Biến áp kích thích máy phát điện

Một. Giới thiệu

Thông thường kết nối với đầu ra của máy phát điện, vì điện áp đầu ra của máy phát điện cao hơn, và điện áp định mức của hệ thống kích thích thấp hơn, do đó cần một máy biến áp giảm.

Hoạt động an toàn và ổn định của máy biến áp kích thích cho máy phát điện là điều kiện tiên quyết để tự động kích thích hoạt động an toàn và ổn định của đơn vị. Nó là điều kiện tiên quyết để tạo ra điện ổn định cho bộ máy phát điện và phát điện hết công suất. Nó là chìa khóa cho hoạt động đáng tin cậy của hệ thống kích thích.

Công suất điện cần thiết cho hệ thống kích thích thu được từ đầu ra của máy phát điện, vai trò của máy biến áp kích thích là giảm điện áp đầu ra của máy phát điện (22kV) xuống điện áp đầu vào của điện điều khiển điện (850 V), cung cấp cách ly điện giữa đầu máy phát điện và cuộn dây kích thích, đồng thời cũng được sử dụng làm trở kháng chỉnh lưu của điện điều khiển.

Hai. Hình thức và tính năng của máy biến áp kích thích

Máy biến áp kích thích, theo cách cách điện, chủ yếu có bốn loại

(1) Máy biến áp loại khô đổ nhựa epoxy.

(2) Alkali miễn phí sợi thủy tinh quấn khô ngâm máy biến áp.

(3) Máy biến áp loại khô MORA.

(4) Biến áp ngâm dầu.

Máy biến áp ngâm dầu là máy biến áp truyền thống, hiện đang dần được thay thế bằng máy biến áp khô.

Máy biến áp khô có đặc tính chống cháy, chống cháy nổ và bảo vệ môi trường vượt trội, trở thành ứng dụng chính của máy biến áp kích thích.

Một máy biến áp epoxy khô trên thế giới được sản xuất bởi công ty AEG của Tây Đức vào năm 1964.

Các tính năng của máy biến áp khô đổ nhựa epoxy:

(1) Độ bền cách nhiệt cao, nhựa epoxy để đổ có độ bền trường cách nhiệt 18~22kV/mm, và máy biến áp ngâm dầu có cùng cấp điện áp có cường độ va đập sét tương tự.

(2) Khả năng chống ngắn mạch mạnh.

(3) Hiệu suất phòng chống thiên tai nổi bật, nhựa epoxy chống cháy và có thể tự dập tắt, không gây nổ.

(4) Hiệu suất môi trường vượt trội, nhựa epoxy chống ẩm và chống bụi, có thể hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

(5) Khối lượng công việc bảo trì nhỏ.

(6) tổn thất vận hành thấp, hiệu quả vận hành cao, tiếng ồn thấp.

(7) Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ dàng cài đặt và gỡ lỗi

Các tính năng của máy biến áp loại khô MORA như sau:

(1) Máy biến áp loại khô MORA là loại máy biến áp mới được phát triển bởi nhà máy biến áp MORA ở Đức trong gần một thập kỷ để thích ứng với các khái niệm mới về bảo vệ môi trường và ứng dụng các quy trình, vật liệu mới.

(2) MORA loại máy biến áp khô cuộn dây cao áp lớp phẳng quanh co trên giá đỡ cách điện gốm với hiệu suất cách điện tốt. Cuộn dây điện áp cao và thấp cũng như ống dẫn không khí làm mát theo chiều dọc và chiều ngang giữa các cuộn dây, máy biến áp có khả năng chống quá tải và ngắn mạch tốt trong thời gian ngắn.

(3) Máy biến áp loại khô MORA ngâm sơn cách nhiệt composite cho cuộn dây trong điều kiện chân không và sấy khô, quá trình này rất đơn giản.

(4) Cách điện cuộn dây biến áp được làm bằng sợi thủy tinh hoặc giấy NOMEX, đạt mức cách điện loại F hoặc H.

(5) Loại MORA có đặc tính chống cháy tốt.

(6) Loại MORA có thể tháo rời sau khi thất bại. Vật liệu cuộn dây có thể được tái chế và tái sử dụng.

(7) Mô hình MORA không cần phải đổ thiết bị và khuôn, đầu tư ban đầu có thể tiết kiệm rất nhiều, thiết kế sản phẩm linh hoạt hơn.

(8) Loại MORA có khối lượng công việc vận hành và bảo trì lớn hơn một chút và việc sửa chữa tương đối dễ dàng.

Hiện nay, hầu hết các máy biến áp đúc nhựa epoxy được sử dụng ở châu Âu và châu Á, trong khi loại MORA được sử dụng nhiều hơn ở Mỹ.

Epoxy đổ khô mức độ tác động cơ bản lên đến 250kV và loại MORA là 150kV.

Máy biến áp loại khô đúc nhựa epoxy có công suất lớn lên tới 20MVA, loại MORA chỉ có thể đạt 8~10MVA. [1]

Ba. Yêu cầu chung cho máy biến áp kích thích

Máy phát điện sử dụng phương pháp kích thích tự động, bộ chỉnh lưu công suất kích thích của nguồn kích thích của nó được cung cấp bởi máy biến áp kích thích. Phía điện áp cao của máy biến áp kích thích thường được kết nối với thanh cái cuối máy phát điện. Phía điện áp thấp được kết nối với bộ chỉnh lưu cầu điều khiển đầy đủ ba pha thyristor. Tải của thanh dòng điện kích thích là bộ chuyển đổi máy phát điện có điện cảm rất con người và cách điện mặt đất. Các tính năng của tải trọng và hệ thống dây điện của máy biến áp kích thích, cũng như các yêu cầu cụ thể của lưới điện và nhà máy điện đối với hệ thống kích thích máy phát điện, do đó, điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của máy biến áp kích thích tuabin nước không hoàn toàn giống với các ứng dụng chung của máy biến áp điện, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau.

(1) Dòng cuộn dây của máy biến áp kích thích là dòng không sin. Thiết kế của máy biến áp cần xem xét ảnh hưởng của dòng hài trong cuộn dây. Do hằng số hỏi của rôto máy phát điện thường là một số giai đoạn giây, dòng điện thyristor và dòng điện bên AC (tức là bên áp suất thấp của kích thích) đều được xem là sóng hình chữ nhật, tồn tại thành phần sóng cơ bản và thành phần sóng hài, dòng điện hài sẽ làm tăng tổn thất đồng và sắt của máy biến áp, và biến dạng dạng sóng điện áp đầu máy phát điện. Do đó, khi thiết kế và sản xuất máy biến áp kích thích cần phải xem xét ảnh hưởng của dòng điện hài của cuộn dây biến áp, bao gồm mật độ lõi sắt của máy biến áp, công suất, khả năng quá tải, v.v. cần phải xem xét ảnh hưởng của dòng điện hài hòa. Dòng điện hài hòa có thể gây ra tiếng ồn hài hòa hoạt động của máy biến áp, do đó, cấu trúc và độ bền cơ học của lõi và cuộn dây, cần xem xét các biện pháp giảm tiếng ồn hài hòa.

(2) Là một máy biến áp kích thích được kết nối với đầu máy phát điện, nó cần được thiết kế theo yêu cầu kỹ thuật của thiết bị điện đầu máy phát điện. Theo yêu cầu của GB 1094.1 "Nguyên tắc chung của máy biến áp điện phần 1", trên thiết bị đầu cuối mà máy biến áp được kết nối với máy phát điện khi tải máy phát điện, nó có thể chịu được điện áp định mức 1,4 lần trong khoảng thời gian 5 giây. Thông thường, nó cũng được yêu cầu để chạy 60 giây ở điện áp quá áp của đầu máy phát điện với điện áp định mức 1,3 lần. Máy biến áp kích thích có thể hoạt động liên tục trong một thời gian dài ở 110% điện áp định mức.

(3) Điện áp định mức cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp kích thích phải được lựa chọn thiết kế theo yêu cầu điện áp giá trị đỉnh kích thích để đáp ứng sự kích thích mạnh mẽ của máy phát điện. Khi máy phát điện được khuyến khích, có yêu cầu cao hơn về điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu công suất kích thích, điện áp giá trị đỉnh kích thích cho máy phát điện. Điện áp kích thích đỉnh được chọn theo yêu cầu của hệ thống điện nơi máy phát điện được đặt.

(4) Dung tích máy biến áp có thể đáp ứng yêu cầu về công suất kích thích cho hoạt động liên tục lâu dài của máy phát điện, có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài khi dòng điện kích thích và điện áp của máy phát điện gấp 1,1 lần dòng điện kích thích và điện áp dưới tải định mức của máy phát điện.

(5) Khả năng quá tải của máy biến áp kích thích phải đáp ứng các yêu cầu về công suất kích thích và thời gian của máy phát điện. Khi máy phát điện được kích thích mạnh, máy phát điện hoạt động dưới điện áp giá trị đỉnh kích thích. Giá trị trạng thái ổn định của dòng kích thích cũng là dòng giá trị đỉnh kích thích. Lúc này công suất kích thích có yêu cầu cao về khả năng tải của máy biến áp kích thích.

(6) Màn chắn cách ly tĩnh điện cần được đặt và nối đất giữa các cuộn dây điện áp cao và điện áp thấp của máy biến áp kích thích. Tại đầu vào máy biến áp và quá áp tạm thời ở phía điện áp cao, quá áp sẽ được tạo ra trong cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp kích thích bằng cách phân phối điện dung giữa điện áp cao của máy biến áp kích thích, cuộn dây điện áp thấp. Để giảm quá điện áp ở phía điện áp thấp của máy biến áp kích thích tại thời điểm này, giữa điện áp cao và cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp kích thích cần thiết lập lá chắn tĩnh và nối đất với lõi máy biến áp, để tránh quá điện áp đe dọa sự an toàn của bộ chỉnh lưu công suất kích thích. Lá chắn tĩnh cũng có thể làm giảm tác động của sóng hài và quá áp của cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp đối với cuộn dây điện áp cao và lưới điện, cải thiện sự khuyến khích

Bốn. Tương thích điện từ với Magnetic Transformer

Ngoài ra, máy biến áp kích thích là một loại ứng dụng của máy biến áp điện, cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của máy biến áp điện nói chung. Chủ yếu bao gồm các mặt sau:

(1) Tăng nhiệt độ hoạt động và lớp chịu nhiệt cách nhiệt.

(2) Khả năng chịu được ngắn mạch.

(3) Mức độ cách nhiệt.

(4) Các yêu cầu không đặt đối với các thiết bị phụ trợ, bao gồm máy biến dòng điện, thiết bị giám sát nhiệt độ, v.v.

(5) Khác, chẳng hạn như mức độ tiếng ồn, mức xả cục bộ, đối xứng ba pha.

Năm. Ứng dụng kỹ thuật thực tế cho máy biến áp kích thích cũng có một số yêu cầu kỹ thuật liên quan đến kỹ thuật, chẳng hạn như:

(1) Loại máy biến áp kích thích và cấu trúc.

b) Chế độ lắp ráp và mức độ bảo vệ.

(3) Phương pháp lắp đặt và yêu cầu tại địa điểm của nhà máy điện, bao gồm kết nối với thanh bus của máy phát điện, v.v.

Để thuận tiện cho việc vận chuyển, hoặc phù hợp để kết nối với pha xe buýt kín của máy phát điện, máy biến áp kích thích máy phát điện lớn thường sử dụng máy biến áp một pha để tạo thành bộ máy biến áp ba pha và yêu cầu máy biến áp một pha có cấu trúc giống nhau và khả năng hoán đổi tốt.

Sáu. Cấu trúc và thiết kế của máy biến áp kích thích

Sau đây là một ví dụ về máy biến áp khô đổ nhựa epoxy.

Trái tim sắt

Lõi sắt là đường từ của máy biến áp, bao gồm tấm thép silicon và thiết bị kẹp. Vật liệu tim canxi được làm bằng các hạt cán nguội chất lượng cao được trang bị cho các tấm thép silicon. Thanh tim cấu trúc đường may nghiêng 45 ° được buộc bằng ô băng cách điện và bề mặt được niêm phong bằng nhựa đặc biệt. Lõi sắt phải là điểm nối đất, nếu không sẽ hình thành tổn thất gia tăng hoàn lưu. Tổn thất không tải của máy biến áp chủ yếu là tổn thất của lõi sắt.

Các biện pháp chính để giảm tổn thất không tải của máy biến áp:

① Giảm mật độ sắt của máy biến áp;

b) Chọn vật liệu thép silicon chất lượng cao;

③ Giảm độ dày của tấm lõi sắt

④ Áp dụng cấu trúc đường may chéo đầy đủ.

Cuộn dây

Cuộn dây là một phần quan trọng của máy biến áp khô, chủ yếu bao gồm dây dẫn (dây kẽm) và cấu trúc cách điện (nhựa).

Cấu trúc của cuộn dây xác định công suất định mức, điện áp định mức và điều kiện sử dụng, v.v.

Mất tải của máy biến áp bao gồm tổn thất điện trở và tổn thất bổ sung trong dây cuộn, v.v. Tính toán quanh co phải đáp ứng các yêu cầu sau:

(1) Sức mạnh điện. Cách điện quanh co phải đáp ứng các yêu cầu về tần số công suất, điện áp thử nghiệm sốc sét theo quy định của tiêu chuẩn lục địa hoặc yêu cầu của người dùng và để lại một biên độ nhất định.

(2) Độ bền chịu nhiệt. Trong trường hợp vận hành tải, sự gia tăng nhiệt độ cuộn dây không được phép vượt quá giá trị gia tăng nhiệt độ được chỉ định bởi lớp chịu nhiệt của vật liệu cách nhiệt.

(3) Độ bền cơ học. Động lực điện được tạo ra bởi cuộn dây biến áp khô dưới tác động của dòng ngắn mạch sẽ làm cho cuộn dây dịch chuyển cũng như thay đổi trở kháng ngắn mạch, cả hai phải đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn lục địa.

Đối với máy biến áp khô. Cuộn dây áp suất cao được đổ nhựa bên trong khuôn và đầu cuộn dây áp suất thấp được đóng gói bằng nhựa.

Vật liệu cuộn dây chủ yếu là vật liệu đồng và nhôm. Theo hệ thống nhựa và tính chất vật lý của vật liệu dẫn điện, hệ số giãn nở nhiệt của hệ thống nhựa được làm đầy bằng sợi thủy tinh gần với hệ số giãn nở nhiệt của đồng, vì vậy máy biến áp khô được làm đầy bằng sợi thủy tinh thường sử dụng dây dẫn đồng. Hệ số giãn nở nhiệt của hệ thống nhựa chứa đầy silica microfume gần giống với hệ số giãn nở nhiệt của nhôm, vì vậy máy biến áp loại khô chứa đầy silica microfume thường sử dụng dây dẫn nhôm. Máy biến áp loại khô cuộn dây nhôm tồn tại sự thiếu hụt về độ bền cơ học kém, yêu cầu cao về chất lượng hàn.

Có hai loại chính của dây dẫn được sử dụng cho cuộn dây biến áp: dây và lá.

Loại cuộn dây chủ yếu có cuộn dây lớp và cuộn dây lá.

Công nghệ cuộn dây cao áp trưởng thành, chất lượng cách nhiệt đáng tin cậy, mức độ tự động hóa cao, tỷ lệ sử dụng lên đến hơn 70%.

Cuộn dây lá áp suất thấp có hiệu quả công việc cao, tiết kiệm vật liệu, ít rò rỉ từ tính, khả năng chống ngắn mạch mạnh, tỷ lệ sử dụng trên 90%.

Bảy. Lựa chọn máy biến áp kích thích

Máy biến áp kích thích về thiết kế và cấu trúc, giống như máy biến áp phân phối thông thường, điện áp ngắn mạch là 4%~8%. Xem xét rằng máy biến áp kích thích phải đáng tin cậy, khi được kích thích phải có khả năng quá tải nhất định. Và nguồn điện kích thích thường không được thiết kế để cung cấp điện dự phòng, vì vậy nên chọn máy biến áp khô với khả năng bảo trì đơn giản và quá tải mạnh. Nếu giảm chi phí chế tạo hệ thống kích thích, áp dụng máy biến áp ngâm dầu cũng có thể thực hiện được.

Khi máy biến áp kích thích được lắp đặt ngoài trời, từ bên thứ hai của máy biến áp đến giữa cầu chỉnh lưu. Do có điện áp giảm, không nên quá dài, đặc biệt là khi dòng kích thích là rất lớn, điều này phải được xem xét. Cũng không nên sử dụng cáp bọc thép lõi đơn. Thay vào đó, bạn nên chọn cáp cao su. Bởi vì cáp bọc thép lõi đơn đi qua dòng điện xoay chiều, điện áp cao hơn và dòng điện không thể bỏ qua sẽ được cảm nhận trong lớp giáp thép và gây nhiễu cho cáp thông tin liên lạc.

① Hiệu suất biến áp kích thích và hệ thống dây điện. Hiệu suất và hệ thống dây điện của máy biến áp kích thích phải được yêu cầu rõ ràng, chẳng hạn như loại, công suất định mức (đáp ứng yêu cầu hệ thống kích thích), tăng nhiệt độ, yêu cầu chịu áp lực cách điện, nhóm dây ba pha của máy biến áp, lớp cách điện, mức độ tiếng ồn, mức xả cục bộ.

b) Yêu cầu kỹ thuật; Rõ ràng về các yêu cầu kỹ thuật chi tiết của máy biến áp kích thích, trong việc lựa chọn, một số nhà máy thủy điện yêu cầu máy biến áp kích thích chọn các sản phẩm của các nhà sản xuất nổi tiếng trong nước.

③ Đối với các đơn vị sử dụng phanh điện ngừng hoạt động, cần xác định rõ liệu máy biến áp kích thích có tăng gấp đôi như máy biến áp phanh hay không.