火電廠發變組接線方式的主變壓器過勵磁問題分析

韓 赫 王曉鳳

（華電漯河發電有限公司，河南 漯河 462000）

0 前言

為滿足人們日益升高的用電需求，我國火力發電廠的發電規模也在不斷擴大，伴隨著發電容量的上升，發電電壓也在逐漸增加，因此在發電機組一般不再設置電壓母線，而是采用發電機與雙繞組變壓器連接成的發變組接線，這種連線方式雖然滿足了更高的發電需求，但同時也增加了主變壓器出現過勵磁問題的發生概率，因此有必要針對火力電廠發變組接線方式的主變壓其過勵磁問題進行分析，對于減少過勵磁危害，推動我國火力發電進一步發展具有重要的意義。

1 發電機勵磁系統

發電機勵磁系統一般是指的是供給同步發電機勵磁電流的電源及其附屬設備的統稱，主要由2個部分構成，即勵磁功率單元與勵磁調節器，它們二者負責不同的功能，其中勵磁功率單元負責向同步發電機轉子提供勵磁電流，勵磁調節器則是以輸入信號與給定的調節準則為依據，對勵磁功率單元的輸出加以控制。其中對于勵磁系統的自動勵磁調節器來說，其在促進電力系統并聯機組的穩定性方面起著重要的作用。特別是當前隨著現代電力系統的不斷發展，存在有機組穩定極限降低的趨勢，但也不斷推動著勵磁技術不斷進步。同步發電機作為一種最為常用的交流發電機，在火力電廠、水力電廠、核能電廠發電應用較為廣泛，其勵磁系統主要由功率單元和調節器（裝置）兩大部分組成（如圖1所示）。

由勵磁調節器、勵磁功率單元和發電機本身一起組成的整個系統稱為勵磁系統控制系統。勵磁系統是發電機的重要組成部分，它對電力系統及發電機本身的安全穩定運行有著較為重要的影響意義，發電機勵磁系統在發電過程中主要起到6點作用。一是以發電機負荷的變化為依據，對勵磁電流進行調節控制，以保證機端電壓始終為給定值；二是如果各發電機并列運行，其可以對各發電機間無功功率進行合理分配；三是促進發電機并列運行的靜態穩定性得到有效提升；四是可以提升發電機并列運行的暫態穩定性；五是一旦發電機內部出現故障，可以借助發電機勵磁系統進行滅磁處理，從而使因故障造成的損失降至最低；六是能夠結合實際發電機運行要求，對其實施最大勵磁限制及最小勵磁限制。

圖1 同步發電機勵磁系統

2 變壓器過勵磁產生的原因

變壓器過勵磁產生原因可概括為以下幾點：一是在發電過程中，系統與發變組比列之前，受人為操作失誤影響，為發電機加的勵磁電流過大，最終依法變壓器出現過勵磁問題。

3 變壓器過勵磁帶來的危害

變壓器過勵磁簡單來說即是變壓器的磁通密度增大，從而導致變壓器勵磁電流增大，從而產生變壓器過勵磁。變壓其的感應電動勢E可用下式表示：E=4.44fNSB×10-4，若忽略繞漏阻抗上的壓降時，那么E≈U，其中U指的是變壓器電壓，那么磁感應強度B（工作磁通密度）可用下列式子表示：B=K×U/f，即說明電壓頻率比U/f與磁感應強度B成正比。若電壓與頻率下降，磁感應強度B便會增加。一般火力發電廠大型電力變壓器的鐵芯都是采用冷軋硅鋼片，磁化特性曲線展現并不“圓滑”，因此當電壓頻率比增加時，相應的勵磁電流便會增大，尤其是在鐵芯飽和后，會導致勵磁電流呈現劇烈增大趨勢，造成變壓器過勵磁。

當鐵芯處于飽和狀態時，鐵芯的損耗也會隨之增加，相應溫度也會逐漸增大，在勵磁電流急劇增大的情況下，相應漏磁就會增多，對于周圍的影響也會逐漸變大，主要表現為在磁場的作用下，會在離鐵芯比較近的金屬構件、繞組導線等產生渦流損耗，并使其發熱，引發高溫，若過勵磁較為嚴重，引發的高溫甚至會對周圍的絕緣質造成損傷、變形等問題。另一方面，由于過勵磁的勵磁電流并不是標準的正弦波，而是呈尖頂狀波形，除此之外，還會受到其他奇次諧波的影響，由于頻次損耗與渦流損耗和頻率的平方呈正比，因此會進一步加重發熱，對于變壓器造成不同程度的損害。事實上，變壓器在每次出現過勵磁時，受變壓器自身具備一定承受過勵磁能力的影響，并不會對其自身產生較為明顯的傷害，但積少成多，若變壓器出現過勵磁次數過多時，會進一步加速變壓器絕緣老化，從而縮短變壓器的使用壽命。由于當前活力發電廠變壓器在額定工作時一般具備較強的磁感應強度，很容易在發電過程中產生過勵磁問題，因此采取有效措施避免變壓器產生過勵磁是十分有必要的。

4 避免變壓器產生過勵磁措施

為了有效避免在發電過程中變壓器產生過勵磁，應采取以下幾種措施：一是在啟動發電機組時，需要注意控制好汽輪機轉速，若汽輪機沒有達到并定速至3 000 r/min，嚴禁對發電機進行升壓操作，與此同時，也不能閉合滅磁開關，以避免由于低頻問題，導致變壓器出現過勵磁問題；二是在對發電機進行升壓操作的過程中，應注意控制好發電機定子電壓、勵磁電壓、勵磁電流之間的關系，以免出現表計卡澀、測量回路斷線等問題，導致勵磁電流出現誤加，從而引起過勵磁問題；三是當發變組處于正常的運行狀態時，應認真做好對無功負荷、勵磁電流及勵磁電壓的監視工作，以免出現無功過負荷。尤其是在AVC投入的情況下，更要避免出現無功過負荷問題，以免造成嚴重的過勵磁問題。若發現存在無功過負荷，需要立即解列AVC，促使無功過負荷得到有效的緩解與降低，將無功過負荷控制在規定允許范圍之內；四是當發電機組因事故出現跳閘時，應注意對滅磁開關進行檢查，查看其是否跳開，若滅磁開關沒有跳開，應立即手動拉開滅磁開關；若滅磁跳閘回路出現了故障問題，應立即進行手動捅跳操作，避免出現過勵磁問題；五是在機組正常運行的過程中如果出現了強勵誤動問題，應及時做好勵磁調節器的調節，改變其自動運行狀態，使其變為手動運行。正常運行過程中在對發電機電壓進行調整時，應注意做好加、減勵磁的控制，保證其控制方向正確，防止錯誤調整引發過勵磁問題。六是當發電機組停機解列時，應先做好勵磁調節器調節，改自動為手動，防止在發電機組解列過程因轉速（頻率）下降，出現過勵磁問題。

5 結語

變壓器過勵磁在我國火力發電廠發電過程中較為常見，基于其具備的危害性，需要提高對過勵磁問題的重視程度，明確其發生原因，了解其存在的危害，并在日常火力發電過程中，采取有效的措施盡量避免出現過勵磁問題，使我國火力發電實現平穩順利的發展。