火电厂发变组接线方式的主变压器过励磁问题分析

2018-04-15王日升

东北电力技术 2018年3期

王日升，王鹏

(1.国家电投集团辽宁东方发电有限公司，辽宁抚顺 113007；2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁沈阳 110003)

21世纪以来，随着我国经济飞速发展，电力需求急速增加，大型火电机组增长较快，300 MW、600 MW机组已成为我国各大电网的主力机组，由于上述容量发电机电压高，故不设发电机电压母线，通常采用发电机与双绕组变压器连接成的发变组接线[1]。采用该接线方式的主变压器将增大过励磁的可能，这是由发变组单元接线方式所决定的，因为该接线方式的发电机、主变压器和高压厂用变压器直接组合在一起，发电机出口不设断路器，仅在发电机—变压器组高压侧设断路器。当主变开关一旦与系统脱离，就会出现周波和电压均受发电机控制的情况，而当发电机脱离系统后，又很难控制，受调速系统和自动励磁调节装置的影响较大，变压器的电压和频率都可能偏离额定值较多，从而导致主变压器出现过励磁。实践证明，我国200 MW以上机组采用发变组接线的主变压器多次发生过励磁事件，给变压器和机组的安全运行带来不利影响。为了防止采用发变组接线的主变压器产生过励磁，对变压器过励磁的危害、产生原因及避免措施进行如下分析。

1 变压器过励磁的概念

变压器过励磁是指变压器的工作磁通密度增大，使其励磁电流增大。变压器的电压表达式：U=4.44fNф=4.44fNSB，即变压器的工作磁通密度与U/f成正比，与电压成正比，与频率成反比。电压升高和频率降低都将使工作磁通密度增大，励磁电流增大，特别是在饱和之后，使其励磁电流急剧增大，这就是过励磁。

2 变压器过励磁的危害

变压器过励磁将使变压器的铁芯过饱和，铁损增加，铁芯温度上升，铁芯饱和后还要使磁场扩散到周围空间去，使漏磁场增强。靠近铁芯的绕组导线、油箱壁及其它金属构件，由于漏磁场的增强而使涡流损耗大大增加，使这些部位发热，引起高温，严重时会造成局部变形并损伤周围绝缘介质[2]。由于励磁电流含有许多高次谐波，而涡流损耗与电流频率的平方成正比，所以在变压器过励磁时引起的局部发热是相当严重的，对绝缘介质的损害也非常严重。对于一些大型变压器，当工作磁通密度达1.3～1.4倍额定值时，励磁电流的有效值可达到变压器的额定电流值，因此对大型变压器的影响十分严重。总之，过励磁将使变压器铁芯及各部件温度升高，如果过励磁倍数高，持续时间长，将使变压器受到损害。如果过励磁倍数不高，持续时间也不长，但反复出现过励磁，将使变压器绝缘老化，降低绝缘使用寿命，对设备造成隐患[3]。

3 变压器过励磁产生的原因

a. 发变组与系统并列之前，由于错误操作，给发电机加以过大的励磁电流，导致变压器过励磁。例如国内某机组在并网时，由于电压互感器熔丝熔断，值班员判断错误，误将励磁调至顶值，使变压器过励磁达45 min，变压器存在隐患，投入第二天就发生了击穿故障，使变压器遭到破坏。因此，值班员在并网升压过程中，一定要密切注意发电机的定子电压与励磁电流、励磁电压的关系，掌握其空载特性[4]。

b. 在发电机组启动过程中，汽轮机未达到额定转速就把发电机电压升至额定值，使发电机因低频而过励磁。因此运行人员在并网操作时，转子没有达到额定转速一定不能把发电机电压升至额定电压以上。一般情况下，汽轮机定速后再给发电机转子加励磁，缓慢将发电机电压加至额定值。

c. 事故时发变组出口断路器跳开，汽轮机主汽门关闭，发电机灭磁开关拒动未跳开。事故前由于发电机励磁调节处于自动状态，当主汽门关闭，原动机减速，自动励磁调节器力求保持机端电压处于额定值，从而使变压器遭受低频引起的过励磁。

d. 发变组出口断路器跳闸后，汽轮机主汽门没有关闭，若灭磁开关拒动且励磁调节器失灵或手动控制未及时调整，则电压迅速升高，此时虽然频率上升，但速度很慢，使电压和频率比值上升，引起变压器过励磁。在这种情况下，过励磁倍数可能达1.3倍以上，如不及时采取适当措施，可能持续很长时间。由于大型同步发电机的同步电抗较大，当满载甩负荷时，变压器的过励磁将十分严重[5]。实际上，发变组正常情况下甩负荷，也要引起过励磁，因为励磁调节器系统和调速系统都由惯性环节组成，突然甩负荷后电压要迅速上升，而频率上升缓慢，因而U/f上升使变压器过励磁，但这种过励磁持续时间较短，变压器的允许过励磁倍数应高于正常甩负荷时的过励磁倍数，通常这种情况是允许的。一般规定允许励磁时间不超过20 s，发电机电压不得高于额定电压的110%。