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新式变压器的模型选择及设置

  1励磁变压器结构选型

2励磁变压器技术参数的确定

2.1额定容量

变压器额定容量取决于励磁系统应提供的直流额定功率值,自励磁系统一次电压与发电机端电压相同,二次电压由励磁系统的顶值电压所决定,二次电流由发电机励磁绕组的最大持续电流所决定。

2.2额定电压值

一次及二次额定电压值应考虑到在一次机端电压为0.8额定电压值时仍能保证所需顶值励磁电压值。但是,对于大型汽轮发电机自励静止励磁系统,亦可以发电机一次电压为额定值的条件确定强励电压倍数。

2.3接线组别对于三相双绕组电力变压器的接线组别,我国有关标准规定为:Y,yn12、Y,d11、Yn,d11、Yn,y12和Y,y12五种接线方式。对于励磁变压器接线组别的选择,我国也多沿用电力变压器的标准,一般都选用Y,d11接线方式。其原因为当励磁变压器的原边接成星形接线时,一次绕组的相电压仅为线电压的1/3,降低了一次绕组的耐压水平。二次绕组三角形连接,可为三次谐波短路电流提供一支路,用以抵消3次谐波磁通,改善了相电压波形。

当励磁变压器采用Y,d11接线方式时,二次相电压在相位上滞后一次相电压30°,为此,在选择晶闸管触发回路的同步接线时应考虑这一因素。

2.4绝缘等级及温升目前,国外供货的励磁变压器绝缘等级多为F级或F/H级,国内产品多为F级或F/B级。在确定励磁变压器的温升极限时,一些用户常提出按绝缘等级降低一级温升的要求。如某厂励磁变压器的绝缘等级为F级,允许温升为100K,但用户要求温升按B级考核,即温升最高值为80K,环境温度规定为40℃。

2.5阻抗电压变压器的短路阻抗电压是一个重要的参数,此值影响到整流器换相的工作状态和变压器的短路电流值。当发电机磁场短路或集电环闪络以及整流桥臂短路时,回路短路电流将由变压器的阻抗电压决定。应当指出的是,对励磁变压器阻抗电压的选择应综合考虑短路电流限制、整流器换相工作状态以及灭磁方式等多方面因素。例如,当采用交流灭磁方式时,整流器直流侧发生直接短路,可借助于过流脱扣保护功能予以限制短路电流,不必单独依托于励磁变压器的短路阻抗。另一方面,励磁变压器所选用的短路阻抗值过大,在强励条件下,励磁变压器二次电压的下降以及励磁电流的增加,有可能使整流器外特性的工作点过渡到第Ⅱ种换相状态,导致励磁输出电压显著下降。

2.6短路电流过载能力变压器的短路电流过载能力受结构、材质、运行和初始负载等多方面因素的影响。

对励磁变压器亦有过电压过载能力的要求,因为电压过载将导致铁芯损耗及励磁电流的增加。在发电机大修后或启动时,如用自励系统中的励磁变压器进行发电机耐压试验时,励磁变压器将承受1.15~1.30倍额定电压,在确定励磁变压器规格时应予注意。

考核励磁变压器短路时电流过载能力的限制条件是绕组的最高温升限值。

3励磁变压器保护3.1差动保护在静止自励励磁系统中,各电压对发电机及励磁变压器的差动保护采用了多种方案,如图1。

方案(1)为发电机和励磁变压器分别装设差动保护的方案。两组差动保护各有其保护范围,对励磁变压器采用了与厂用变压器相同的保护方式。实现这一方案最大的困难是在励磁变压器高压侧装一组与发电机出口回路相同变比的电流互感器,此电流互感器变比大,造价较高,须放置在变压器高压侧的母线内,布置较为困难。

方案(2)是将励磁变压器置于发电机变压器组差动保护范围内,另装设一组速断过流保护。但在多数情况下,保护灵敏度是不够的。在某些短路情况下,励磁变压器没有速动保护,显然是不合理的,因此这种保护方案是不够完善的。

方案(3)与(1)方案比较,省去了励磁变压器高压侧一组大电流互感器,解决了电流互感器安装困难问题。另外,励磁变压器本身装了差动保护,保证了励磁变压器故障时,有足够的灵敏度。此方案通过在一些电厂600MW机组上的运行检验表明是成功的,并具有经济、合理、高可靠性等优点。

3.2过电压保护励磁变压器在运行中除有可能受到外来过电压、操作过电压和故障过电压的冲击外,还可能受整流器的换相过电压,灭磁过电压以及变压器漏感和分布电容构成的振荡过电压的冲击,在起始阶段,这些过电压将在励磁变压器的端部产生很高的尖峰电压振荡,为此必须予以抑制。

3.3过流保护直流侧短路时(如集电环短路),等效于励磁变压器二次绕组短路。此时,除提高阻抗电压以限制短路电流外,还可采用其它类型保护,例如在励磁变压器高压侧采用快速熔断器;提高整流器可承受的短路容量;在直流侧串入扼流电抗以限制短路电流对时间积分的增长速率;或在直流侧采用快速检测继电器,当短路电流达限制值时闭锁导通的可控整流器等。除上述保护方式外,在现代自励系统中,多在励磁变压器二次绕组中接入交流互感器和按定时或反时限的方式启动的保护继电器,用以发出发电机主断路器或磁场断跌器的跳闸信号。

3.4散热及冷却一般环氧干式变压器多采用空气自然冷却,不配外壳,户内使用,保护等级为IP系列可供选择。加装外壳使变压器容量降低,较小容量降低5%,较大容量降低10%左右。

变压器正常运行时需要一定的通风,一般变压器每1kW损耗需要4m 3/min的通风量,置于通风条件较差地方应考虑通风问题。

对于环氧干式变压器,运行的安全性及使用寿命在很在程度上取决于变压器绕组的绝缘水平。

3.4微机差动保护带负荷测试需注意的问题微机差动保护带负荷测试方法与传统的电磁型差动保护类似,方便的是在装置上可显示各侧相电流的有效值、相角、差流值,防止极性、变比、相别等错误接线,并具有差流超限报警功能。不过要注意的是,其相量是以高压侧A相为参考相的,当高压侧开关由旁路代供(如内桥接线方式,桥开关代供)时,主变高压侧开关A相电流为零,此时装置显示的相量是不正确的,正确的相量图还是要在保护屏端子排上测试(以PST-1200型为例)。

由于变压器Y、△侧电流互感器均采用星型接线,因此在六角图试验时,Y、△侧对应相电流的相角不再是180°,而是Y侧的相电流相角应超前△侧150°,这一点尤其应注意。

3.5判断故障类型的简单方法通过以上图例,在试验过程中可以很方便地判断出电流互感器的接线正确与否。不过,即使能正确判断出故障的类型(如某相电流互感器极性接反),又怎样能快速判断出具体那一相故障呢如果不能很快判断出是那一相故障,而要每相检查过去,那么工作量也是很大的。其实有一个方法很简单,就是根据相量图和电流之间的关系式反推过去。

将会加速绝缘老化及损坏。为确保变压器使用温升不超过规定值,必须设置温控及温显系统。温控系统可通过预埋在低压绕组中的PTC测温元件,并根据绕组温度,控制启动冷却风机以及发出温度报警及跳闸信号。

4结束语

励磁变压器的选型及保护配置关系到励磁系统运行的可靠性与经济性,本文对励磁变压器的选型从结构、技术参数确定、保护方式的配置等方面作了阐述,以期能为一些静止自励磁系统工程中的励磁变压器的选型及保护配置引以为借鉴和参考。


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三相变压器模型,输入380V,输出24V
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