、C組成一組共陰或共陽整流橋臂，共6根進線電路組成2根整流橋臂；另外，不必設置直流匯流銅母線，可以節省銅母線的用量，同時相應的水路也減少迴路，而且整流變壓器與整流器之間的距離可以最大限度的縮短，其連接母線用量減少，這樣就可以從多方面節省原材料，提高水路的可靠性，維護量也相對減少。
3、維護量減少且維護方便採用非同相逆並聯整流結構，其結構更合理，運行更可靠，減少了維護量，同時水路的可靠性提高，維護量也相對減少，本結構中整流橋臂間的間距可以加大，這樣就徹底避免了橋臂間的短路現象；而且因櫃體內自身留有的空間較大，因此不必再考慮留檢修通道，這樣就縮短了整流變壓器與整流器之間的連接母線，便於維護、檢修。
4、系統波形較理想採用本結構的整流橋臂，整個系統紋波將更合理，並且提高整流系統功率因數。
5、櫃體佔地面積小相同整流脈波電路中，其櫃體外形尺寸小於採用原結構設計的系統櫃體，減小佔地面積。而且使用安裝更方便，同時也節省了鋼材，降低了成本，低了損耗。
6、非同相逆並聯結構的元件布置為支路軸對稱結構，採用雙面壓裝元件，各支路阻抗一樣，所以就在一定程度上避免了由於元件的布置引起的均流係數下降問題；可從結構上解決了均流問題，均流度得到提高；解決了多隻整流元件並聯的整流橋臂均流係數不夠理想的問題。
圖1為現有整流裝置與整流變壓器的聯接方法為同相逆並聯接線圖；圖2為整流裝置與整流變壓器的聯接方法為非同相逆並聯整流接線圖；圖3為同相逆並聯三相橋整流臂間電流及磁場分布圖；圖4為同相逆並聯三相橋電場分布圖；圖5為非同相逆並聯結構電場強度與磁場強度分布圖；圖6為非同相逆並聯三相橋整流變壓器閥側出線；圖7為電場強度分布圖；圖8為現有的交流進線和整流裝置為同相逆並，交流後進，直流下出結構示意圖；圖9為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前後布置的主視圖；圖10為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前後布置的俯視圖；圖11為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前後布置的左視圖；圖12為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負上下布置的結構示意圖；圖13為本發明的單個橋臂母線上成對沿母線長度方向雙面壓裝有整流元件的結構示意圖。
具體實施例方式本發明為整流裝置與整流變壓器的聯接方法，其整流變壓器採用同相逆並聯聯結方式時，整流裝置採用非同相逆並聯聯結方式，提升了整流機組的安全性、穩定性。為整流機組的使用、運行增加了一種聯接方法。
參見圖1，圖2，整流裝置與整流變壓器的聯接方法為同相逆並聯接線圖和非同相逆並聯接線圖；一、就現有的同相逆並聯整流設備不安全性進行論證如下1、發生兩個同相逆並相間絕緣故障時(1)、一個周期內的導電順序變為-BB；-CC；B(-B)；C(-C)，(正常導電順序AB，AC，BC，BA，CA，CB，-A-B，-A-C，-B-C，-B-A，-C-A，-C-B)。
(2)、直流電壓峰值將升至正常狀態下的兩倍，，元件耐壓升高2倍。
(3)、對於大電流電解系列，當一臺整流櫃的同相逆並相間絕緣破壞時，其直流電壓將會升高1.82倍，會將系列電流全部搶奪至事故櫃輸出，這將造成嚴重後果。
理論依據為故障狀態下直流空載電壓的平均值Udio=U2M2-362coswtdwt=2(1+3)U2m=1.74U2m=2.46U2L]]>正常狀態下直流空載電壓的平均值Udio′＝1.35U2L所以Udio＝1.82Udio′(4)、在這種故障狀態下，導電區間延長為90°，相當於一個橋系統輸出全部負載電流，因此導電瞬間橋臂流過的電流幅值達到正常狀態下的四倍(正常情況下，兩橋並聯各輸出一半負載電流)。
(5)、當發生直流側短路事故時，如果有N個機組並聯運行，則事故櫃內有多機組電流匯集，逆並段母線受力將按N2增加，同相逆並聯結構難以承受。
2、櫃內分布複雜，存在不穩定的電磁場參見圖3、圖4，按+-+-……或者+--+……+--+排列。正是同相逆並聯原理要求抵消外磁力線，卻加重+-或者-+之間的磁場強度，為提供該相反磁力線，需引入相反的電流，而相反電流需相反電勢來滿足，使局部電壓(勢)增加2-3倍，櫃內電壓關係複雜；舉例說明計算ZHS-35KA/1300V整流櫃同相逆並聯間的磁場強度B＝0.2T、電場強度E＝7*105(v/m)其間電磁能量密度wmax≈εE2/2+B2/2μ≈εrε0E2/2+B2/2μ0≈1.5*1013(J/mm3)ε0真空電容率 法拉/每米εr相對電容率 法拉/每米μ0真空磁導率 亨/每米由此可見出現短路時，在電動力的作用下，櫃內電磁能量異常，此能量與外加2倍電壓勢能作用(由於直流電壓提高加重事故狀況)，產生似雷擊狀巨大衝擊，使整流櫃崩壞擊穿。
3、同相逆並聯三相橋整流櫃，其同相逆並橋臂電流和磁場布置如下參見圖3從磁場分布看，由於l0很小，各自產生的磁場相互影響很大，所以總的磁場分布很不均勻，不穩定，且兩臂間的內部磁場為疊加磁場。
同相逆並三相橋f0＝1.63KI*(L/l02)*(ip)2由於KI、L(母線長度)相同，在系統條件一定條件下，短路衝擊電流也是一樣。
假定非同相逆並三相橋l＝1500mm，而同相逆並三相橋l0＝100mm所以l≥15*l0因此非同相逆並三相橋f≤(1/152)f0＝(1/225)f0加上同相逆並聯臂間的內部磁場為疊加磁場，其短路產生的電動力巨大是可想而知的。而同相逆並聯母線結構形式比上述計算數值還小許多。
4、元件安裝方式缺陷
a、受銅應力限制(銅母排的允許用應力為1400kg/cm2)不適應大尺寸直徑元件安裝。
b、由於元件壓裝工藝要求嚴格，較難保證元件的壓裝平整精密度，致使元件存在均流問題。
c、櫃內水路布置複雜，支路上存在水內阻。在複雜磁場下就無法解決電腐蝕問題。
e、直流電壓越高，風險加大。
5、母線布置複雜，二次線路複雜。運行維護設備安全性極差。
6、水路複雜水接頭多。且各支路流量不均，在高電壓下難解決電腐蝕問題。
7、因電流沿母線長度方向流向，損耗較大。
參見圖5、圖6、圖7；圖5為非同相逆並聯結構電場強度與磁場強度分布圖；圖6為非同相逆並聯三相橋整流變壓器閥側出線；圖7為電場強度分布圖；在非同相逆並聯電路中(軸對稱元件整流橋臂結構)，具有的優點如下1、故障時，直流側電壓降低，元件耐壓不變或降低，不會擴大事故。
2、結構上的布置使元件、快熔母線無應力，直流側短路或內部故障時，電動力僅是同相逆並聯電路的1/200-1/300。
3、櫃內為穩定電磁場分布，電磁場分布清晰、均勻。
具體分布參見圖5、圖6、圖7；理論計算值為E＝4*103(V/m)是同相逆並聯的175分之一。
B＝0.0025T 是同相逆並聯的近1000分之一。
4、元件安裝為軸對稱方式，母線無應力缺陷。具體優勢為1)、適應大直徑尺寸元件安裝。
2)、無均流問題。
3)、幾乎不存在電腐蝕問題。
4)、在高電壓下也有極高安全性。
5)、即使有故障，也不會擴大事故。
6)、電磁場能量點均勻。
7)、安裝簡單，母線自身無應力。
5、母線簡單，二次線路更簡單。
6、電腐蝕小，水接頭少，水路簡單，各支路水量均勻。
7、電流沿母線橫向流向，母線損耗較小(可忽略不計)。
參見圖8、圖8為現有的交流進線和整流裝置為同相逆並，交流後進，直流下出結構示意圖；同相逆並結構為12相進線，每相為1組。快熔母線和元件母線各12根。相鄰兩相緊貼安裝，同相逆並相間距很小，一般只有50MM。直流正負之間距離也很小。進線同變壓器「+-+-」依次排列。直流右6根正極；左6根正極各自匯流出線。快熔母線為單面安裝且相距小。元件母線為單面貼，共12根直流母線，6正、6負，下出線。
參見圖13，圖13為本發明的單個橋臂母線上成對沿母線長度方向雙面壓裝有整流元件的結構示意圖。
所說的單個橋臂1母線上成對沿母線長度方向雙面壓裝有整流元件2，且在其側面沿長度方向分布的整流元件2每相可多隻並聯；通過銅聯結板3與整流元件2對應連接的快速熔斷器6設置於一個快熔水冷母線5上，該快熔水冷母線5與交流進線板4連接；所說快熔水冷母線5與橋臂母線1上下部之間設置有絕緣板。
參見圖9、圖10、圖11，其為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前後布置的結構示意圖。
交流進線為12根與整流變壓器對應連接，變壓器出線為同相逆並結構，出線「+-+-」依次排列。整流櫃交流進線左右依次排列與變壓器相對應，且隔相為一組進快熔母線前後各6根。後部為正極相，前部為負極相。快熔母線為單面安裝且相距大。元件母線為雙面貼共陰共陽極軸對稱安裝方式。
以a相為例交流進線第1相和第3相同為交流a+，從後進後邊2根快熔母線，相距300MM，共進後邊1根正母線上引出。交流進線第2相和第4相同為交流a-，從後進前邊2根快熔母線，相距300MM共進前邊1根負母線上引出。正負母線前後排列，左右位置相差150MM，和變壓器交流「a+a-a+a-」間距150MM相對應。正極同為上出，正極在後負極在前相間距為900MM。正負之間距為1180MM。
參見圖12，圖12為本發明的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負上下布置的結構示意圖；交流進線為12根與整流變壓器對應連接，變壓器出線為同相逆並結構，出線「+-+-」依次排列。整流櫃交流進線隔相為一組，上下各6根。上部為正極相，下部為負極相。快熔母線為單面安裝，相距大且進線方向為側面進線，導電流為縱截面。元件母線為雙面貼共陰共陽極軸對稱安裝方式。
以a相為例交流進線第1相和第3相同為交流a+，從後上部進快熔母線，相距300MM，共在上邊進1根正母線上出。交流進線第2相和第4相同為交流a-，從後上部進快熔母線，相距300MM，共在下邊進1根負母線下出。正負母線上下排列，左右位置相差150MM，和變壓器交流「a+a-a+a-」間距150MM相對應。正極三相上出，負極三相下出且相間距為900MM。
在使用軸對稱安裝元件的整流橋臂的非同相逆並聯聯結整流裝置克服了同相逆並聯聯結整流存在的損耗大，成本較高，需要經常維護、維護不方便，系統波形不理想，櫃體佔地面積大和主要技術指標不理想的缺點。
從主結構上對比1)、同相逆並聯連接，結構相對複雜，交流導排，直流支路導排長度較長，只能採用小容量元件，而小容量元件門檻電壓明顯高於大容量元件，效率要低一些，安全性為0.75～0.85，相對非同相逆並聯低(其安全性一般為0.9及以上)。
2)、同相逆並聯整流裝置中安裝元件的水冷母線由於受元件壓裝應力的影響，限制了大容量元件的使用，只能採用小容量元件(一般選擇為4英寸以下元件較適宜)，而小容量元件門檻電壓明顯高於大容量元件，效率要低一些。而非同相逆並聯整流裝置元件在母線上採用對稱安裝，其元件壓裝應力作用在元件上，母線不會因為受應力而毀壞(銅母排的允許用應力為1400kg/cm2)。所以該結構特別適用於4英寸及以上元件安裝的整流裝置，而且大容量元件門檻電壓明顯低於小容量元件，使整流效率要高一些。
3)、從目前安裝方式來看，同相逆並聯整流整流變壓器至整流櫃的間距在1米～1.5米左右，當臂電流在5KA以下時，不致引起鋼結構殼體的嚴重發熱，同時殼體也可採用塑鋼結構的殼體。採用非同相逆並聯整流變壓器至整流櫃的間距更短，在0.5米～1.0米左右。即節省了材料、也降低了損耗。
再次，在高電壓、大電流的整流裝置中，採用同相逆並聯整流結構電路，由於橋臂間距離很近，其在逆並橋臂間存在著固有的短路風險。具體分析為1)、從設計上考慮同相逆並聯整流結構使櫃內橋臂分布複雜，存在不穩定的電、磁場按+-+-……或者+--+……+--+排列。正是同相逆並聯原理要求抵消外磁力線，卻加重+-或者-+之間的磁場強度，為提供該相反磁力線，需引入相反的電流，而相反電流需相反電勢來滿足，促使局部電壓(勢)增加2-3倍，導致櫃內電壓關係複雜，短路風險加劇。
2)、從結構布置上考慮對於同相逆並聯電路，換相過電壓也會影響同相逆並相間絕緣。在換相過程中，同相逆並相間承受3EC的電壓，由於同相逆並相間距離＜100mm，任何組裝工藝上的缺陷，例如各種導體毛刺與突出尖角等，都會引起絕緣擊穿導致損壞整流變壓器。機組輸出電壓越高，單機輸出電流越大，這一問題越發突出。
綜上所述本發明為整流機組的使用、運行增加了一種新的方式和聯接結構，提升了整流機組的安全性、穩定性。
權利要求
1.一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法，其特徵在於所述的整流變壓器採用同相逆並聯聯結方式時，整流裝置採用非同相逆並聯聯結方式。
2.一種整流機組聯接結構，其特徵在於所述的整流機組的整流橋臂(1)採用軸對稱安裝元件的結構，在橋臂母線整流元件數量不變情況下，每組設置採用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設置。
3.根據權利要求2所述的整流機組聯接結構，其特徵在於所述的整流機組聯接結構按非同相逆並聯整流方式的三相橋六脈波整流布置時，共用兩根整流橋臂。
4.根據權利要求2或3所述的整流機組聯接結構，其特徵在於所述的每個整流橋臂(1)母線上成對沿母線長度方向雙面壓裝有整流元件，每組整流元件(2)通過銅聯結板(3)連接的快速熔斷器(6)設置於一個快熔水冷母線(5)上，該快熔水冷母線(5)與交流進線板(4)連接，所述快熔水冷母線(5)之間和交流進線板(4)之間均分別設置有絕緣連接件。
全文摘要
本發明涉及電力設備技術領域，具體涉及一種整流裝置與整流變壓器的聯接方法及其結構。目前，整流變壓器為同相逆並聯聯接結構時，整流裝置也必須為同相逆並聯聯接結構，同相逆並聯是在交流導電母排電流大，導電母排距離長的條件下減小感抗的技術，但當交流導排距離短、直流系統電壓高、所使用元件為4英寸以及以上規格等條件下，其損耗大，成本較高，需要經常維護、維護不方便等缺點便顯現出來。本發明在整流變壓器採用同相逆並聯聯接方式時，整流裝置採用非同相逆並聯聯接方式，其整流機組的整流橋臂採用軸對稱安裝元件的結構，在橋臂母線整流元件數量不變情況下，每組設置採用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設置。因而，電流流向長度方向縮短，損耗降低；而且成本低，維護量減少且維護方便。
文檔編號H02M7/06GK1996735SQ200610043169
公開日2007年7月11日 申請日期2006年7月17日 優先權日2006年7月17日
發明者賈繼業 申請人:西安中電變壓整流器廠