王日升，王 鵬

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

21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，電力需求急速增加，大型火電機(jī)組增長(zhǎng)較快，300 MW、600 MW機(jī)組已成為我國(guó)各大電網(wǎng)的主力機(jī)組，由于上述容量發(fā)電機(jī)電壓高，故不設(shè)發(fā)電機(jī)電壓母線，通常采用發(fā)電機(jī)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(guò)勵(lì)磁的可能，這是由發(fā)變組單元接線方式所決定的，因?yàn)樵摻泳€方式的發(fā)電機(jī)、主變壓器和高壓廠用變壓器直接組合在一起，發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，僅在發(fā)電機(jī)—變壓器組高壓側(cè)設(shè)斷路器。當(dāng)主變開(kāi)關(guān)一旦與系統(tǒng)脫離，就會(huì)出現(xiàn)周波和電壓均受發(fā)電機(jī)控制的情況，而當(dāng)發(fā)電機(jī)脫離系統(tǒng)后，又很難控制，受調(diào)速系統(tǒng)和自動(dòng)勵(lì)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(dǎo)致主變壓器出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁。實(shí)踐證明，我國(guó)200 MW以上機(jī)組采用發(fā)變組接線的主變壓器多次發(fā)生過(guò)勵(lì)磁事件，給變壓器和機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)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(guò)勵(lì)磁，對(duì)變壓器過(guò)勵(lì)磁的危害、產(chǎn)生原因及避免措施進(jìn)行如下分析。

1 變壓器過(guò)勵(lì)磁的概念

變壓器過(guò)勵(lì)磁是指變壓器的工作磁通密度增大，使其勵(lì)磁電流增大。變壓器的電壓表達(dá)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(lì)磁電流增大，特別是在飽和之后，使其勵(lì)磁電流急劇增大，這就是過(guò)勵(lì)磁。

2 變壓器過(guò)勵(lì)磁的危害

變壓器過(guò)勵(lì)磁將使變壓器的鐵芯過(guò)飽和，鐵損增加，鐵芯溫度上升，鐵芯飽和后還要使磁場(chǎng)擴(kuò)散到周圍空間去，使漏磁場(chǎng)增強(qiáng)?？拷F芯的繞組導(dǎo)線、油箱壁及其它金屬構(gòu)件，由于漏磁場(chǎng)的增強(qiáng)而使渦流損耗大大增加，使這些部位發(fā)熱，引起高溫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部變形并損傷周圍絕緣介質(zhì)[2]。由于勵(lì)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(guò)勵(lì)磁時(shí)引起的局部發(fā)熱是相當(dāng)嚴(yán)重的，對(duì)絕緣介質(zhì)的損害也非常嚴(yán)重。對(duì)于一些大型變壓器，當(dāng)工作磁通密度達(dá)1.3～1.4倍額定值時(shí)，勵(lì)磁電流的有效值可達(dá)到變壓器的額定電流值，因此對(duì)大型變壓器的影響十分嚴(yán)重?？傊?，過(guò)勵(lì)磁將使變壓器鐵芯及各部件溫度升高，如果過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，將使變壓器受到損害。如果過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)不高，持續(xù)時(shí)間也不長(zhǎng)，但反復(fù)出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁，將使變壓器絕緣老化，降低絕緣使用壽命，對(duì)設(shè)備造成隱患[3]。

3 變壓器過(guò)勵(lì)磁產(chǎn)生的原因

a. 發(fā)變組與系統(tǒng)并列之前，由于錯(cuò)誤操作，給發(fā)電機(jī)加以過(guò)大的勵(lì)磁電流，導(dǎo)致變壓器過(guò)勵(lì)磁。例如國(guó)內(nèi)某機(jī)組在并網(wǎng)時(shí)，由于電壓互感器熔絲熔斷，值班員判斷錯(cuò)誤，誤將勵(lì)磁調(diào)至頂值，使變壓器過(guò)勵(lì)磁達(dá)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(guò)程中，一定要密切注意發(fā)電機(jī)的定子電壓與勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓的關(guān)系，掌握其空載特性[4]。

b. 在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機(jī)未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速就把發(fā)電機(jī)電壓升至額定值，使發(fā)電機(jī)因低頻而過(guò)勵(lì)磁。因此運(yùn)行人員在并網(wǎng)操作時(shí)，轉(zhuǎn)子沒(méi)有達(dá)到額定轉(zhuǎn)速一定不能把發(fā)電機(jī)電壓升至額定電壓以上。一般情況下，汽輪機(jī)定速后再給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁，緩慢將發(fā)電機(jī)電壓加至額定值。

c. 事故時(shí)發(fā)變組出口斷路器跳開(kāi)，汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉，發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)拒動(dòng)未跳開(kāi)。事故前由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)主汽門關(guān)閉，原動(dòng)機(jī)減速，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器力求保持機(jī)端電壓處于額定值，從而使變壓器遭受低頻引起的過(guò)勵(lì)磁。

d. 發(fā)變組出口斷路器跳閘后，汽輪機(jī)主汽門沒(méi)有關(guān)閉，若滅磁開(kāi)關(guān)拒動(dòng)且勵(lì)磁調(diào)節(jié)器失靈或手動(dòng)控制未及時(shí)調(diào)整，則電壓迅速升高，此時(shí)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(guò)勵(lì)磁。在這種情況下，過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)可能達(dá)1.3倍以上，如不及時(shí)采取適當(dāng)措施，可能持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。由于大型同步發(fā)電機(jī)的同步電抗較大，當(dāng)滿載甩負(fù)荷時(shí)，變壓器的過(guò)勵(lì)磁將十分嚴(yán)重[5]。實(shí)際上，發(fā)變組正常情況下甩負(fù)荷，也要引起過(guò)勵(lì)磁，因?yàn)閯?lì)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(fù)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(guò)勵(lì)磁，但這種過(guò)勵(lì)磁持續(xù)時(shí)間較短，變壓器的允許過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)應(yīng)高于正常甩負(fù)荷時(shí)的過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)，通常這種情況是允許的。一般規(guī)定允許勵(lì)磁時(shí)間不超過(guò)20 s，發(fā)電機(jī)電壓不得高于額定電壓的110%。

4 避免變壓器產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁的措施

a. 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中汽輪機(jī)未定速至3 000 r/min，嚴(yán)禁發(fā)電機(jī)升電壓，且滅磁開(kāi)關(guān)不允許合上，以避免變壓器因低頻而過(guò)勵(lì)磁。

b. 發(fā)電機(jī)升壓過(guò)程中應(yīng)密切查看發(fā)電機(jī)定子電壓、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓之間的關(guān)系，以防止表計(jì)卡澀、測(cè)量回路斷線等原因誤加很高的勵(lì)磁電流而引起過(guò)勵(lì)磁或過(guò)電壓。

c. 發(fā)變組正常運(yùn)行時(shí)，認(rèn)真監(jiān)視無(wú)功負(fù)荷、勵(lì)磁電流及勵(lì)磁電壓，不允許無(wú)功過(guò)負(fù)荷。特別是在AVC投入的情況下更要注意，一旦發(fā)現(xiàn)無(wú)功過(guò)負(fù)荷，立即解列AVC降無(wú)功負(fù)荷，將無(wú)功控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

d. 機(jī)組事故跳閘時(shí)要注意檢查滅磁開(kāi)關(guān)是否跳開(kāi)，無(wú)論何種情況，如滅磁開(kāi)關(guān)未跳開(kāi)，應(yīng)立即手動(dòng)拉開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，若滅磁跳閘回路故障，應(yīng)立即手動(dòng)捅跳。

e. 正常運(yùn)行時(shí)若強(qiáng)勵(lì)誤動(dòng)，應(yīng)立即將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由自動(dòng)切至手動(dòng)運(yùn)行。正常運(yùn)行中調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓時(shí)，應(yīng)注意加、減勵(lì)磁方向正確，防止反方向調(diào)整造成過(guò)勵(lì)磁或失步。

f. 發(fā)電機(jī)停機(jī)解列時(shí)，應(yīng)先將勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由自動(dòng)改為手動(dòng)，防止因轉(zhuǎn)速下降而出現(xiàn)過(guò)勵(lì)磁。

5 結(jié)束語(yǔ)

變壓器過(guò)勵(lì)磁是火電廠發(fā)變組接線升壓變壓器容易出現(xiàn)的問(wèn)題，而且對(duì)變壓器的危害也相當(dāng)嚴(yán)重。因此，運(yùn)行人員在實(shí)際工作中要設(shè)法避免變壓器發(fā)生過(guò)勵(lì)磁。

參考文獻(xiàn)：

[1] 涂光瑜.汽輪發(fā)電機(jī)及電氣設(shè)備[M].2版.北京：中國(guó)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(lì)磁涌流引起勵(lì)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.