励磁变附件设计选型优化

杨 奇，罗 敏

(1.山西潞光发电有限公司，山西 长治 046699；2.京能集团山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021)

0 引言

近年来电力系统快速发展，发电机单机容量从300 MW，600 MW增长到1 000 MW，励磁系统给发电机转子提供励磁电流，转子在原动机驱动下旋转形成旋转磁场切割发电机定子绕组，定子绕组产生感应电动势，为电力系统提供电能，因此励磁系统在发电厂尤为重要。励磁系统发生故障时轻则造成机组停运，重则会造成设备损坏，因此对其安全稳定运行提出了更高的技术要求。励磁系统用变压器(以下简称励磁变)作为励磁系统的重要组成部分，其配套电流互感器及二次回路、温控器、风机故障时都会直接或间接造成励磁系统故障。在励磁变选型时通常对变压器本体提出技术要求而忽略对配套附属设备的要求，配套附属设备因制造厂家不同质量参差不齐，针对几例励磁变附属设备运行中出现的问题，对励磁变附属设备设计选型提出了建议。

1 电流互感器及其二次回路

电流互感器的安装环境温度、海拔高度、震动或地颤需满足国家标准GB 20840.1《互感器 第1部分：通用技术条件》的规定，实际使用条件不满足要求时，应根据现场实际条件设计。电流互感器的连续热电流、短时热电流、额定动稳定电流应满足励磁变短路电流计算得出的最大负荷电流和短路电流工况的要求。电流互感器一次电压、一次电流及二次参数等的选取应满足DL/T 866—2015《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》的要求。

励磁变多选用空气冷却环氧树脂干式变压器且处于封闭壳体内，绝缘等级无论选用F还是H，实际运行中励磁变均处于高负荷运行状态，根据某电厂F级绝缘励磁变95 ℃启动风扇、75 ℃停止风扇的设定值，励磁变绕组及铁芯正常运行中温度为80～90 ℃。因此励磁变配套的互感器、二次回路设计选型时应充分考虑励磁变壳体内的实际温度。

某火电厂励磁变电流互感器二次电缆从接线端子引出后沿励磁变铁芯上表面穿PVC管布置，至保护测控装置的端子排直接安装在励磁变底部支架冷却风机旁。机组停运时维护人员对二次回路常规检查中发现电缆绝缘老化严重，电缆表面绝缘呈开裂状，存在严重的安全隐患。另一火电厂励磁变电流互感器二次接线端子朝向铁芯处，引出二次电缆距离铁芯约2 cm，存在同样的安全隐患。参考文献[2]励磁变低压侧电流互感器二次电缆用尼龙扎带绑扎，尼龙扎带受热老化断裂，电缆松动与励磁变高压侧绕组接触，高压绕组对二次电缆铠装放电，造成励磁变高压绕组一相接地，引发发电机定子接地保护动作。

综合上述情况，应在励磁变低压侧壳体外部装设电流互感器端子箱，以将互感器二次电流经端子箱引接至保护测控装置。互感器二次接线端子应布置在远离铁芯一侧，二次布线应与铁芯、高低压绕组及引出铜排保持一定的安全距离，二次布线宜使用穿管固定，防止振动或者绑扎带断裂等原因造成二次电缆晃动。互感器二次电缆应采用耐高温型，对F级绝缘变压器电缆耐高温特性不应低于155 ℃，对H级绝缘变压器电缆耐高温特性不应低于180 ℃，绑扎带也应使用耐高温型。

2 温控器及冷却风机

随着电力设备制造技术的不断发展，励磁变本体的运行可靠性已大大提高，但温控器、冷却风机故障时同样会影响机组的稳定运行。某火电厂励磁变温控器采用内嵌方式安装于壳体表面，不能在线更换，励磁变运行中温控器故障不能根据励磁变本体温度启停风扇。此外该火电厂励磁变也发生过冷却风机运行中故障无法更换导致励磁变超温的事件。根据文献[3-4]得出温控器、风机回路设计不当同样会影响励磁变的稳定运行。

2.1 温控器设计应注意的问题

温控器宜采用外挂于壳体外部方式安装，除温度探头故障外温控器其余部件均能在线更换，防止温控器故障无法修复时致使变压器冷却系统失控。温控器具有失电告警功能，在变压器超温、装置故障、装置失电时都能发送信号至远方监控系统。温控器能根据每相绕组及铁芯的温度单独控制该组风扇启停，实现风机的分路控制，对外回路接线如图1所示。

图1 温控器对外回路接线示意

2.2 冷却风机回路设计应注意的问题

各冷却风机并联运行并使用独立的电源空开，电源空开配置故障跳闸辅助接点，各辅助接点并联后接至远方监控系统，以便运行人员能及时发现冷却风机故障跳闸。每台风机设置独立的自动/手动控制旋钮，冷却风机自动启停控制回路配套接入温控器控制风扇输出回路，选择自动方式时风机随温控器温度自动启停，选择手动方式时无论温控器温度是否超过设定值风机均能启动，以方便风机试运或特殊情况下手动启动风机。冷却风机接线如图2所示。

图2 冷却风机接线示意

2.3 冷却风机设计应注意的问题

冷却风机通常采用横吹式，安装于励磁变底部，出风口由绕组下部通过间隙吹向绕组上部，以达到对励磁变散热的效果，每相绕组至少装设两台冷却风机，风机风量应能满足励磁变散热要求。为防止冷却风机故障不能在线检修更换导致变压器超温，可采用文献[3-4]所提出的增加备用风机，但需要考虑励磁变内是否有可利用的空间，尤其对于三相一体式励磁变增加备用冷却风机空间较为紧凑。

冷却风机一般安装于变压器底部高低压两侧，可考虑将冷却风机设计为抽屉式：在励磁变壳体外开孔洞，利用角钢等制作可拉伸式轨道，正常运行时将风机抽屉用螺丝固定封堵，风机检查或故障更换时将风机抽屉抽出，接线端子布置在便于拆接线的空间。此种设计可不考虑励磁变壳体内空间问题，同时有效解决风机故障导致励磁变超温的问题，但要特别注意风机距带电部分的安全距离，防止在线更换风机时造成检修人员触电。

3 结束语

励磁系统作为机组的重要组成部分，其励磁调节器、励磁整流柜均为冗余设计，但考虑励磁变运行的可靠性，一般只配置一台。根据上文所述生产现场实际运行情况，励磁变配套用电流互感器、温控器、冷却风机等故障时均会不同程度影响机组的安全稳定运行甚至直接导致机组非计划停运。

文中从现场实际发生的问题出发，对电流互感器及二次回路、温控器、冷却风机及控制回路的设计选型提出了相应的建议，可供同行参考。