某水電廠改造后勵磁變壓器的選型計算

賀晨

（國網湖南省電力公司常德供電分公司 湖南常德 415000）

某水電廠改造后勵磁變壓器的選型計算

賀晨

（國網湖南省電力公司常德供電分公司 湖南常德 415000）

勵磁變壓器在勵磁系統改造后的計算選型存在一定的困難，本文通過對某水電廠改造后勵磁變壓器進行選型計算，詳細闡明了勵磁變壓器選型計算的詳細步驟。

勵磁變壓器；選型計算

引言

勵磁變壓器是給發電機轉子提供電源的裝置，在自并勵勵磁系統中占有重要地位，其容量選型對勵磁系統正常情況下以及極端情況下的工作有重要影響。本文針對某水電廠勵磁改造后的工況下新采用的勵磁變壓器進行計算，得出勵磁變壓器各關鍵參數的取值范圍，為實際選型提供可供參考的依據。

1 勵磁變壓器計算

1.1 發電機及勵磁系統參數

在自并勵勵磁系統中，勵磁變壓器勵磁繞組連接發電機機端與發電機轉子，變換機端電壓給勵磁系統功率柜，通過勵磁系統對功率柜晶閘管的控制為發電機轉子提供直流電能，在此過程中勵磁變壓器勵磁繞組將母線的高壓變換為功率柜晶閘管可以承受的低壓，將交流側的電能轉化為直流側的電能。勵磁變壓器勵磁繞組是保證勵磁系統穩定工作的重要器件。某水電廠改造中發電機工況發生了變化，因此需要根據變化后工況進行勵磁容量的計算，保證各個情況下勵磁變壓器均能滿足運行需求。本文考查的發電機參數如表1所示。

表1 發電機參數

1.2 勵磁變壓器二次電壓的計算

對勵磁變壓器的選型計算必須依據相應的標準規范，并要考慮到勵磁系統在各種工況下的性能要求。

勵磁變壓器二次側額定線電壓計算公式為：

式中：左側為勵磁系統最大輸入直流電壓；右側為各項負載電壓之和；k為發電機端電壓降至額定電壓的倍數，可取0.8；U2N為勵磁變壓器二次側空載額定線電壓；αmin為可控硅最小觸發角，假設計算中取10°；Ufmax=mUfN為勵磁系統強勵電壓，m=1.6；Ifmax=nIfN為勵磁系統強勵電流，n=1.6；Xr為勵磁變壓器短路阻抗有名值，一般銘牌參數提供短路阻抗標幺值Uk，一般范圍為4～15%，廠家計算書中取6%；∑△U為電壓降之和，包括導通兩臂的硅元件正向壓降、匯流導線電阻壓降及轉子滑環與碳刷間的壓降。

通常勵磁變銘牌并不提供Xr，而是提供變壓器短路阻抗標幺值Uk，兩者的折算關系式為：

根據額定運行時，額定勵磁電流與勵磁變額定電流之間的關系為：I2N=0.816IfN

當機端電壓降至額定電壓的k倍時，要求提供n倍額定勵磁電流時，勵磁電壓要能夠達到額定勵磁電壓的m倍，因此U2N的范圍計算公式為：

代入參數為：

因此，所選擇勵磁變壓器二次側額定電壓應不小于641.2V。

上述公式計算的勵磁變壓器二次電壓能滿足發電機強勵狀態下的運行要求，工程實際中，勵磁變壓器一般需滿足廠用電為他勵電源的1.1倍額定定子電流短路試驗和1.3倍空載升壓試驗的要求。但是此水電廠是采用三圈變中制動變壓器進行短路試驗，勵磁變壓器進行空載試驗。因此需要核算自并勵時勵磁變壓器是否能滿足1.3倍空載升壓試驗的要求，實際上0.8U2N時已經滿足了1.6倍額定勵磁電壓和1.6倍額定勵磁電流的要求，當機端升至1.3U2N時，更能滿足要求，因此，勵磁變壓器二次側額定電壓為641.2V時可滿足空載試驗要求。

如勵磁變壓器二次側額定電壓為700V，當額定空載時，控制角公式為：

此時k=1，表明發電機端是額定電壓；m=1，表明轉子端電壓是額定勵磁電壓；，空載勵磁電流與額定勵磁電流的比值；α=77.88°代入公式計算得。額定負載時α=62.65°。

負載情況下，勵磁控制角在合理的范圍之內，不會存在晶閘管整流系統勵磁時長期處于被深控的狀態，而導致波形畸變增大，功率因數變差，故障的短路電流變大的問題。

1.3 勵磁變壓器的容量

考慮變壓器的諧波損耗，取勵磁變壓器的容量為發電機額定運行時變壓器容量的1.1倍。可得勵磁變壓器勵磁繞組容量為：

如采用800kVA容量的變壓器是留有一定的用量的，是合適的。因此最終確定勵磁變壓器參數額定容量為800kVA，額定一次/二次電壓變比為10500V/700V。

2 結束語

本文針對某水電廠改造后的運行工況，對勵磁變壓器進行了變比及容量方面的參數計算，計算中對晶閘管的換相壓降進行了考慮，并計及了交流側及直流側電流存在的固定關系。本文勵磁變壓器參數計算方法對勵磁系統改造后的設計工作有一定的參考價值。

TV734

A

1004-7344（2016）35-0138-01

2016-10-12

賀晨（1988-），女，主要從事新能源項目管理工作。