專利名稱：一種整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前大功率整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)為整流變壓器為同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)時，整流裝置也必須為同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，其中包括平行設(shè)置的整流變壓器二次側(cè)母線和與其對應(yīng)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(nèi)制造的整流裝置基本上都采用同相逆并聯(lián)技術(shù)，而且都是用戶要求采用同相逆并聯(lián)技術(shù)，說明同相逆并聯(lián)這種技術(shù)有市場，同相逆并聯(lián)是一種聯(lián)接方法，是一種在交流導(dǎo)電母排電流大，導(dǎo)電母排距離長的條件下減小感抗的技術(shù)，但當(dāng)交流導(dǎo)排距離短、直流系統(tǒng)電壓高、所使用元件為4英寸以及以上規(guī)格等條件下，它的技術(shù)優(yōu)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(jīng)常維護、維護不方便，系統(tǒng)波形不理想，柜體占地面積大和主要技術(shù)指標不理想的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種整流設(shè)備損耗低、整流效率高的整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種采用上述方法聯(lián)接的、損耗減小、成本低且維護方便的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法，所述的整流變壓器采用同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式時，整流裝置采用非同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式。
一種整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)，其特殊之處在于所述的整流機組的整流橋臂1采用軸對稱安裝元件的結(jié)構(gòu)，在橋臂母線整流元件數(shù)量不變情況下，每組設(shè)置采用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設(shè)置。
上述的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)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(lián)結(jié)板3連接的快速熔斷器6設(shè)置于一個快熔水冷母線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(shè)置有絕緣連接件。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點如下1、損耗減小非同相逆并聯(lián)整流裝置，母線布局簡單、清晰，在橋臂母線整流元件數(shù)量不變情況下，每組設(shè)置采用共陰、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；按非同相逆并聯(lián)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(shù)量，降低了整流設(shè)備的損耗，提高了整流效率。
2、成本低采用非同相逆并聯(lián)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(shè)置直流匯流銅母線，可以節(jié)省銅母線的用量，同時相應(yīng)的水路也減少回路，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(jié)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采用非同相逆并聯(lián)整流結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)象；而且因柜體內(nèi)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，便于維護、檢修。
4、系統(tǒng)波形較理想采用本結(jié)構(gòu)的整流橋臂，整個系統(tǒng)紋波將更合理，并且提高整流系統(tǒng)功率因數(shù)。
5、柜體占地面積小相同整流脈波電路中，其柜體外形尺寸小于采用原結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)柜體，減小占地面積。而且使用安裝更方便，同時也節(jié)省了鋼材，降低了成本，低了損耗。
6、非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)的元件布置為支路軸對稱結(jié)構(gòu)，采用雙面壓裝元件，各支路阻抗一樣，所以就在一定程度上避免了由于元件的布置引起的均流系數(shù)下降問題；可從結(jié)構(gòu)上解決了均流問題，均流度得到提高；解決了多只整流元件并聯(lián)的整流橋臂均流系數(shù)不夠理想的問題。


圖1為現(xiàn)有整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法為同相逆并聯(lián)接線圖；圖2為整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法為非同相逆并聯(lián)整流接線圖；圖3為同相逆并聯(lián)三相橋整流臂間電流及磁場分布圖；圖4為同相逆并聯(lián)三相橋電場分布圖；圖5為非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)電場強度與磁場強度分布圖；圖6為非同相逆并聯(lián)三相橋整流變壓器閥側(cè)出線；圖7為電場強度分布圖；圖8為現(xiàn)有的交流進線和整流裝置為同相逆并，交流后進，直流下出結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前后布置的主視圖；圖10為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前后布置的俯視圖；圖11為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前后布置的左視圖；圖12為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)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(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本發(fā)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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明為整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法，其整流變壓器采用同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式時，整流裝置采用非同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式，提升了整流機組的安全性、穩(wěn)定性。為整流機組的使用、運行增加了一種聯(lián)接方法。
參見圖1，圖2，整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法為同相逆并聯(lián)接線圖和非同相逆并聯(lián)接線圖；一、就現(xiàn)有的同相逆并聯(lián)整流設(shè)備不安全性進行論證如下1、發(fā)生兩個同相逆并相間絕緣故障時(1)、一個周期內(nèi)的導(dǎo)電順序變?yōu)?BB；-CC；B(-B)；C(-C)，(正常導(dǎo)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(tài)下的兩倍，，元件耐壓升高2倍。
(3)、對于大電流電解系列，當(dāng)一臺整流柜的同相逆并相間絕緣破壞時，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柜輸出，這將造成嚴重后果。
理論依據(jù)為故障狀態(tài)下直流空載電壓的平均值Udio=U2Mπ2∫-π3π62coswtdwt=2(1+3)πU2m=1.74U2m=2.46U2L]]>正常狀態(tài)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(tài)下，導(dǎo)電區(qū)間延長為90°，相當(dāng)于一個橋系統(tǒng)輸出全部負載電流，因此導(dǎo)電瞬間橋臂流過的電流幅值達到正常狀態(tài)下的四倍(正常情況下，兩橋并聯(lián)各輸出一半負載電流)。
(5)、當(dāng)發(fā)生直流側(cè)短路事故時，如果有N個機組并聯(lián)運行，則事故柜內(nèi)有多機組電流匯集，逆并段母線受力將按N2增加，同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)難以承受。
2、柜內(nèi)分布復(fù)雜，存在不穩(wěn)定的電磁場參見圖3、圖4，按+-+-……或者+--+……+--+排列。正是同相逆并聯(lián)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，柜內(nèi)電壓關(guān)系復(fù)雜；舉例說明計算ZHS-35KA/1300V整流柜同相逆并聯(lián)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(dǎo)率 亨/每米由此可見出現(xiàn)短路時，在電動力的作用下，柜內(nèi)電磁能量異常，此能量與外加2倍電壓勢能作用(由于直流電壓提高加重事故狀況)，產(chǎn)生似雷擊狀巨大沖擊，使整流柜崩壞擊穿。
3、同相逆并聯(lián)三相橋整流柜，其同相逆并橋臂電流和磁場布置如下參見圖3從磁場分布看，由于l0很小，各自產(chǎn)生的磁場相互影響很大，所以總的磁場分布很不均勻，不穩(wěn)定，且兩臂間的內(nèi)部磁場為疊加磁場。
同相逆并三相橋f0＝1.63KI*(L/l02)*(ip)2由于KI、L(母線長度)相同，在系統(tǒng)條件一定條件下，短路沖擊電流也是一樣。
假定非同相逆并三相橋l＝1500mm，而同相逆并三相橋l0＝100mm所以l≥15*l0因此非同相逆并三相橋f≤(1/152)f0＝(1/225)f0加上同相逆并聯(lián)臂間的內(nèi)部磁場為疊加磁場，其短路產(chǎn)生的電動力巨大是可想而知的。而同相逆并聯(lián)母線結(jié)構(gòu)形式比上述計算數(shù)值還小許多。
4、元件安裝方式缺陷
a、受銅應(yīng)力限制(銅母排的允許用應(yīng)力為1400kg/cm2)不適應(yīng)大尺寸直徑元件安裝。
b、由于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、柜內(nèi)水路布置復(fù)雜，支路上存在水內(nèi)阻。在復(fù)雜磁場下就無法解決電腐蝕問題。
e、直流電壓越高，風(fēng)險加大。
5、母線布置復(fù)雜，二次線路復(fù)雜。運行維護設(shè)備安全性極差。
6、水路復(fù)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為非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)電場強度與磁場強度分布圖；圖6為非同相逆并聯(lián)三相橋整流變壓器閥側(cè)出線；圖7為電場強度分布圖；在非同相逆并聯(lián)電路中(軸對稱元件整流橋臂結(jié)構(gòu))，具有的優(yōu)點如下1、故障時，直流側(cè)電壓降低，元件耐壓不變或降低，不會擴大事故。
2、結(jié)構(gòu)上的布置使元件、快熔母線無應(yīng)力，直流側(cè)短路或內(nèi)部故障時，電動力僅是同相逆并聯(lián)電路的1/200-1/300。
3、柜內(nèi)為穩(wěn)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)是同相逆并聯(lián)的175分之一。
B＝0.0025T 是同相逆并聯(lián)的近1000分之一。
4、元件安裝為軸對稱方式，母線無應(yīng)力缺陷。具體優(yōu)勢為1)、適應(yīng)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(yīng)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(xiàn)有的交流進線和整流裝置為同相逆并，交流后進，直流下出結(jié)構(gòu)示意圖；同相逆并結(jié)構(gòu)為12相進線，每相為1組?？烊勰妇€和元件母線各12根。相鄰兩相緊貼安裝，同相逆并相間距很小，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?？烊勰妇€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(fā)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(jié)構(gòu)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(cè)面沿長度方向分布的整流元件2每相可多只并聯(lián)；通過銅聯(lián)結(jié)板3與整流元件2對應(yīng)連接的快速熔斷器6設(shè)置于一個快熔水冷母線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(shè)置有絕緣板。
參見圖9、圖10、圖11，其為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)整流方式的三相橋六脈波整流布置，直流正、負前后布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
交流進線為12根與整流變壓器對應(yīng)連接，變壓器出線為同相逆并結(jié)構(gòu)，出線“+-+-”依次排列。整流柜交流進線左右依次排列與變壓器相對應(yīng)，且隔相為一組進快熔母線前后各6根。后部為正極相，前部為負極相?？烊勰妇€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+，從后進后邊2根快熔母線，相距300MM，共進后邊1根正母線上引出。交流進線第2相和第4相同為交流a-，從后進前邊2根快熔母線，相距300MM共進前邊1根負母線上引出。正負母線前后排列，左右位置相差150MM，和變壓器交流“a+a-a+a-”間距150MM相對應(yīng)。正極同為上出，正極在后負極在前相間距為900MM。正負之間距為1180MM。
參見圖12，圖12為本發(fā)明的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)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(jié)構(gòu)示意圖；交流進線為12根與整流變壓器對應(yīng)連接，變壓器出線為同相逆并結(jié)構(gòu)，出線“+-+-”依次排列。整流柜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?？烊勰妇€為單面安裝，相距大且進線方向為側(cè)面進線，導(dǎo)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+，從后上部進快熔母線，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-，從后上部進快熔母線，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(yīng)。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并聯(lián)聯(lián)結(jié)整流裝置克服了同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)整流存在的損耗大，成本較高，需要經(jīng)常維護、維護不方便，系統(tǒng)波形不理想，柜體占地面積大和主要技術(shù)指標不理想的缺點。
從主結(jié)構(gòu)上對比1)、同相逆并聯(lián)連接，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，交流導(dǎo)排，直流支路導(dǎo)排長度較長，只能采用小容量元件，而小容量元件門檻電壓明顯高于大容量元件，效率要低一些，安全性為0.75～0.85，相對非同相逆并聯(lián)低(其安全性一般為0.9及以上)。
2)、同相逆并聯(lián)整流裝置中安裝元件的水冷母線由于受元件壓裝應(yīng)力的影響，限制了大容量元件的使用，只能采用小容量元件(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于大容量元件，效率要低一些。而非同相逆并聯(lián)整流裝置元件在母線上采用對稱安裝，其元件壓裝應(yīng)力作用在元件上，母線不會因為受應(yīng)力而毀壞(銅母排的允許用應(yīng)力為1400kg/cm2)。所以該結(jié)構(gòu)特別適用于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于小容量元件，使整流效率要高一些。
3)、從目前安裝方式來看，同相逆并聯(lián)整流整流變壓器至整流柜的間距在1米～1.5米左右，當(dāng)臂電流在5KA以下時，不致引起鋼結(jié)構(gòu)殼體的嚴重發(fā)熱，同時殼體也可采用塑鋼結(jié)構(gòu)的殼體。采用非同相逆并聯(lián)整流變壓器至整流柜的間距更短，在0.5米～1.0米左右。即節(jié)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，采用同相逆并聯(lián)整流結(jié)構(gòu)電路，由于橋臂間距離很近，其在逆并橋臂間存在著固有的短路風(fēng)險。具體分析為1)、從設(shè)計上考慮同相逆并聯(lián)整流結(jié)構(gòu)使柜內(nèi)橋臂分布復(fù)雜，存在不穩(wěn)定的電、磁場按+-+-……或者+--+……+--+排列。正是同相逆并聯(lián)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(dǎo)致柜內(nèi)電壓關(guān)系復(fù)雜，短路風(fēng)險加劇。
2)、從結(jié)構(gòu)布置上考慮對于同相逆并聯(lián)電路，換相過電壓也會影響同相逆并相間絕緣。在換相過程中，同相逆并相間承受3EC的電壓，由于同相逆并相間距離＜100mm，任何組裝工藝上的缺陷，例如各種導(dǎo)體毛刺與突出尖角等，都會引起絕緣擊穿導(dǎo)致?lián)p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(fā)突出。
綜上所述本發(fā)明為整流機組的使用、運行增加了一種新的方式和聯(lián)接結(jié)構(gòu)，提升了整流機組的安全性、穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法，其特征在于所述的整流變壓器采用同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式時，整流裝置采用非同相逆并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式。
2.一種整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的整流機組的整流橋臂(1)采用軸對稱安裝元件的結(jié)構(gòu)，在橋臂母線整流元件數(shù)量不變情況下，每組設(shè)置采用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)按非同相逆并聯(lián)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(jù)權(quán)利要求2或3所述的整流機組聯(lián)接結(jié)構(gòu)，其特征在于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(lián)結(jié)板(3)連接的快速熔斷器(6)設(shè)置于一個快熔水冷母線(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(shè)置有絕緣連接件。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種整流裝置與整流變壓器的聯(lián)接方法及其結(jié)構(gòu)。目前，整流變壓器為同相逆并聯(lián)聯(lián)接結(jié)構(gòu)時，整流裝置也必須為同相逆并聯(lián)聯(lián)接結(jié)構(gòu)，同相逆并聯(lián)是在交流導(dǎo)電母排電流大，導(dǎo)電母排距離長的條件下減小感抗的技術(shù)，但當(dāng)交流導(dǎo)排距離短、直流系統(tǒng)電壓高、所使用元件為4英寸以及以上規(guī)格等條件下，其損耗大，成本較高，需要經(jīng)常維護、維護不方便等缺點便顯現(xiàn)出來。本發(fā)明在整流變壓器采用同相逆并聯(lián)聯(lián)接方式時，整流裝置采用非同相逆并聯(lián)聯(lián)接方式，其整流機組的整流橋臂采用軸對稱安裝元件的結(jié)構(gòu)，在橋臂母線整流元件數(shù)量不變情況下，每組設(shè)置采用共陰、共陽布置，電路進線為均衡對稱設(shè)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(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者賈繼業(yè) 申請人:西安中電變壓整流器廠