岸上电力中的相位转换变与隔离变压器

概览：相位转换变与隔离变压器

差异是由以下因素决定的： 系统功能和位置, 不仅仅是因为变压器的外观。.

为什么在岸电系统中会出现这种变压器问题

船舶并不自动满足港口电网的相同电气要求。.

三个电气层必须协同工作：

这种变压器配置是这些接口的结果。.

这种系统级观点也体现在当前低压岸上连接的国际框架中。. IEC/IEEE 80005-3:2025 适用于额定功率为 250 A 或更高的三相低压陆上连接系统，额定电压范围为 400 V 至 1,000 AC V ，适用于需要在停泊期间需要高达 1 MVA 的船舶。其适用范围包括变压器和逆变器、频率转换器、陆上与船舶之间的接口、保护、控制、监测和联动系统。.

在将岸上连接方式视为兼容之前，岸上和船上电气系统也必须一起进行审查。. 国际海事组织关于陆上电力供应的指导方针 它们侧重于兼容性或技术分析，以及首次连接集成测试，而不是将单个变压器的额定值作为完整接口是否合适的证明依据。.

这就是为什么选择变压器时应该从电气问题开始，而不是从标准设备清单开始。.

相位转换变器在转换器方面的作用

调频器可以包含多个整流输入或模块化功率电子级。.

这些整流电路不仅需要额定电压，在多脉冲模式下，它们还需要其交流电源之间具有固定的相位偏移。.

相位转换变器可以实现这些次级相位关系，同时还可以根据输入电压进行调整。.

因此，变压器和转换器是电气连接的。.

所需的设计可能取决于以下因素：

• 整流器拓扑结构，,
• 整流器输入数量和排列方式，,
• 二级电压，,
• 相位偏移，,
• 变压器阻抗，,
• 谐波要求，,
• 以及转换控制架构。.

即使具备了正确的 kVA 和额定电压的变压器，如果其绕组配置与转换器拓扑不匹配，它仍然可能不适合使用。.

在 多脉冲整流 , 相位移变压器连接可以用于在整流器之间建立所需的相位偏移。这也是相位移变压器之所以属于 转换器侧面的设计问题, 而不是被视为一种普通的上游变压器。.

关于更深层次的谐波机制和电力质量测量范围的更多信息，请参阅我们的 岸上供电谐波和电力质量 文章.

如果对转换器侧的谐波问题不加以控制，会发生什么情况？

糟糕的输入谐波性能不仅是 THD 的问题。.

谐波电流会增加变压器、电缆、电机和其他设备的损耗和热量。它还会导致保护装置失灵、测量问题、操作不稳定以及不必要的停机。.

对于岸上电力转换器来说，这就是为什么输入变压器和谐波控制策略必须一起考虑的原因。.

如果多脉冲拓扑依赖相位偏移整流电源，那么变压器相位关系就成为谐波控制策略的一部分。.

相位转换并非唯一可能的谐波解决方案

相位偏移并非所有岸上电力转换器都必须具备的特性。.

其他电力电子拓扑结构可以使用不同的输入侧策略。.

在更广泛的驱动应用中，主动前端低谐波设计就是一种可以避免多脉冲配置和与之相关的特殊变压器配置的方法的例子。.

岸上电源转换器的适当解决方案仍取决于其自身的拓扑结构、谐波要求和项目条件。.

隔离变压器在 VESSEL侧的作用

输出隔离变压器解决了另一种问题。.

在基于变流器的低压岸电系统中，它可以为转换设备与船侧电网之间提供电气隔离。.

它还可以确定船体连接所需的电压。.

其弯曲的布置可能满足项目的要求，并且需要与以下方面进行协调：

• 船舶分配，,
• 中立处理，,
• 接地，,
• 保护，,
• 以及转让条件。.

如果岸网供电频率为50赫兹，而船只需要60赫兹，那么变频器就必须生成60赫兹的输出信号。.

变压器可以改变电压和相位关系。它不能将50赫兹的波形转换成60赫兹的波形。.

这就是为什么隔离变压器属于 船与船之间的接口问题, 而相位转换变压器属于 转换器输入问题.

630 kVA 电力路径说明为什么需要两种变压器功能

在一种 630 kVA 的低压岸电装置中，两台变压器的功能都位于同一电力路径上。.

该系统包括：

• 10 公V 里范围内的岸上补给点，,
• 高压开关设备，,
• 一个包含相位转换变压器的630 kVA频率转换系统，,
• 一个独立的630 kVA干式隔离变压器，,
• 低压供电开关设备，,
• 泊位连接设备，,
• 监控，,
• 保护，,
• 沟通，,
• 以及输入/输出计量。.

这两台变压器并不是重复使用的设备。.

相位转换变压器支持转换器的输入信号。.

变频器执行功率转换并生成所需的输出频率。.

输出隔离变压器随后成为船侧电气接口的一部分。.

这种架构说明了为何两台额定V电流相似的变压器仍能具有截然不同的设计功能。.

输出 V电压反馈点说明了变压器位置的重要性

在相同的 630 kVA 配置下，隔离变压器的输出侧进行了一次输出电压闭环测量。.

这个测量点很重要。.

由于反馈信号是在隔离变压器之后采集的，因此该变压器位于电压控制边界之内。.

因此，该转换器是在变压器输出端测量电压之后进行调节，而非仅在变压器自身的功率电子输出端进行调节。.

这形成了以下直接的工程关系：

• 转换控制，,
• 变压器比率，,
• 变压器阻抗，,
• 以及输出端所提供的电压。.

因此，输出变压器并不是在转换器已完全定义后才能添加的附件。.

其特性必须与控制电源路径进行协调。.

500 kVA级配置说明了为什么不一定需要同一套变压器组。

另外一种低压岸电装置采用不同的架构。.

这款 500 kVA 的移动式系统可以接受以下两种方式：

• 6 kV /50 Hz，或
• 6.6 kV / 60 Hz，,

以及供应：

• 400 V /50赫兹，或
• 440 V /60赫兹，,

通过500 kVA隔离变压器、低压开关柜和泊位连接设备。.

630 kVA频率转换装置中所使用的相同转换端相位移步段不属于此设备链的一部分。.

原因在于电气任务。.

当可用岸上频率与所需船舶频率相匹配时，项目可能不需要采用相同的主动频率转换阶段。.

因此，建筑形式可以从以下三种模式之一进行改变：

这并不意味着一种建筑比另一种更先进。.

这意味着所需要的设备必须符合需要执行的电气功能。.

课堂规则也体现了同样的系统层面的原则。 布鲁耶塔斯 V公司 2025 年 OPS 规则 , 典型的配置包括适用的静态或旋转式变流器（例如，当岸上频率和船上频率不同时），以及适用的车载变流器（例如，用于连接船侧网络的变流器）。.

这是针对特定类别的安排示例，并非适用于所有岸上电源系统的普遍要求。.

变压器的选择是一个兼容性问题，而不是牌子问题

即使变压器具有正确的 kVA 和电压比，也可能不适合最终连接船只的接口。.

更广泛的兼容性审查必须考虑以下几点：

• 岸上电压和频率，,
• 船只的电压和频率，,
• 相位序列，,
• 转换器拓扑结构，,
• 矢量关系，,
• 中性和接地性，,
• 保护，,
• 交错排列，,
• 以及操作方法。.

在首次连接之前，岸上和船上的电气系统必须作为一个统一的操作界面进行评估。.

这一审查不仅涉及变压器的额定V电流，还包括保护、互锁、控制、相位顺序、等电位连接监测以及岸电系统和船舶系统能够正确协同运行的能力。.

为什么一台变压器不能自动替换另一台？

两种变压器类型都可以提供绕组之间的隔离。.

但这并不意味着它们可以互换使用。.

相位转换变流器可能需要满足以下条件：

• 转换器的输入电压，,
• 多路整流电源，,
• 相位偏移，,
• 转换器拓扑结构，,
• 以及和谐的策略。.

输出隔离变压器可能需要满足以下条件：

• 船只连接电压，,
• 保温要求，,
• 中立安排，,
• 接地哲学，,
• 保护协调，,
• 以及输出电压的特性。.

将相位移变压器更换为传统的双绕组变压器可以消除整流器拓扑结构所需的相位关系。.

使用转换器输入变压器作为最终的船舶接口变压器，可能会导致出现不同的不匹配：其绕组配置可能适合转换器，但不适合船舶网络。.

有关变压器、调频转换器、开关设备和泊位接口之间的完整关系，请参阅我们的 岸电系统架构与组件 页面.

变压器位置改变了短路研究的边界

变压器的位置也会改变故障研究的范围。.

在基于630 kVA的转换器的系统中，短路分析分为转换器前的电气网络和转换器输出端到船体的部分。.

这种区分是必要的，因为调速器会改变电源的电气特性。.

上游网络包含岸网和上游变压器路径。.

下游部分包含一个控制式电力电子源，以及输出变压器和船侧设备。.

在应用断路电流假设之前，必须确定转换器的边界。.

这就是变压器位置的重要性原因之一：这两个变压器并不以相同的方式参与到同一个电气网络中。.

变压器阻抗导致设计上的权衡

变压器的阻抗会影响故障电流和正常电压性能。.

大型船舶发动机又带来了另一项限制因素。.

发动机启动会导致电压暂时波动，因此需要与变压器阻抗一起进行检查：

• 可用的岸上电力供应能力，,
• 转换器瞬态响应，,
• 电机启动电流，,
• 启动方法，,
• 船载货物概况，,
• 以及允许的电压波动范围。.

因此，不存在任何可以简单地从其他岸电安装设备中复制的通用阻抗值。.

最终的数值必须与实际系统研究结果进行协调。.

V埃克特集团和中立安排是系统决策

V埃克特集团就是另一个例子，说明选择变压器时不能仅以 kVA 作为标准。.

在一种 630 kVA 输出隔离变压器设计中，指定连接方式是 Dyn11, 具有440 V /400次 V 级要求。.

这就是一个项目解决方案。.

这并非一项普遍性的岸上电源要求。.

该矢量群必须与以下内容一起进行审查：

• 海岸线单线图，,
• 船舶单线图，,
• 所需的相位关系，,
• 中立安排，,
• 接地故障保护，,
• 传输方式，,
• 以及适用的同步要求。.

在未检查这些接口的情况下，从另一安装中复制矢量组可能会生成一个在自身上是有效的变压器，但在新的岸-船系统上却不正确。.

变形机构本身无法解决的问题

正确的变压器配置很重要，但并不能解决所有岸电接口问题。.

这种区分可以防止常见的采购错误：将一组单独正确的数据作为证明，表明完整的岸上电力系统在船上运行时会正常运行。.

热态监测是变压器工程的一部分

变压器的装载也是一个热问题。.

在一种 630 kVA 的干式变压器设计中，在低压绕组上安装了温度传感器，其配置如下：

• 三相绕组温度指示，,
• 高温报警，,
• 过温报警输出，,
• 自动冷却风扇控制，,
• 温度传感器故障报警，,
• 以及冷却风扇故障报警。.

这些功能很重要，因为过高的绕线温度会影响绝缘寿命和运行可用性。.

在集装箱式岸上供电系统中，变压器损耗与转换器和开关设备一起，也会对HVAC的热负荷产生影响。.

因此，变压器必须与以下设备进行协调：

• 封闭式通风系统，,
• 环境温度，,
• 热量排斥，,
• 监控，,
• 报警器，,
• 以及维修通道。.

关于更广泛的热设计，请参阅我们的 岸电系统冷却和VHAC设计 文章.

应如何 V确定转子排列方式

选择变压器不应仅限于供应商提交的数据表。.

V应根据分配给每个变压器的电气功能来确定其定位。.

关于转换器输入端，请参阅：

• 变压器比率，,
• 绕线装置，,
• 相位偏移，,
• 转换器输入拓扑结构，,
• 谐波要求，,
• 变压器阻抗，,
• 以及转换器的兼容性。.

关于船侧变压器方面的问题，请参阅：

• 输出电压，,
• 矢量群，,
• 中立点，,
• 保温要求，,
• 接地哲学，,
• 保护设置，,
• 以及输出电压调节。.

在系统层面，岸边设施和船只设施也需要一起检查。.

首次连接验证可能包括：

• 保护装置测试，,
• 相互关联的测试，,
• 控制功能测试，,
• 等电位连接监测，,
• 相位序列检查，,
• 以及岸上至舰艇的集成测试。.

在冻结变压器布置之前必须确认哪些内容

在项目接口得到充分定义之前，应保持变压器装置保持开放状态。.

如果这些输入中的一些未知，则不应冻结变压器数量、绕组配置或最终接口。.

首先选择变压器，并强制其余的海滨供电系统适应它，这会颠倒了正确的工程顺序。.

常见问题解答

技术参考