火電廠發(fā)變組接線方式的主變壓器過勵磁問題分析

王日升，王 鵬

(1.國家電投集團遼寧東方發(fā)電有限公司，遼寧 撫順 113007；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003)

21世紀以來，隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，電力需求急速增加，大型火電機組增長較快，300 MW、600 MW機組已成為我國各大電網(wǎng)的主力機組，由于上述容量發(fā)電機電壓高，故不設(shè)發(fā)電機電壓母線，通常采用發(fā)電機與雙繞組變壓器連接成的發(fā)變組接線[1]。采用該接線方式的主變壓器將增大過勵磁的可能，這是由發(fā)變組單元接線方式所決定的，因為該接線方式的發(fā)電機、主變壓器和高壓廠用變壓器直接組合在一起，發(fā)電機出口不設(shè)斷路器，僅在發(fā)電機—變壓器組高壓側(cè)設(shè)斷路器。當主變開關(guān)一旦與系統(tǒng)脫離，就會出現(xiàn)周波和電壓均受發(fā)電機控制的情況，而當發(fā)電機脫離系統(tǒng)后，又很難控制，受調(diào)速系統(tǒng)和自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的影響較大，變壓器的電壓和頻率都可能偏離額定值較多，從而導致主變壓器出現(xiàn)過勵磁。實踐證明，我國200 MW以上機組采用發(fā)變組接線的主變壓器多次發(fā)生過勵磁事件，給變壓器和機組的安全運行帶來不利影響。為了防止采用發(fā)變組接線的主變壓器產(chǎn)生過勵磁，對變壓器過勵磁的危害、產(chǎn)生原因及避免措施進行如下分析。

1 變壓器過勵磁的概念

變壓器過勵磁是指變壓器的工作磁通密度增大，使其勵磁電流增大。變壓器的電壓表達式：U=4.44fNф=4.44fNSB，即變壓器的工作磁通密度與U/f成正比，與電壓成正比，與頻率成反比。電壓升高和頻率降低都將使工作磁通密度增大，勵磁電流增大，特別是在飽和之后，使其勵磁電流急劇增大，這就是過勵磁。

2 變壓器過勵磁的危害

變壓器過勵磁將使變壓器的鐵芯過飽和，鐵損增加，鐵芯溫度上升，鐵芯飽和后還要使磁場擴散到周圍空間去，使漏磁場增強?？拷F芯的繞組導線、油箱壁及其它金屬構(gòu)件，由于漏磁場的增強而使渦流損耗大大增加，使這些部位發(fā)熱，引起高溫，嚴重時會造成局部變形并損傷周圍絕緣介質(zhì)[2]。由于勵磁電流含有許多高次諧波，而渦流損耗與電流頻率的平方成正比，所以在變壓器過勵磁時引起的局部發(fā)熱是相當嚴重的，對絕緣介質(zhì)的損害也非常嚴重。對于一些大型變壓器，當工作磁通密度達1.3～1.4倍額定值時，勵磁電流的有效值可達到變壓器的額定電流值，因此對大型變壓器的影響十分嚴重?？傊^勵磁將使變壓器鐵芯及各部件溫度升高，如果過勵磁倍數(shù)高，持續(xù)時間長，將使變壓器受到損害。如果過勵磁倍數(shù)不高，持續(xù)時間也不長，但反復出現(xiàn)過勵磁，將使變壓器絕緣老化，降低絕緣使用壽命，對設(shè)備造成隱患[3]。

3 變壓器過勵磁產(chǎn)生的原因

a. 發(fā)變組與系統(tǒng)并列之前，由于錯誤操作，給發(fā)電機加以過大的勵磁電流，導致變壓器過勵磁。例如國內(nèi)某機組在并網(wǎng)時，由于電壓互感器熔絲熔斷，值班員判斷錯誤，誤將勵磁調(diào)至頂值，使變壓器過勵磁達45 min，變壓器存在隱患，投入第二天就發(fā)生了擊穿故障，使變壓器遭到破壞。因此，值班員在并網(wǎng)升壓過程中，一定要密切注意發(fā)電機的定子電壓與勵磁電流、勵磁電壓的關(guān)系，掌握其空載特性[4]。

b. 在發(fā)電機組啟動過程中，汽輪機未達到額定轉(zhuǎn)速就把發(fā)電機電壓升至額定值，使發(fā)電機因低頻而過勵磁。因此運行人員在并網(wǎng)操作時，轉(zhuǎn)子沒有達到額定轉(zhuǎn)速一定不能把發(fā)電機電壓升至額定電壓以上。一般情況下，汽輪機定速后再給發(fā)電機轉(zhuǎn)子加勵磁，緩慢將發(fā)電機電壓加至額定值。

c. 事故時發(fā)變組出口斷路器跳開，汽輪機主汽門關(guān)閉，發(fā)電機滅磁開關(guān)拒動未跳開。事故前由于發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)處于自動狀態(tài)，當主汽門關(guān)閉，原動機減速，自動勵磁調(diào)節(jié)器力求保持機端電壓處于額定值，從而使變壓器遭受低頻引起的過勵磁。

d. 發(fā)變組出口斷路器跳閘后，汽輪機主汽門沒有關(guān)閉，若滅磁開關(guān)拒動且勵磁調(diào)節(jié)器失靈或手動控制未及時調(diào)整，則電壓迅速升高，此時雖然頻率上升，但速度很慢，使電壓和頻率比值上升，引起變壓器過勵磁。在這種情況下，過勵磁倍數(shù)可能達1.3倍以上，如不及時采取適當措施，可能持續(xù)很長時間。由于大型同步發(fā)電機的同步電抗較大，當滿載甩負荷時，變壓器的過勵磁將十分嚴重[5]。實際上，發(fā)變組正常情況下甩負荷，也要引起過勵磁，因為勵磁調(diào)節(jié)器系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)都由慣性環(huán)節(jié)組成，突然甩負荷后電壓要迅速上升，而頻率上升緩慢，因而U/f上升使變壓器過勵磁，但這種過勵磁持續(xù)時間較短，變壓器的允許過勵磁倍數(shù)應(yīng)高于正常甩負荷時的過勵磁倍數(shù)，通常這種情況是允許的。一般規(guī)定允許勵磁時間不超過20 s，發(fā)電機電壓不得高于額定電壓的110%。

4 避免變壓器產(chǎn)生過勵磁的措施

a. 機組啟動過程中汽輪機未定速至3 000 r/min，嚴禁發(fā)電機升電壓，且滅磁開關(guān)不允許合上，以避免變壓器因低頻而過勵磁。

b. 發(fā)電機升壓過程中應(yīng)密切查看發(fā)電機定子電壓、勵磁電流、勵磁電壓之間的關(guān)系，以防止表計卡澀、測量回路斷線等原因誤加很高的勵磁電流而引起過勵磁或過電壓。

c. 發(fā)變組正常運行時，認真監(jiān)視無功負荷、勵磁電流及勵磁電壓，不允許無功過負荷。特別是在AVC投入的情況下更要注意，一旦發(fā)現(xiàn)無功過負荷，立即解列AVC降無功負荷，將無功控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

d. 機組事故跳閘時要注意檢查滅磁開關(guān)是否跳開，無論何種情況，如滅磁開關(guān)未跳開，應(yīng)立即手動拉開滅磁開關(guān)，若滅磁跳閘回路故障，應(yīng)立即手動捅跳。

e. 正常運行時若強勵誤動，應(yīng)立即將勵磁調(diào)節(jié)器由自動切至手動運行。正常運行中調(diào)整發(fā)電機電壓時，應(yīng)注意加、減勵磁方向正確，防止反方向調(diào)整造成過勵磁或失步。

f. 發(fā)電機停機解列時，應(yīng)先將勵磁調(diào)節(jié)器由自動改為手動，防止因轉(zhuǎn)速下降而出現(xiàn)過勵磁。

5 結(jié)束語

變壓器過勵磁是火電廠發(fā)變組接線升壓變壓器容易出現(xiàn)的問題，而且對變壓器的危害也相當嚴重。因此，運行人員在實際工作中要設(shè)法避免變壓器發(fā)生過勵磁。

參考文獻：

[1] 涂光瑜.汽輪發(fā)電機及電氣設(shè)備[M].2版.北京：中國電力出版社，2007：251-252.

[2] 李 爽，趙義松，張 巍，等.一起220 kV變壓器短路事故分析[J].東北電力技術(shù)，2012，33(9)：18-19.

[3] 劉松濤，滕 躍，屠紅梅.SFP-7-360000/220變壓器絕緣老化原因分析[J].東北電力技術(shù)，2009，30(1)：14-15.

[4] 王寶林，王洪亮.勵磁涌流引起勵磁調(diào)節(jié)器輸出異常分析及防范措施[J].東北電力技術(shù)，2013，34(12)：18-19.

[5] 尹彥民，聶振勇，從曼穎.電力變壓器絕緣故障及防范措施[J].東北電力技術(shù)，2010，31(3)：17-18.