火電廠發(fā)變組接線方式的主變壓器過勵磁問題分析

韓 赫 王曉鳳

（華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462000）

0 前言

為滿足人們日益升高的用電需求，我國火力發(fā)電廠的發(fā)電規(guī)模也在不斷擴大，伴隨著發(fā)電容量的上升，發(fā)電電壓也在逐漸增加，因此在發(fā)電機組一般不再設置電壓母線，而是采用發(fā)電機與雙繞組變壓器連接成的發(fā)變組接線，這種連線方式雖然滿足了更高的發(fā)電需求，但同時也增加了主變壓器出現(xiàn)過勵磁問題的發(fā)生概率，因此有必要針對火力電廠發(fā)變組接線方式的主變壓其過勵磁問題進行分析，對于減少過勵磁危害，推動我國火力發(fā)電進一步發(fā)展具有重要的意義。

1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)一般是指的是供給同步發(fā)電機勵磁電流的電源及其附屬設備的統(tǒng)稱，主要由2個部分構成，即勵磁功率單元與勵磁調節(jié)器，它們二者負責不同的功能，其中勵磁功率單元負責向同步發(fā)電機轉子提供勵磁電流，勵磁調節(jié)器則是以輸入信號與給定的調節(jié)準則為依據(jù)，對勵磁功率單元的輸出加以控制。其中對于勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調節(jié)器來說，其在促進電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性方面起著重要的作用。特別是當前隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，存在有機組穩(wěn)定極限降低的趨勢，但也不斷推動著勵磁技術不斷進步。同步發(fā)電機作為一種最為常用的交流發(fā)電機，在火力電廠、水力電廠、核能電廠發(fā)電應用較為廣泛，其勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調節(jié)器（裝置）兩大部分組成（如圖1所示）。

由勵磁調節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部分，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有著較為重要的影響意義，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在發(fā)電過程中主要起到6點作用。一是以發(fā)電機負荷的變化為依據(jù)，對勵磁電流進行調節(jié)控制，以保證機端電壓始終為給定值；二是如果各發(fā)電機并列運行，其可以對各發(fā)電機間無功功率進行合理分配；三是促進發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定性得到有效提升；四是可以提升發(fā)電機并列運行的暫態(tài)穩(wěn)定性；五是一旦發(fā)電機內部出現(xiàn)故障，可以借助發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行滅磁處理，從而使因故障造成的損失降至最低；六是能夠結合實際發(fā)電機運行要求，對其實施最大勵磁限制及最小勵磁限制。

圖1 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)

2 變壓器過勵磁產(chǎn)生的原因

變壓器過勵磁產(chǎn)生原因可概括為以下幾點：一是在發(fā)電過程中，系統(tǒng)與發(fā)變組比列之前，受人為操作失誤影響，為發(fā)電機加的勵磁電流過大，最終依法變壓器出現(xiàn)過勵磁問題。

3 變壓器過勵磁帶來的危害

變壓器過勵磁簡單來說即是變壓器的磁通密度增大，從而導致變壓器勵磁電流增大，從而產(chǎn)生變壓器過勵磁。變壓其的感應電動勢E可用下式表示：E=4.44fNSB×10-4，若忽略繞漏阻抗上的壓降時，那么E≈U，其中U指的是變壓器電壓，那么磁感應強度B（工作磁通密度）可用下列式子表示：B=K×U/f，即說明電壓頻率比U/f與磁感應強度B成正比。若電壓與頻率下降，磁感應強度B便會增加。一般火力發(fā)電廠大型電力變壓器的鐵芯都是采用冷軋硅鋼片，磁化特性曲線展現(xiàn)并不“圓滑”，因此當電壓頻率比增加時，相應的勵磁電流便會增大，尤其是在鐵芯飽和后，會導致勵磁電流呈現(xiàn)劇烈增大趨勢，造成變壓器過勵磁。

當鐵芯處于飽和狀態(tài)時，鐵芯的損耗也會隨之增加，相應溫度也會逐漸增大，在勵磁電流急劇增大的情況下，相應漏磁就會增多，對于周圍的影響也會逐漸變大，主要表現(xiàn)為在磁場的作用下，會在離鐵芯比較近的金屬構件、繞組導線等產(chǎn)生渦流損耗，并使其發(fā)熱，引發(fā)高溫，若過勵磁較為嚴重，引發(fā)的高溫甚至會對周圍的絕緣質造成損傷、變形等問題。另一方面，由于過勵磁的勵磁電流并不是標準的正弦波，而是呈尖頂狀波形，除此之外，還會受到其他奇次諧波的影響，由于頻次損耗與渦流損耗和頻率的平方呈正比，因此會進一步加重發(fā)熱，對于變壓器造成不同程度的損害。事實上，變壓器在每次出現(xiàn)過勵磁時，受變壓器自身具備一定承受過勵磁能力的影響，并不會對其自身產(chǎn)生較為明顯的傷害，但積少成多，若變壓器出現(xiàn)過勵磁次數(shù)過多時，會進一步加速變壓器絕緣老化，從而縮短變壓器的使用壽命。由于當前活力發(fā)電廠變壓器在額定工作時一般具備較強的磁感應強度，很容易在發(fā)電過程中產(chǎn)生過勵磁問題，因此采取有效措施避免變壓器產(chǎn)生過勵磁是十分有必要的。

4 避免變壓器產(chǎn)生過勵磁措施

為了有效避免在發(fā)電過程中變壓器產(chǎn)生過勵磁，應采取以下幾種措施：一是在啟動發(fā)電機組時，需要注意控制好汽輪機轉速，若汽輪機沒有達到并定速至3 000 r/min，嚴禁對發(fā)電機進行升壓操作，與此同時，也不能閉合滅磁開關，以避免由于低頻問題，導致變壓器出現(xiàn)過勵磁問題；二是在對發(fā)電機進行升壓操作的過程中，應注意控制好發(fā)電機定子電壓、勵磁電壓、勵磁電流之間的關系，以免出現(xiàn)表計卡澀、測量回路斷線等問題，導致勵磁電流出現(xiàn)誤加，從而引起過勵磁問題；三是當發(fā)變組處于正常的運行狀態(tài)時，應認真做好對無功負荷、勵磁電流及勵磁電壓的監(jiān)視工作，以免出現(xiàn)無功過負荷。尤其是在AVC投入的情況下，更要避免出現(xiàn)無功過負荷問題，以免造成嚴重的過勵磁問題。若發(fā)現(xiàn)存在無功過負荷，需要立即解列AVC，促使無功過負荷得到有效的緩解與降低，將無功過負荷控制在規(guī)定允許范圍之內；四是當發(fā)電機組因事故出現(xiàn)跳閘時，應注意對滅磁開關進行檢查，查看其是否跳開，若滅磁開關沒有跳開，應立即手動拉開滅磁開關；若滅磁跳閘回路出現(xiàn)了故障問題，應立即進行手動捅跳操作，避免出現(xiàn)過勵磁問題；五是在機組正常運行的過程中如果出現(xiàn)了強勵誤動問題，應及時做好勵磁調節(jié)器的調節(jié)，改變其自動運行狀態(tài)，使其變?yōu)槭謩舆\行。正常運行過程中在對發(fā)電機電壓進行調整時，應注意做好加、減勵磁的控制，保證其控制方向正確，防止錯誤調整引發(fā)過勵磁問題。六是當發(fā)電機組停機解列時，應先做好勵磁調節(jié)器調節(jié)，改自動為手動，防止在發(fā)電機組解列過程因轉速（頻率）下降，出現(xiàn)過勵磁問題。

5 結語

變壓器過勵磁在我國火力發(fā)電廠發(fā)電過程中較為常見，基于其具備的危害性，需要提高對過勵磁問題的重視程度，明確其發(fā)生原因，了解其存在的危害，并在日?；鹆Πl(fā)電過程中，采取有效的措施盡量避免出現(xiàn)過勵磁問題，使我國火力發(fā)電實現(xiàn)平穩(wěn)順利的發(fā)展。