I. Introducción

Por lo general, está conectado al extremo de salida del generador, porque el voltaje de salida del generador es alto y el voltaje nominal del sistema de excitación es bajo, se necesita un transformador de reducción de tensión.

El funcionamiento seguro y estable del transformador de excitación utilizado en el generador es la premisa para el funcionamiento seguro y estable de la unidad de excitación autónoma, un requisito previo para la generación estable de energía y la generación a plena capacidad del Grupo electrógeno, y la clave para el funcionamiento confiable del sistema de excitación.

La potencia eléctrica necesaria para el sistema de excitación se obtiene por la salida del generador, y la función del transformador de excitación es reducir la tensión de salida del generador (22 kv) a la tensión de entrada del silicio controlable eléctrico (850 v), proporcionar aislamiento eléctrico entre el extremo del generador y el devanado de excitación, y también servir como resistencia de rectificación del silicio controlable eléctrico.

II. Forma y características del transformador de excitación

Los transformadores de excitación se dividen en cuatro tipos principales según el modo de aislamiento.

(1) transformador seco vertido con resina epoxi.

(2) transformador seco sin bobinado de fibra de vidrio alcalina.

(3) transformador seco tipo mora.

(4) transformador sumergido en aceite.

Los transformadores sumergidos en aceite son transformadores tradicionales y actualmente son reemplazados gradualmente por transformadores secos.

Los transformadores secos tienen las características de un rendimiento superior a prueba de incendios, protección contra explosiones y protección del medio ambiente, y se han convertido en la aplicación principal de los transformadores de excitación.

Un transformador de tipo seco de óxido di en el mundo fue fabricado por Alemania occidental AEG en 1964.

Características del transformador seco vertido con resina epoxi:

(1) la resistencia al aislamiento es alta, la resina epoxi para el vertido tiene una fuerza de campo de ruptura de aislamiento de 18 a 22 kV / mm, y el transformador sumergido en aceite con el mismo nivel de tensión tiene aproximadamente la misma resistencia al impacto de Rayos.

(2) fuerte resistencia a cortocircuitos.

(3) el rendimiento de prevención de desastres es sobresaliente, la resina epoxi es ignífuga y se puede apagar por sí misma, sin causar explosiones.

(4) las propiedades ambientales son superiores, la resina epoxi es resistente a la humedad y al polvo, y puede funcionar en condiciones ambientales adversas.

(5) la carga de trabajo de mantenimiento es pequeña.

(6) baja pérdida de operación, alta eficiencia de operación y bajo ruido.

(7) pequeño tamaño, peso ligero, fácil instalación y puesta en marcha

Los transformadores secos mora se caracterizan de la siguiente manera:

(1) el transformador seco mora es un nuevo transformador desarrollado por la fábrica alemana de transformadores mora en los últimos diez años para adaptarse a nuevos conceptos y aplicaciones ambientales, nuevos procesos y nuevos materiales.

(2) el devanado de alta tensión del transformador seco mora está envuelto en un soporte aislante cerámico con buenas propiedades de aislamiento. Hay canales de refrigeración longitudinales y horizontales entre los devanados de alta y baja tensión y los devanados, y el transformador tiene una buena capacidad de sobrecarga a corto plazo y resistencia a cortocircuitos.

(3) el transformador seco mora sumerge el devanado en pintura aislante compuesta en estado de vacío y luego lo seca, con un proceso simple.

(4) el aislamiento del devanado del transformador está compuesto por fibra de vidrio o papel nomex, alcanzando el nivel de aislamiento de clase F o H.

(5) el tipo mora tiene buenas características retardantes de llama.

(6) el tipo mora es desmontable después de la falla. El material de devanado se puede reciclar y reutilizar.

(7) el tipo mora no necesita equipos de vertido y moldes, la inversión inicial puede ahorrarse mucho y el diseño del producto es más flexible.

(8) la carga de trabajo de operación y mantenimiento del tipo mora es ligeramente mayor y la reparación es relativamente fácil.

En la actualidad, la mayoría de los transformadores castables de resina epoxi se utilizan en Europa y asia, y los Estados Unidos utilizan más modelos mora.

El nivel de impacto de referencia seca de vertido de resina epoxi puede alcanzar los 250 kv, y el tipo mora es de 150 kv.

El transformador seco vertido con resina epoxi tiene una gran capacidad de hasta 20 mva, y el tipo mora solo puede alcanzar de 8 a 10 mva. [1]

3. Requisitos generales para transformadores de excitación

Un generador que adopta el método de excitación de excitación autónoma y paralela, y el rectificador de potencia de excitación de su fuente de alimentación de excitación es alimentado por un transformador de excitación. El lado de alta tensión del transformador de excitación generalmente está conectado al bus del extremo del generador, el lado de baja tensión está conectado al rectificador de puente de control completo de tres fases del tirón, y la carga del regulador de potencia de excitación se transfiere al generador con inducción humana y aislamiento al suelo. Las características de carga y cableado de los transformadores de excitación, así como los requisitos específicos de la red eléctrica y la central eléctrica para el sistema de excitación del generador, hacen que las condiciones de trabajo y los requisitos técnicos de los transformadores de excitación de los hidrogeneradores autoexcitados no sean exactamente los mismos que los transformadores de potencia de aplicación general, incluidos principalmente los siguientes aspectos.

(1) la corriente de devanado del transformador de excitación es una corriente no sinusoidal, y el diseño del transformador debe considerar la influencia de la corriente armónica en el devanado. Debido a que la constante de interrogación al rotor del generador suele ser de varios segundos, la corriente del tirón del dispositivo de rectificación de potencia de excitación abierta y la corriente de la línea del lado de CA (es decir, el lado de baja tensión del transformador de excitación) se consideran ondas rectangulares, hay un componente de onda fundamental y un componente de onda armoniosa, la corriente armónica aumentará la pérdida de cobre y hierro del transformador y distorsionará la forma de onda de tensión del extremo del generador. Por lo tanto, al diseñar y fabricar el transformador de excitación, es necesario considerar la influencia de la corriente armónica en el devanado del transformador, incluida la densidad magnética del núcleo de hierro del transformador, la capacidad y la capacidad de sobrecarga. La corriente armónica puede causar ruido armónicos en el funcionamiento del transformador, por lo que en la estructura y resistencia mecánica del núcleo de hierro y el devanado, es necesario considerar medidas para reducir el ruido armónicos.

(2) como transformador de excitación conectado al extremo del generador, debe diseñarse de acuerdo con los requisitos técnicos del equipo eléctrico del extremo del generador. De acuerdo con los requisitos de GB 1094.1 "principios generales de la parte 1 de los transformadores de potencia", en el caso de la carga del generador, los terminales conectados por el transformador al generador deben ser capaces de soportar 1,4 veces la tensión nominal y durar 5 segundos. por lo general, también se requiere operar 60 segundos bajo una Sobretensión de 1,3 veces La tensión nominal en el extremo del generador. los transformadores de excitación deben ser capaces de funcionar continuamente durante mucho tiempo a una tensión nominal del 110%.

(3) la tensión nominal del devanado de baja tensión del transformador de excitación debe diseñarse y seleccionarse de acuerdo con los requisitos de tensión superior de excitación cuando el generador está fuertemente emocionado. Cuando el generador está fuertemente emocionado, hay altos requisitos para el voltaje de salida del rectificador de potencia de excitación, que es el voltaje superior de excitación del generador. El voltaje superior de excitación se selecciona de acuerdo con los requisitos del sistema eléctrico donde se encuentra el generador.

(4) la capacidad del transformador debe cumplir con la capacidad de excitación necesaria para el funcionamiento continuo a largo plazo del generador, que puede funcionar continuamente a largo plazo cuando la corriente de excitación y la tensión del generador son 1,1 veces la corriente y la tensión de excitación bajo la carga nominal del generador.

(5) la capacidad de sobrecarga del transformador de excitación debe cumplir con los requisitos de capacidad de excitación y duración de la excitación fuerte del generador. Cuando el transformador de excitación está fuertemente emocionado por el generador, el generador funciona bajo el voltaje superior de excitación, y el valor estable de la corriente de excitación también es la corriente superior de excitación. En este momento, la Potencia de excitación tiene altos requisitos para la capacidad de carga del transformador de excitación.

(6) los devanados de alta y baja tensión del transformador de excitación deben estar equipados con blindaje de aislamiento electrostático y fundamentados. Cuando el transformador se pone en funcionamiento y la Sobretensión transitoria en el lado de alta tensión, se producirá una Sobretensión en el devanado de baja tensión del transformador de excitación a través de condensadores distribuidos entre los devanados de alta y baja tensión del transformador de excitación. Para reducir la Sobretensión en el lado de baja tensión del transformador de excitación en este momento, es necesario establecer un blindaje electrostático entre los devanados de alta tensión y baja tensión del transformador de excitación y conectarse a tierra con el núcleo del transformador para evitar que la Sobretensión amenace la seguridad del rectificador de potencia de excitación. El blindaje electrostático también puede reducir los efectos de los armónicos de alto orden y la Sobretensión de los devanados de baja tensión del transformador en los devanados de alta tensión y la red eléctrica, y mejorar la excitación.

4. Compatibilidad electromagnética del transformador magnético.

Además, como categoría de aplicación de los transformadores de potencia, los transformadores de excitación todavía deben cumplir con los requisitos técnicos de los transformadores de potencia Generales. Incluye principalmente los siguientes aspectos:

(1) aumento de la temperatura de funcionamiento y nivel de resistencia al calor de aislamiento.

(2) capacidad de soportar cortocircuitos.

(3) nivel de aislamiento.

(4) no hay requisitos para equipos auxiliares, incluidos transformadores de corriente, equipos de monitoreo de temperatura, etc.

(5) otros, como el nivel de ruido, el nivel de descarga parcial, la simetría de tres fases.

V. La aplicación práctica de ingeniería todavía tiene algunos requisitos técnicos relacionados con la ingeniería para los transformadores de excitación, como:

(1) tipo y estructura del transformador de excitación.

(2) método de montaje y nivel de protección.

(3) métodos y requisitos de instalación en el sitio de la central eléctrica, incluida la conexión con el bus del generador, etc.

Para facilitar el transporte o adaptarse a la conexión con el bus cerrado fuera de fase del generador, los transformadores de excitación del gran generador suelen utilizar transformadores de una sola fase para formar un grupo de transformadores de tres fases, y requieren que los transformadores de una sola fase tengan la misma estructura y buena intercambiabilidad.

VI. Estructura y diseño del transformador de excitación

A continuación, tomemos como ejemplo el transformador seco vertido de resina epoxi.

Corazón de hierro

El núcleo de hierro es el Circuito magnético del transformador, que consta de piezas de acero de silicio y dispositivos de fijación. El material del corazón de calcio está hecho de granos laminados en frío de alta calidad distribuidos en láminas de acero de silicio, la barra del corazón de la estructura de costura totalmente inclinada de 45 ° está atada con un paraguas de cinturón aislante y la superficie está sellada con resina especial. El núcleo de hierro debe estar conectado a tierra en un punto, de lo contrario se formará una circulación para aumentar la pérdida. La pérdida sin carga del transformador es principalmente la pérdida del núcleo de hierro.

Las principales medidas para reducir la pérdida sin carga del transformador son:

① reducir el núcleo del transformador para crear densidad magnética;

② seleccionar materiales de láminas de acero de silicio de núcleo de hierro de alta calidad;

③ reducir el espesor del núcleo

④ se adopta una estructura de costura totalmente inclinada.

Devanado

El devanado es una parte importante del transformador seco y consta principalmente de cables (cables de zinc) y estructuras aislantes (resina).

La estructura del devanado determina la capacidad nominal, la tensión nominal y las condiciones de uso.

La pérdida de carga del transformador se compone de la pérdida de resistencia y la pérdida adicional en el cable de devanado. El cálculo del devanado deberá cumplir los siguientes requisitos:

(1) resistencia eléctrica. El aislamiento de devanado debe cumplir con los requisitos de frecuencia de potencia y voltaje de prueba de impacto de rayos estipulados en las normas continentales o requeridos por el usuario, y dejar un cierto margen.

(2) resistencia al calor. En caso de funcionamiento de la carga, el aumento de la temperatura del devanado no debe exceder el límite de aumento de temperatura prescrito por el nivel de resistencia al calor del material aislante.

(3) resistencia mecánica. La fuerza eléctrica generada por el devanado del transformador seco bajo la acción de la corriente de cortocircuito hará que el desplazamiento del devanado y la resistencia del cortocircuito cambien, y ambos deben cumplir con los requisitos de las normas continentales.

Para transformadores secos fundidos. El devanado de alta tensión se vierte en el molde con resina, y el extremo del devanado de baja tensión se encapsula con resina.

Los materiales de devanado son principalmente cobre y aluminio. De acuerdo con las propiedades físicas del sistema de resina y el propio material conductor, el coeficiente de expansión térmica del sistema de resina relleno de fibra de vidrio es similar al coeficiente de expansión térmica del cobre, por lo que el transformador seco relleno de fibra de vidrio utiliza principalmente conductores de cobre. El coeficiente de expansión térmica del sistema de resina relleno de polvo de silicio es similar al del aluminio, por lo que el transformador seco relleno de polvo de silicio utiliza principalmente conductores de aluminio. Los transformadores secos de devanado de aluminio tienen deficiencias como mala resistencia mecánica y altos requisitos de calidad de soldadura.

Hay dos categorías principales de conductores para el devanado del transformador: lineal y en forma de lámina.

Los tipos de devanado son principalmente devanados de capas y devanados de láminas.

La tecnología de devanado de alta tensión es madura, la calidad del aislamiento es confiable, el grado de automatización es alto y la tasa de utilización alcanza más del 70%.

El devanado de lámina de baja tensión tiene una alta eficiencia de trabajo, ahorra materiales, tiene menos fugas magnéticas, una fuerte capacidad de resistencia a cortocircuitos y una tasa de utilización superior al 90%.

7. Selección de transformadores de excitación

En términos de diseño y estructura, los transformadores de excitación, al igual que los transformadores de distribución ordinarios, tienen un voltaje de cortocircuito del 4% al 8%. Teniendo en cuenta que el transformador de excitación debe ser confiable, debe tener cierta capacidad de sobrecarga al estimular fuertemente. Y la fuente de alimentación de excitación generalmente no diseña una fuente de alimentación de repuesto, por lo que es apropiado elegir un transformador seco con mantenimiento simple y fuerte capacidad de sobrecarga. Si se reduce el costo del sistema de excitación, también es factible adoptar transformadores inmersos en aceite.

Cuando el transformador de excitación está instalado al aire libre, el cable de alimentación entre el lado secundario del transformador y el puente de rectificación. debido a la caída de tensión de reactancia, no debe ser demasiado largo, especialmente cuando la corriente de excitación es alta, esto debe tenerse en cuenta. También hay cables blindados de un solo núcleo que no son adecuados. en su lugar, se deben seleccionar cables de goma. Porque cuando el cable blindado de un solo núcleo está conectado a corriente alterna, se sentirá un voltaje más alto y una corriente que no se puede ignorar en la armadura de acero, y se causará interferencia en el cable de comunicación.

① rendimiento y cableado del transformador de excitación. Se exigirá claramente el rendimiento y el cableado de los transformadores de excitación, como el tipo, la capacidad nominal (para cumplir con los requisitos del sistema de excitación), el aumento de temperatura, los requisitos de aislamiento y resistencia a la presión, el Grupo de cableado de tres fases del transformador, el nivel de aislamiento, el nivel de ruido y el nivel de descarga parcial.

② requisitos técnicos. Aclarar los requisitos técnicos detallados para los transformadores de excitación, en la selección, algunas centrales hidroeléctricas requieren que los transformadores de excitación seleccionen productos de fabricantes conocidos en el continente.

③ para las unidades que utilizan el freno eléctrico para detener, es necesario aclarar si el transformador de excitación también sirve como transformador de freno.