勵磁變附件設(shè)計選型優(yōu)化

楊 奇，羅 敏

(1.山西潞光發(fā)電有限公司，山西 長治 046699；2.京能集團山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長治 046021)

0 引言

近年來電力系統(tǒng)快速發(fā)展，發(fā)電機單機容量從300 MW，600 MW增長到1 000 MW，勵磁系統(tǒng)給發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，轉(zhuǎn)子在原動機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)磁場切割發(fā)電機定子繞組，定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，為電力系統(tǒng)提供電能，因此勵磁系統(tǒng)在發(fā)電廠尤為重要。勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時輕則造成機組停運，重則會造成設(shè)備損壞，因此對其安全穩(wěn)定運行提出了更高的技術(shù)要求。勵磁系統(tǒng)用變壓器(以下簡稱勵磁變)作為勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，其配套電流互感器及二次回路、溫控器、風(fēng)機故障時都會直接或間接造成勵磁系統(tǒng)故障。在勵磁變選型時通常對變壓器本體提出技術(shù)要求而忽略對配套附屬設(shè)備的要求，配套附屬設(shè)備因制造廠家不同質(zhì)量參差不齊，針對幾例勵磁變附屬設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題，對勵磁變附屬設(shè)備設(shè)計選型提出了建議。

1 電流互感器及其二次回路

電流互感器的安裝環(huán)境溫度、海拔高度、震動或地顫需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 20840.1《互感器 第1部分：通用技術(shù)條件》的規(guī)定，實際使用條件不滿足要求時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際條件設(shè)計。電流互感器的連續(xù)熱電流、短時熱電流、額定動穩(wěn)定電流應(yīng)滿足勵磁變短路電流計算得出的最大負(fù)荷電流和短路電流工況的要求。電流互感器一次電壓、一次電流及二次參數(shù)等的選取應(yīng)滿足DL/T 866—2015《電流互感器和電壓互感器選擇及計算規(guī)程》的要求。

勵磁變多選用空氣冷卻環(huán)氧樹脂干式變壓器且處于封閉殼體內(nèi)，絕緣等級無論選用F還是H，實際運行中勵磁變均處于高負(fù)荷運行狀態(tài)，根據(jù)某電廠F級絕緣勵磁變95 ℃啟動風(fēng)扇、75 ℃停止風(fēng)扇的設(shè)定值，勵磁變繞組及鐵芯正常運行中溫度為80～90 ℃。因此勵磁變配套的互感器、二次回路設(shè)計選型時應(yīng)充分考慮勵磁變殼體內(nèi)的實際溫度。

某火電廠勵磁變電流互感器二次電纜從接線端子引出后沿勵磁變鐵芯上表面穿PVC管布置，至保護測控裝置的端子排直接安裝在勵磁變底部支架冷卻風(fēng)機旁。機組停運時維護人員對二次回路常規(guī)檢查中發(fā)現(xiàn)電纜絕緣老化嚴(yán)重，電纜表面絕緣呈開裂狀，存在嚴(yán)重的安全隱患。另一火電廠勵磁變電流互感器二次接線端子朝向鐵芯處，引出二次電纜距離鐵芯約2 cm，存在同樣的安全隱患。參考文獻[2]勵磁變低壓側(cè)電流互感器二次電纜用尼龍扎帶綁扎，尼龍扎帶受熱老化斷裂，電纜松動與勵磁變高壓側(cè)繞組接觸，高壓繞組對二次電纜鎧裝放電，造成勵磁變高壓繞組一相接地，引發(fā)發(fā)電機定子接地保護動作。

綜合上述情況，應(yīng)在勵磁變低壓側(cè)殼體外部裝設(shè)電流互感器端子箱，以將互感器二次電流經(jīng)端子箱引接至保護測控裝置。互感器二次接線端子應(yīng)布置在遠離鐵芯一側(cè)，二次布線應(yīng)與鐵芯、高低壓繞組及引出銅排保持一定的安全距離，二次布線宜使用穿管固定，防止振動或者綁扎帶斷裂等原因造成二次電纜晃動。互感器二次電纜應(yīng)采用耐高溫型，對F級絕緣變壓器電纜耐高溫特性不應(yīng)低于155 ℃，對H級絕緣變壓器電纜耐高溫特性不應(yīng)低于180 ℃，綁扎帶也應(yīng)使用耐高溫型。

2 溫控器及冷卻風(fēng)機

隨著電力設(shè)備制造技術(shù)的不斷發(fā)展，勵磁變本體的運行可靠性已大大提高，但溫控器、冷卻風(fēng)機故障時同樣會影響機組的穩(wěn)定運行。某火電廠勵磁變溫控器采用內(nèi)嵌方式安裝于殼體表面，不能在線更換，勵磁變運行中溫控器故障不能根據(jù)勵磁變本體溫度啟停風(fēng)扇。此外該火電廠勵磁變也發(fā)生過冷卻風(fēng)機運行中故障無法更換導(dǎo)致勵磁變超溫的事件。根據(jù)文獻[3-4]得出溫控器、風(fēng)機回路設(shè)計不當(dāng)同樣會影響勵磁變的穩(wěn)定運行。

2.1 溫控器設(shè)計應(yīng)注意的問題

溫控器宜采用外掛于殼體外部方式安裝，除溫度探頭故障外溫控器其余部件均能在線更換，防止溫控器故障無法修復(fù)時致使變壓器冷卻系統(tǒng)失控。溫控器具有失電告警功能，在變壓器超溫、裝置故障、裝置失電時都能發(fā)送信號至遠方監(jiān)控系統(tǒng)。溫控器能根據(jù)每相繞組及鐵芯的溫度單獨控制該組風(fēng)扇啟停，實現(xiàn)風(fēng)機的分路控制，對外回路接線如圖1所示。

圖1 溫控器對外回路接線示意

2.2 冷卻風(fēng)機回路設(shè)計應(yīng)注意的問題

各冷卻風(fēng)機并聯(lián)運行并使用獨立的電源空開，電源空開配置故障跳閘輔助接點，各輔助接點并聯(lián)后接至遠方監(jiān)控系統(tǒng)，以便運行人員能及時發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)機故障跳閘。每臺風(fēng)機設(shè)置獨立的自動/手動控制旋鈕，冷卻風(fēng)機自動啟停控制回路配套接入溫控器控制風(fēng)扇輸出回路，選擇自動方式時風(fēng)機隨溫控器溫度自動啟停，選擇手動方式時無論溫控器溫度是否超過設(shè)定值風(fēng)機均能啟動，以方便風(fēng)機試運或特殊情況下手動啟動風(fēng)機。冷卻風(fēng)機接線如圖2所示。

圖2 冷卻風(fēng)機接線示意

2.3 冷卻風(fēng)機設(shè)計應(yīng)注意的問題

冷卻風(fēng)機通常采用橫吹式，安裝于勵磁變底部，出風(fēng)口由繞組下部通過間隙吹向繞組上部，以達到對勵磁變散熱的效果，每相繞組至少裝設(shè)兩臺冷卻風(fēng)機，風(fēng)機風(fēng)量應(yīng)能滿足勵磁變散熱要求。為防止冷卻風(fēng)機故障不能在線檢修更換導(dǎo)致變壓器超溫，可采用文獻[3-4]所提出的增加備用風(fēng)機，但需要考慮勵磁變內(nèi)是否有可利用的空間，尤其對于三相一體式勵磁變增加備用冷卻風(fēng)機空間較為緊湊。

冷卻風(fēng)機一般安裝于變壓器底部高低壓兩側(cè)，可考慮將冷卻風(fēng)機設(shè)計為抽屜式：在勵磁變殼體外開孔洞，利用角鋼等制作可拉伸式軌道，正常運行時將風(fēng)機抽屜用螺絲固定封堵，風(fēng)機檢查或故障更換時將風(fēng)機抽屜抽出，接線端子布置在便于拆接線的空間。此種設(shè)計可不考慮勵磁變殼體內(nèi)空間問題，同時有效解決風(fēng)機故障導(dǎo)致勵磁變超溫的問題，但要特別注意風(fēng)機距帶電部分的安全距離，防止在線更換風(fēng)機時造成檢修人員觸電。

3 結(jié)束語

勵磁系統(tǒng)作為機組的重要組成部分，其勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁整流柜均為冗余設(shè)計，但考慮勵磁變運行的可靠性，一般只配置一臺。根據(jù)上文所述生產(chǎn)現(xiàn)場實際運行情況，勵磁變配套用電流互感器、溫控器、冷卻風(fēng)機等故障時均會不同程度影響機組的安全穩(wěn)定運行甚至直接導(dǎo)致機組非計劃停運。

文中從現(xiàn)場實際發(fā)生的問題出發(fā)，對電流互感器及二次回路、溫控器、冷卻風(fēng)機及控制回路的設(shè)計選型提出了相應(yīng)的建議，可供同行參考。