水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器技術(shù)條件

備案信息

備案號(hào)：57180-2017

備案公告： 2017年第3號(hào)(總第207號(hào)) 。

采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)，其勵(lì)磁電源的勵(lì)磁功率整流器由勵(lì)磁變壓器供電。勵(lì)磁變壓器的高壓側(cè)通常接于發(fā)電機(jī)機(jī)端母線(xiàn)，低壓側(cè)接晶閘管三相全控橋式整流器，勵(lì)磁功率欄流器的負(fù)載為有很人電感、對(duì)地絕緣的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)予。勵(lì)磁變壓器負(fù)載及接線(xiàn)的特點(diǎn)，以及電網(wǎng)和電廠對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的特定要求，使自并勵(lì)的水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器工作條件及技術(shù)要求與一般應(yīng)用的電力變壓器并不完全相同，主要包括如下方面。

（1）勵(lì)磁變壓器繞組電流為非正弦電流，變壓器的設(shè)計(jì)需要考慮繞組中諧波電流的影響。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)問(wèn)常數(shù)通常為若干秒級(jí)，敝勵(lì)磁功率整流裝置晶閘管電流及交流側(cè)（即勵(lì)磁變低壓側(cè)）線(xiàn)電流均呵看作為矩形波，存在著基波分量和諧波分量，諧波電流將增加變壓器的銅損和鐵損，并使發(fā)電機(jī)端電壓波形畸變。故勵(lì)磁變壓器設(shè)計(jì)與制造時(shí)需要考慮變壓器繞組諧波電流的影響，包括變壓器的鐵芯磁密、容量、過(guò)負(fù)荷能力等均需要對(duì)諧波電流的影響進(jìn)行考慮。諧波電流將可能引起變壓器運(yùn)行的諧波噪聲，故在鐵芯與繞組的結(jié)構(gòu)及機(jī)械強(qiáng)度上，需要考慮降低諧波噪聲的措施。

（2）作為氳接接到發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵(lì)磁變壓器，需按發(fā)電機(jī)端電氣設(shè)備的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照GB 1094.1《電力變壓器第1部分總則》的要求，在發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)，變壓器與發(fā)電機(jī)相連的端子上，應(yīng)能承受1.4倍額定電壓，歷時(shí)5s。通常尚要求在發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為1.3倍額定電壓的過(guò)電壓下運(yùn)行60s。勵(lì)磁變壓器應(yīng)能在110%額定電壓下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

（3）勵(lì)磁變壓器低壓繞組額定電壓應(yīng)按滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)的勵(lì)磁頂值電壓要求進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)時(shí)，對(duì)勵(lì)磁功率整流器的輸出電壓有最高要求，為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁頂值電壓。勵(lì)磁頂值電壓按發(fā)電機(jī)所在的電力系統(tǒng)要求選取。

（4）變壓器容鼉應(yīng)能滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行所要求的勵(lì)磁能力，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和電壓為發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下勵(lì)磁電流和電壓的1.1倍時(shí)，能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

（5）勵(lì)磁變壓器的過(guò)載能力應(yīng)能滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)的勵(lì)磁容量及持續(xù)時(shí)間的要求。勵(lì)磁變壓器在發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)磁時(shí)，發(fā)電機(jī)在勵(lì)磁頂值電壓下運(yùn)行，勵(lì)磁電流的穩(wěn)態(tài)值也為勵(lì)磁頂值電流。此時(shí)勵(lì)磁功率對(duì)勵(lì)磁變壓器的負(fù)載能力有最高要求。

（6）勵(lì)磁變壓器高壓、低壓繞組間需設(shè)置靜電隔離屏蔽并接地。在變壓器投入和高壓側(cè)暫態(tài)過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)勵(lì)磁變壓器高壓、低壓繞組間的分布電容，在勵(lì)磁變壓器低壓繞組上將產(chǎn)生過(guò)電壓。為減少此時(shí)勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)的過(guò)電壓，在勵(lì)磁變壓器高壓、低壓繞組之間需設(shè)置靜電屏蔽并與變壓器鐵芯一起接地，以避免過(guò)電壓威脅勵(lì)磁功率整流器的安全。靜電屏蔽尚可減少變壓器低壓繞組的高次諧波及過(guò)電壓對(duì)高壓繞組及電網(wǎng)的影響，提高勵(lì)

磁變壓器的電磁兼容性。

除此以外，勵(lì)磁變壓器作為電力變壓器的一種應(yīng)用類(lèi)別，尚需滿(mǎn)足一般電力變壓器的技術(shù)要求。主要包括下列方面：

（1）運(yùn)行溫升及絕緣耐熱等級(jí)。

（2）承受短路能力。

（3）絕緣水平。

（4）對(duì)輔助設(shè)備的沒(méi)置要求，包括電流互感器、溫度監(jiān)視設(shè)備等。

（5）其他，如噪聲水平、局部放電水平、三相對(duì)稱(chēng)性。

實(shí)際工程應(yīng)用對(duì)勵(lì)磁變壓器尚有一些與工程相關(guān)的技術(shù)要求，如：

（1）勵(lì)磁變壓器類(lèi)型及結(jié)構(gòu)。

（2）組裝方式及防護(hù)等級(jí)。

（3）在電廠現(xiàn)場(chǎng)的安裝方式及要求，包括與發(fā)電機(jī)母線(xiàn)的連接等。

為方便運(yùn)輸，或適宜與發(fā)電機(jī)離相封閉母線(xiàn)相連接，大型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器通常采用單相變壓器組成三相變壓器組的結(jié)構(gòu)方式，并要求單相變壓器有相同的結(jié)構(gòu)和良好的互換性。

以下以環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器為例介紹。

勵(lì)磁變壓器鐵心

鐵心是變壓器的磁路，由硅鋼片及夾緊裝置等組成。鈣心材質(zhì)采用優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒配向硅鋼片，45°全斜接縫結(jié)構(gòu)心棒用絕緣帶傘扎，表面用特殊樹(shù)脂密封。鐵心必須是點(diǎn)接地，否則會(huì)形成環(huán)流增大損耗。變壓器的空載損耗主要是鐵心的損耗。

降低變壓器的空載損耗主要措施：①降低變壓器鐵心創(chuàng)磁密；②選取優(yōu)質(zhì)鐵心硅鋼片材料；③減少鐵心片厚度④采用全斜接縫結(jié)構(gòu)。

勵(lì)磁變壓器繞組

繞組是干式變壓器的最重要組成部分，主要由導(dǎo)線(xiàn)（鋅線(xiàn)）和絕緣結(jié)構(gòu)（樹(shù)脂）組成。

繞組的結(jié)構(gòu)決定額定容量、額定電壓和使用條件等。

變壓器的負(fù)載損耗由電阻損耗及繞組導(dǎo)線(xiàn)中的附加損耗等構(gòu)成。繞組計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

（1）電氣強(qiáng)度。繞組絕緣必須滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或用戶(hù)要求的工頻、雷電沖擊試驗(yàn)電壓要求，并留有一定裕度。

（2）耐熱強(qiáng)度。在負(fù)載運(yùn)行情況下，繞組溫升不允許超過(guò)絕緣材料耐熱等級(jí)所規(guī)定的溫升限值。

（3）機(jī)械強(qiáng)度。干式變壓器繞組在短路電流作用下所產(chǎn)生的電動(dòng)力將使繞組位移以及短路阻抗變化，二者應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)于澆注干式變壓器。高壓繞組用樹(shù)脂在模具內(nèi)澆注，低壓繞組端部用樹(shù)脂封裝。

繞組材質(zhì)主要是銅材和鋁材。根據(jù)樹(shù)脂體系和導(dǎo)電材料本身的物理性質(zhì)，玻璃纖維絲填充的樹(shù)脂體系的熱膨脹系數(shù)與銅的熱膨脹系數(shù)相近，故玻璃纖維絲填充的干式變壓器多用銅導(dǎo)體。硅微粉填充的樹(shù)脂體系的熱膨脹系數(shù)與鋁的熱膨脹系數(shù)相近，故硅微粉填充的干式變壓器多用鋁導(dǎo)體。鋁繞組干式變壓器存在機(jī)械強(qiáng)度差、對(duì)焊接質(zhì)量要求高等不足。

用于變壓器繞組的導(dǎo)體主要有兩大類(lèi)：線(xiàn)形和箔形。

繞組型式主要有層式繞組和箔式繞組。

高壓繞組線(xiàn)繞技術(shù)成熟，絕緣質(zhì)量可靠，自動(dòng)化程度高，使用率達(dá)70%以上。

低壓箔式繞組工效高，節(jié)省材料，漏磁少，抗短路能力強(qiáng)，使用率在90%以上。

勵(lì)磁變壓器，按絕緣方式劃分主要有四種型式

（1）環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器。

（2）無(wú)堿玻璃纖維纏繞浸干式變壓器。

（3）MORA型干式變壓器。

（4）油浸變壓器。

油浸變壓器是傳統(tǒng)變壓器，目前逐步被干式變壓器所代替。

干式變壓器具有防火、防爆及環(huán)保性能優(yōu)越等特點(diǎn)，成為勵(lì)磁變壓器主流應(yīng)用。

世界上第一臺(tái)環(huán)氧干式變壓器由西德AEG公司于1964年制造。

環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器的特點(diǎn)：

（1）絕緣強(qiáng)度高，澆注用環(huán)氧樹(shù)脂具有18～22kV/mm的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)，且與電壓等級(jí)相同的油浸變壓器具有大致相同的雷電沖擊強(qiáng)度。

（2）抗短路能力強(qiáng)。

（3）防災(zāi)性能突出，環(huán)氧樹(shù)脂阻燃并能自行熄滅，不致引發(fā)爆炸。

（4）環(huán)境性能優(yōu)越，環(huán)氧樹(shù)脂防潮、防塵，可以在惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行。

（5）維護(hù)工作量小。

（6）運(yùn)行損耗低，運(yùn)行效率高，噪聲低。

（7）體積小，重量輕，安裝調(diào)試方便

MORA型干式變壓器的特點(diǎn)如下：

（1）MORA型干式變壓器是近十年來(lái)德國(guó)MORA變壓器廠為適應(yīng)環(huán)保新概念和應(yīng)用新工藝、新材料而開(kāi)發(fā)的新型變壓器。

（2）MORA型干式變壓器高壓繞組分層扁繞在絕緣性能良好的陶瓷絕緣支架上。高低壓繞組以及繞組之間縱向及橫向均有冷卻風(fēng)道，變壓器具有良好的短時(shí)過(guò)載及抗短路能力。

（3）MORA型干式變壓器在真空狀態(tài)下對(duì)繞組進(jìn)行浸復(fù)合絕緣漆再進(jìn)行烘干，工藝簡(jiǎn)單。

（4）變壓器繞組絕緣由玻璃纖維或NOMEX紙構(gòu)成，達(dá)到F或H級(jí)絕緣水平。

（5）MORA型具有良好的阻燃特性。

（6）MORA型在失效后可拆卸。繞組材料可循環(huán)再利用。

（7）MORA型無(wú)須澆注設(shè)備與模具，初期投資可以大為節(jié)省，產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活性較大。

（8）MORA型運(yùn)行維護(hù)工作量稍大，修理相對(duì)容易。

目前，歐洲及亞洲使用環(huán)氧樹(shù)脂澆注式變壓器居多，美國(guó)使用MORA型較多。

環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式基準(zhǔn)沖擊水平可達(dá)250kV，MORA型為150kV。

環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器最大容量可達(dá)20MVA，MORA型僅能達(dá)到8～10MVA。