某水电厂改造后励磁变压器的选型计算

贺晨

（国网湖南省电力公司常德供电分公司 湖南常德 415000）

某水电厂改造后励磁变压器的选型计算

贺晨

（国网湖南省电力公司常德供电分公司 湖南常德 415000）

励磁变压器在励磁系统改造后的计算选型存在一定的困难，本文通过对某水电厂改造后励磁变压器进行选型计算，详细阐明了励磁变压器选型计算的详细步骤。

励磁变压器；选型计算

引言

励磁变压器是给发电机转子提供电源的装置，在自并励励磁系统中占有重要地位，其容量选型对励磁系统正常情况下以及极端情况下的工作有重要影响。本文针对某水电厂励磁改造后的工况下新采用的励磁变压器进行计算，得出励磁变压器各关键参数的取值范围，为实际选型提供可供参考的依据。

1 励磁变压器计算

1.1 发电机及励磁系统参数

在自并励励磁系统中，励磁变压器励磁绕组连接发电机机端与发电机转子，变换机端电压给励磁系统功率柜，通过励磁系统对功率柜晶闸管的控制为发电机转子提供直流电能，在此过程中励磁变压器励磁绕组将母线的高压变换为功率柜晶闸管可以承受的低压，将交流侧的电能转化为直流侧的电能。励磁变压器励磁绕组是保证励磁系统稳定工作的重要器件。某水电厂改造中发电机工况发生了变化，因此需要根据变化后工况进行励磁容量的计算，保证各个情况下励磁变压器均能满足运行需求。本文考查的发电机参数如表1所示。

表1 发电机参数

1.2 励磁变压器二次电压的计算

对励磁变压器的选型计算必须依据相应的标准规范，并要考虑到励磁系统在各种工况下的性能要求。

励磁变压器二次侧额定线电压计算公式为：

式中：左侧为励磁系统最大输入直流电压；右侧为各项负载电压之和；k为发电机端电压降至额定电压的倍数，可取0.8；U2N为励磁变压器二次侧空载额定线电压；αmin为可控硅最小触发角，假设计算中取10°；Ufmax=mUfN为励磁系统强励电压，m=1.6；Ifmax=nIfN为励磁系统强励电流，n=1.6；Xr为励磁变压器短路阻抗有名值，一般铭牌参数提供短路阻抗标幺值Uk，一般范围为4～15%，厂家计算书中取6%；∑△U为电压降之和，包括导通两臂的硅元件正向压降、汇流导线电阻压降及转子滑环与碳刷间的压降。

通常励磁变铭牌并不提供Xr，而是提供变压器短路阻抗标幺值Uk，两者的折算关系式为：

根据额定运行时，额定励磁电流与励磁变额定电流之间的关系为：I2N=0.816IfN

当机端电压降至额定电压的k倍时，要求提供n倍额定励磁电流时，励磁电压要能够达到额定励磁电压的m倍，因此U2N的范围计算公式为：

代入参数为：

因此，所选择励磁变压器二次侧额定电压应不小于641.2V。

上述公式计算的励磁变压器二次电压能满足发电机强励状态下的运行要求，工程实际中，励磁变压器一般需满足厂用电为他励电源的1.1倍额定定子电流短路试验和1.3倍空载升压试验的要求。但是此水电厂是采用三圈变中制动变压器进行短路试验，励磁变压器进行空载试验。因此需要核算自并励时励磁变压器是否能满足1.3倍空载升压试验的要求，实际上0.8U2N时已经满足了1.6倍额定励磁电压和1.6倍额定励磁电流的要求，当机端升至1.3U2N时，更能满足要求，因此，励磁变压器二次侧额定电压为641.2V时可满足空载试验要求。

如励磁变压器二次侧额定电压为700V，当额定空载时，控制角公式为：

此时k=1，表明发电机端是额定电压；m=1，表明转子端电压是额定励磁电压；，空载励磁电流与额定励磁电流的比值；α=77.88°代入公式计算得。额定负载时α=62.65°。

负载情况下，励磁控制角在合理的范围之内，不会存在晶闸管整流系统励磁时长期处于被深控的状态，而导致波形畸变增大，功率因数变差，故障的短路电流变大的问题。

1.3 励磁变压器的容量

考虑变压器的谐波损耗，取励磁变压器的容量为发电机额定运行时变压器容量的1.1倍。可得励磁变压器励磁绕组容量为：

如采用800kVA容量的变压器是留有一定的用量的，是合适的。因此最终确定励磁变压器参数额定容量为800kVA，额定一次/二次电压变比为10500V/700V。

2 结束语

本文针对某水电厂改造后的运行工况，对励磁变压器进行了变比及容量方面的参数计算，计算中对晶闸管的换相压降进行了考虑，并计及了交流侧及直流侧电流存在的固定关系。本文励磁变压器参数计算方法对励磁系统改造后的设计工作有一定的参考价值。

TV734

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1004-7344（2016）35-0138-01

2016-10-12

贺晨（1988-），女，主要从事新能源项目管理工作。