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一.簡介
通常接于發(fā)電機(jī)出口端，因發(fā)電機(jī)出口電壓較高，而勵磁系統(tǒng)額定電壓較低，故需一個降壓變壓器。
發(fā)電機(jī)用勵磁變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，是自并勵機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提，是發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電、滿負(fù)荷發(fā)電的先決條件，是勵磁系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。
勵磁系統(tǒng)所需電功率由發(fā)電機(jī)出口取得，勵磁變壓器的作用是將發(fā)電機(jī)出口電壓（22kV）降為電力可控硅的輸入電壓（850 V）、在發(fā)電機(jī)機(jī)端和勵磁繞組之間提供電氣隔離，同時(shí)也用作電力可控硅的整流阻抗。
二.勵磁變壓器的形式及特點(diǎn)
勵磁變壓器，按絕緣方式劃分主要有四種型式
（1）環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。
（2）無堿玻璃纖維纏繞浸干式變壓器。
（3）MORA型干式變壓器。
（4）油浸變壓器。
油浸變壓器是傳統(tǒng)變壓器，目前逐步被干式變壓器所代替。
干式變壓器具有防火、防爆及環(huán)保性能優(yōu)越等特點(diǎn)，成為勵磁變壓器主流應(yīng)用。
世界上第一臺環(huán)氧干式變壓器由西德AEG公司于1964年制造。
環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器的特點(diǎn)：
（1）絕緣強(qiáng)度高，澆注用環(huán)氧樹脂具有18～22kV/mm的絕緣擊穿場強(qiáng)，且與電壓等級相同的油浸變壓器具有大致相同的雷電沖擊強(qiáng)度。
（2）抗短路能力強(qiáng)。
（3）防災(zāi)性能突出，環(huán)氧樹脂阻燃并能自行熄滅，不致引發(fā)爆炸。
（4）環(huán)境性能優(yōu)越，環(huán)氧樹脂防潮、防塵，可以在惡劣環(huán)境條件下運(yùn)行。
（5）維護(hù)工作量小。
（6）運(yùn)行損耗低，運(yùn)行效率高，噪聲低。
（7）體積小，重量輕，安裝調(diào)試方便
MORA型干式變壓器的特點(diǎn)如下：
（1）MORA型干式變壓器是近十年來德國MORA變壓器廠為適應(yīng)環(huán)保新概念和應(yīng)用新工藝、新材料而開發(fā)的新型變壓器。
（2）MORA型干式變壓器高壓繞組分層扁繞在絕緣性能良好的陶瓷絕緣支架上。高低壓繞組以及繞組之間縱向及橫向均有冷卻風(fēng)道，變壓器具有良好的短時(shí)過載及抗短路能力。
（3）MORA型干式變壓器在真空狀態(tài)下對繞組進(jìn)行浸復(fù)合絕緣漆再進(jìn)行烘干，工藝簡單。
（4）變壓器繞組絕緣由玻璃纖維或NOMEX紙構(gòu)成，達(dá)到F或H級絕緣水平。
（5）MORA型具有良好的阻燃特性。
（6）MORA型在失效后可拆卸。繞組材料可循環(huán)再利用。
（7）MORA型無須澆注設(shè)備與模具，初期投資可以大為節(jié)省，產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活性較大。
（8）MORA型運(yùn)行維護(hù)工作量稍大，修理相對容易。
目前，歐洲及亞洲使用環(huán)氧樹脂澆注式變壓器居多，美國使用MORA型較多。
環(huán)氧樹脂澆注干式基準(zhǔn)沖擊水平可達(dá)250kV，MORA型為150kV。
環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器最大容量可達(dá)20MVA，MORA型僅能達(dá)到8～10MVA。 [1]
三.勵磁變壓器的一般要求
采用自并勵勵磁方式的發(fā)電機(jī)，其勵磁電源的勵磁功率整流器由勵磁變壓器供電。勵磁變壓器的高壓側(cè)通常接于發(fā)電機(jī)機(jī)端母線，低壓側(cè)接晶閘管三相全控橋式整流器，勵磁功率欄流器的負(fù)載為有很人電感、對地絕緣的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)予。勵磁變壓器負(fù)載及接線的特點(diǎn)，以及電網(wǎng)和電廠對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的特定要求，使自并勵的水輪發(fā)電機(jī)勵磁變壓器工作條件及技術(shù)要求與一般應(yīng)用的電力變壓器并不完全相同，主要包括如下方面。
（1）勵磁變壓器繞組電流為非正弦電流，變壓器的設(shè)計(jì)需要考慮繞組中諧波電流的影響。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)問常數(shù)通常為若干秒級，敝勵磁功率整流裝置晶閘管電流及交流側(cè)（即勵磁變低壓側(cè)）線電流均呵看作為矩形波，存在著基波分量和諧波分量，諧波電流將增加變壓器的銅損和鐵損，并使發(fā)電機(jī)端電壓波形畸變。故勵磁變壓器設(shè)計(jì)與制造時(shí)需要考慮變壓器繞組諧波電流的影響，包括變壓器的鐵芯磁密、容量、過負(fù)荷能力等均需要對諧波電流的影響進(jìn)行考慮。諧波電流將可能引起變壓器運(yùn)行的諧波噪聲，故在鐵芯與繞組的結(jié)構(gòu)及機(jī)械強(qiáng)度上，需要考慮降低諧波噪聲的措施。
（2）作為氳接接到發(fā)電機(jī)機(jī)端的勵磁變壓器，需按發(fā)電機(jī)端電氣設(shè)備的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照GB 1094.1《電力變壓器第1部分總則》的要求，在發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)，變壓器與發(fā)電機(jī)相連的端子上，應(yīng)能承受1.4倍額定電壓，歷時(shí)5s。通常尚要求在發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為1.3倍額定電壓的過電壓下運(yùn)行60s。勵磁變壓器應(yīng)能在110%額定電壓下長期連續(xù)運(yùn)行。
（3）勵磁變壓器低壓繞組額定電壓應(yīng)按滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵時(shí)的勵磁頂值電壓要求進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵時(shí)，對勵磁功率整流器的輸出電壓有最高要求，為發(fā)電機(jī)勵磁頂值電壓。勵磁頂值電壓按發(fā)電機(jī)所在的電力系統(tǒng)要求選取。
（4）變壓器容鼉應(yīng)能滿足發(fā)電機(jī)長期連續(xù)運(yùn)行所要求的勵磁能力，在發(fā)電機(jī)勵磁電流和電壓為發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下勵磁電流和電壓的1.1倍時(shí)，能長期連續(xù)運(yùn)行。
（5）勵磁變壓器的過載能力應(yīng)能滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵的勵磁容量及持續(xù)時(shí)間的要求。勵磁變壓器在發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵磁時(shí)，發(fā)電機(jī)在勵磁頂值電壓下運(yùn)行，勵磁電流的穩(wěn)態(tài)值也為勵磁頂值電流。此時(shí)勵磁功率對勵磁變壓器的負(fù)載能力有最高要求。
（6）勵磁變壓器高壓、低壓繞組間需設(shè)置靜電隔離屏蔽并接地。在變壓器投入和高壓側(cè)暫態(tài)過電壓時(shí)，通過勵磁變壓器高壓、低壓繞組間的分布電容，在勵磁變壓器低壓繞組上將產(chǎn)生過電壓。為減少此時(shí)勵磁變壓器低壓側(cè)的過電壓，在勵磁變壓器高壓、低壓繞組之間需設(shè)置靜電屏蔽并與變壓器鐵芯一起接地，以避免過電壓威脅勵磁功率整流器的安全。靜電屏蔽尚可減少變壓器低壓繞組的高次諧波及過電壓對高壓繞組及電網(wǎng)的影響，提高勵
四.磁變壓器的電磁兼容性。
除此以外，勵磁變壓器作為電力變壓器的一種應(yīng)用類別，尚需滿足一般電力變壓器的技術(shù)要求。主要包括下列方面：
（1）運(yùn)行溫升及絕緣耐熱等級。
（2）承受短路能力。
（3）絕緣水平。
（4）對輔助設(shè)備的沒置要求，包括電流互感器、溫度監(jiān)視設(shè)備等。
（5）其他，如噪聲水平、局部放電水平、三相對稱性。
五.實(shí)際工程應(yīng)用對勵磁變壓器尚有一些與工程相關(guān)的技術(shù)要求，如：
（1）勵磁變壓器類型及結(jié)構(gòu)。
（2）組裝方式及防護(hù)等級。
（3）在電廠現(xiàn)場的安裝方式及要求，包括與發(fā)電機(jī)母線的連接等。
為方便運(yùn)輸，或適宜與發(fā)電機(jī)離相封閉母線相連接，大型發(fā)電機(jī)勵磁變壓器通常采用單相變壓器組成三相變壓器組的結(jié)構(gòu)方式，并要求單相變壓器有相同的結(jié)構(gòu)和良好的互換性。
六.勵磁變壓器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
以下以環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器為例介紹。
鐵心
鐵心是變壓器的磁路，由硅鋼片及夾緊裝置等組成。鈣心材質(zhì)采用優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒配向硅鋼片，45°全斜接縫結(jié)構(gòu)心棒用絕緣帶傘扎，表面用特殊樹脂密封。鐵心必須是點(diǎn)接地，否則會形成環(huán)流增大損耗。變壓器的空載損耗主要是鐵心的損耗。
降低變壓器的空載損耗主要措施：
①降低變壓器鐵心創(chuàng)磁密；
②選取優(yōu)質(zhì)鐵心硅鋼片材料；
③減少鐵心片厚度
④采用全斜接縫結(jié)構(gòu)。
繞組
繞組是干式變壓器的最重要組成部分，主要由導(dǎo)線（鋅線）和絕緣結(jié)構(gòu)（樹脂）組成。
繞組的結(jié)構(gòu)決定額定容量、額定電壓和使用條件等。
變壓器的負(fù)載損耗由電阻損耗及繞組導(dǎo)線中的附加損耗等構(gòu)成。繞組計(jì)算應(yīng)滿足以下要求：
（1）電氣強(qiáng)度。繞組絕緣必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或用戶要求的工頻、雷電沖擊試驗(yàn)電壓要求，并留有一定裕度。
（2）耐熱強(qiáng)度。在負(fù)載運(yùn)行情況下，繞組溫升不允許超過絕緣材料耐熱等級所規(guī)定的溫升限值。
（3）機(jī)械強(qiáng)度。干式變壓器繞組在短路電流作用下所產(chǎn)生的電動力將使繞組位移以及短路阻抗變化，二者應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
對于澆注干式變壓器。高壓繞組用樹脂在模具內(nèi)澆注，低壓繞組端部用樹脂封裝。
繞組材質(zhì)主要是銅材和鋁材。根據(jù)樹脂體系和導(dǎo)電材料本身的物理性質(zhì)，玻璃纖維絲填充的樹脂體系的熱膨脹系數(shù)與銅的熱膨脹系數(shù)相近，故玻璃纖維絲填充的干式變壓器多用銅導(dǎo)體。硅微粉填充的樹脂體系的熱膨脹系數(shù)與鋁的熱膨脹系數(shù)相近，故硅微粉填充的干式變壓器多用鋁導(dǎo)體。鋁繞組干式變壓器存在機(jī)械強(qiáng)度差、對焊接質(zhì)量要求高等不足。
用于變壓器繞組的導(dǎo)體主要有兩大類：線形和箔形。
繞組型式主要有層式繞組和箔式繞組。
高壓繞組線繞技術(shù)成熟，絕緣質(zhì)量可靠，自動化程度高，使用率達(dá)70%以上。
低壓箔式繞組工效高，節(jié)省材料，漏磁少，抗短路能力強(qiáng)，使用率在90%以上。
七.勵磁變壓器的選擇
勵磁變壓器就設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)來說，與普通配電變壓器一樣，短路電壓為4%～8%?？紤]到勵磁變壓器必須可靠，強(qiáng)勵時(shí)要有一定的過載能力。且勵磁電源一般不設(shè)計(jì)備用電源，因此宜選用維護(hù)簡單、過載能力強(qiáng)的干式變壓器。若從降低勵磁系統(tǒng)造價(jià)來說，采用油浸變壓器也是可行的。
當(dāng)勵磁變壓器安裝在戶外時(shí)，由變壓器副方到整流橋之間的饋線．由于有電抗壓降，不宜太長，特別是在勵磁電流很大的情況下，這一點(diǎn)必須考慮。還有不宜用單芯鎧裝電纜．而應(yīng)選用橡皮電纜。因?yàn)閱涡炬z裝電纜通以交流電時(shí)，將在鋼甲中感應(yīng)到較高的電壓以及不能忽略的電流，并對通信電纜造成干擾。
①勵磁變壓器性能和接線。應(yīng)明確要求勵磁變壓器具備的性能和接線，如型式、額定容量（滿足勵磁系統(tǒng)要求）、溫升、絕緣耐壓要求、變壓器三相組接線組別、絕緣等級、噪聲水平、局部放電水平。
②技術(shù)要求。明確對勵磁變壓器的詳細(xì)技術(shù)要求，選型中，有的水電廠要求勵磁變壓器選用國內(nèi)知名廠家的產(chǎn)品。
③對采用電氣制動停機(jī)的機(jī)組，需明確勵磁變壓器是否兼作制動變壓器。
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