火電廠發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電有限公司，遼寧 撫順 113007；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003)

21世紀以來，隨著我國經濟飛速發展，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的主力機組，由于上述容量發電機電壓高，故不設發電機電壓母線，通常采用發電機與雙繞組變壓器連接成的發變組接線[1]。采用該接線方式的主變壓器將增大過勵磁的可能，這是由發變組單元接線方式所決定的，因為該接線方式的發電機、主變壓器和高壓廠用變壓器直接組合在一起，發電機出口不設斷路器，僅在發電機—變壓器組高壓側設斷路器。當主變開關一旦與系統脫離，就會出現周波和電壓均受發電機控制的情況，而當發電機脫離系統后，又很難控制，受調速系統和自動勵磁調節裝置的影響較大，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過勵磁。實踐證明，我國200 MW以上機組采用發變組接線的主變壓器多次發生過勵磁事件，給變壓器和機組的安全運行帶來不利影響。為了防止采用發變組接線的主變壓器產生過勵磁，對變壓器過勵磁的危害、產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。靠近鐵芯的繞組導線、油箱壁及其它金屬構件，由于漏磁場的增強而使渦流損耗大大增加，使這些部位發熱，引起高溫，嚴重時會造成局部變形并損傷周圍絕緣介質[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熱是相當嚴重的，對絕緣介質的損害也非常嚴重。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。總之，過勵磁將使變壓器鐵芯及各部件溫度升高，如果過勵磁倍數高，持續時間長，將使變壓器受到損害。如果過勵磁倍數不高，持續時間也不長，但反復出現過勵磁，將使變壓器絕緣老化，降低絕緣使用壽命，對設備造成隱患[3]。

3 變壓器過勵磁產生的原因

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

b. 在發電機組啟動過程中，汽輪機未達到額定轉速就把發電機電壓升至額定值，使發電機因低頻而過勵磁。因此運行人員在并網操作時，轉子沒有達到額定轉速一定不能把發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電機轉子加勵磁，緩慢將發電機電壓加至額定值。

c. 事故時發變組出口斷路器跳開，汽輪機主汽門關閉，發電機滅磁開關拒動未跳開。事故前由于發電機勵磁調節處于自動狀態，當主汽門關閉，原動機減速，自動勵磁調節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. 發變組出口斷路器跳閘后，汽輪機主汽門沒有關閉，若滅磁開關拒動且勵磁調節器失靈或手動控制未及時調整，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，過勵磁倍數可能達1.3倍以上，如不及時采取適當措施，可能持續很長時間。由于大型同步發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，發變組正常情況下甩負荷，也要引起過勵磁，因為勵磁調節器系統和調速系統都由慣性環節組成，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，但這種過勵磁持續時間較短，變壓器的允許過勵磁倍數應高于正常甩負荷時的過勵磁倍數，通常這種情況是允許的。一般規定允許勵磁時間不超過20 s，發電機電壓不得高于額定電壓的110%。

4 避免變壓器產生過勵磁的措施

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

b. 發電機升壓過程中應密切查看發電機定子電壓、勵磁電流、勵磁電壓之間的關系，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. 發變組正常運行時，認真監視無功負荷、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，一旦發現無功過負荷，立即解列AVC降無功負荷，將無功控制在規定范圍內。

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

e. 正常運行時若強勵誤動，應立即將勵磁調節器由自動切至手動運行。正常運行中調整發電機電壓時，應注意加、減勵磁方向正確，防止反方向調整造成過勵磁或失步。

f. 發電機停機解列時，應先將勵磁調節器由自動改為手動，防止因轉速下降而出現過勵磁。

5 結束語

變壓器過勵磁是火電廠發變組接線升壓變壓器容易出現的問題，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法避免變壓器發生過勵磁。

參考文獻：

[1] 涂光瑜.汽輪發電機及電氣設備[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，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，2009，30(1)：14-15.

[4] 王寶林，王洪亮.勵磁涌流引起勵磁調節器輸出異常分析及防范措施[J].東北電力技術，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，2010，31(3)：17-18.