王日升,王 鵬
(1.國家電投集團(tuán)遼寧東方發(fā)電有限公司,遼寧 撫順 113007;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司,遼寧 沈陽 110003)
21世紀(jì)以來,隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,電力需求急速增加,大型火電機(jī)組增長較快,300 MW、600 MW機(jī)組已成為我國各大電網(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勵磁的可能,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)主變開關(guān)一旦與系統(tǒng)脫離,就會出現(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)和自動勵磁調(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)過勵磁。實(shí)踐證明,我國200 MW以上機(jī)組采用發(fā)變組接線的主變壓器多次發(fā)生過勵磁事件,給變壓器和機(jī)組的安全運(yùn)行帶來不利影響。為了防止采用發(fā)變組接線的主變壓器產(chǎn)生過勵磁,對變壓器過勵磁的危害、產(chǎn)生原因及避免措施進(jìn)行如下分析。
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(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。
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(kuò)散到周圍空間去,使漏磁場增強(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)重時會造成局部變形并損傷周圍絕緣介質(zhì)[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(fā)熱是相當(dāng)嚴(yán)重的,對絕緣介質(zhì)的損害也非常嚴(yán)重。對于一些大型變壓器,當(dāng)工作磁通密度達(dá)1.3~1.4倍額定值時,勵磁電流的有效值可達(dá)到變壓器的額定電流值,因此對大型變壓器的影響十分嚴(yán)重??傊?,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(shù)高,持續(xù)時間長,將使變壓器受到損害。如果過勵磁倍數(shù)不高,持續(xù)時間也不長,但反復(fù)出現(xiàn)過勵磁,將使變壓器絕緣老化,降低絕緣使用壽命,對設(shè)備造成隱患[3]。
a. 發(fā)變組與系統(tǒng)并列之前,由于錯誤操作,給發(fā)電機(jī)加以過大的勵磁電流,導(dǎo)致變壓器過勵磁。例如國內(nèi)某機(jī)組在并網(wǎng)時,由于電壓互感器熔絲熔斷,值班員判斷錯誤,誤將勵磁調(diào)至頂值,使變壓器過勵磁達(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)升壓過程中,一定要密切注意發(fā)電機(jī)的定子電壓與勵磁電流、勵磁電壓的關(guān)系,掌握其空載特性[4]。
b. 在發(fā)電機(jī)組啟動過程中,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)因低頻而過勵磁。因此運(yùn)行人員在并網(wǎng)操作時,轉(zhuǎn)子沒有達(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)子加勵磁,緩慢將發(fā)電機(jī)電壓加至額定值。
c. 事故時發(fā)變組出口斷路器跳開,汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉,發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)拒動未跳開。事故前由于發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)處于自動狀態(tài),當(dāng)主汽門關(guān)閉,原動機(jī)減速,自動勵磁調(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勵磁。
d. 發(fā)變組出口斷路器跳閘后,汽輪機(jī)主汽門沒有關(guān)閉,若滅磁開關(guān)拒動且勵磁調(diào)節(jié)器失靈或手動控制未及時調(diào)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(shù)可能達(dá)1.3倍以上,如不及時采取適當(dāng)措施,可能持續(xù)很長時間。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,變壓器的過勵磁將十分嚴(yán)重[5]。實(shí)際上,發(fā)變組正常情況下甩負(fù)荷,也要引起過勵磁,因?yàn)閯畲耪{(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上升使變壓器過勵磁,但這種過勵磁持續(xù)時間較短,變壓器的允許過勵磁倍數(shù)應(yīng)高于正常甩負(fù)荷時的過勵磁倍數(shù),通常這種情況是允許的。一般規(guī)定允許勵磁時間不超過20 s,發(fā)電機(jī)電壓不得高于額定電壓的110%。
a. 機(jī)組啟動過程中汽輪機(jī)未定速至3 000 r/min,嚴(yán)禁發(fā)電機(jī)升電壓,且滅磁開關(guān)不允許合上,以避免變壓器因低頻而過勵磁。
b. 發(fā)電機(jī)升壓過程中應(yīng)密切查看發(fā)電機(jī)定子電壓、勵磁電流、勵磁電壓之間的關(guān)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(fā)變組正常運(yùn)行時,認(rèn)真監(jiān)視無功負(fù)荷、勵磁電流及勵磁電壓,不允許無功過負(fù)荷。特別是在AVC投入的情況下更要注意,一旦發(fā)現(xiàn)無功過負(fù)荷,立即解列AVC降無功負(fù)荷,將無功控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
d. 機(jī)組事故跳閘時要注意檢查滅磁開關(guān)是否跳開,無論何種情況,如滅磁開關(guān)未跳開,應(yīng)立即手動拉開滅磁開關(guān),若滅磁跳閘回路故障,應(yīng)立即手動捅跳。
e. 正常運(yùn)行時若強(qiáng)勵誤動,應(yīng)立即將勵磁調(diào)節(jié)器由自動切至手動運(yùn)行。正常運(yùn)行中調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓時,應(yīng)注意加、減勵磁方向正確,防止反方向調(diào)整造成過勵磁或失步。
f. 發(fā)電機(jī)停機(jī)解列時,應(yīng)先將勵磁調(diào)節(jié)器由自動改為手動,防止因轉(zhuǎn)速下降而出現(xiàn)過勵磁。
變壓器過勵磁是火電廠發(fā)變組接線升壓變壓器容易出現(xiàn)的問題,而且對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)生過勵磁。
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.勵磁涌流引起勵磁調(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.