Описание
Введение:
Обычно подключаемый к выходному концу генератора, понижающий трансформатор необходим из-за высокого выходного напряжения генератора и низкого номинального напряжения системы возбуждения.
Безопасная и стабильная работа трансформаторов возбуждения генераторов является предпосылкой безопасной и стабильной работы самовозбуждающихся агрегатов, условием стабильной и полной выработки мощности генератора, а также ключевым фактором надежной работы систем возбуждения.
Необходимая электрическая энергия для системы возбуждения берется с выхода генератора. Функция трансформатора возбуждения — снизить выходное напряжение генератора (22 кВ) до входного напряжения тиристорного выпрямителя (850 В), обеспечить электрическую изоляцию между клеммами генератора и обмоткой возбуждения, а также служить реактивным сопротивлением для тиристора.
Форма и характеристики трансформатора возбуждения:
Трансформаторы возбуждения делятся на четыре типа по способу изоляции:
(1) Сухой трансформатор с эпоксидным литьем.
(2) Сухой трансформатор с обмоткой из безщелочного стекловолокна, пропитанной смолой.
(3) Сухой трансформатор типа MORA.
(4) Масляный трансформатор.
Масляные трансформаторы — традиционные устройства, которые постепенно заменяются сухими трансформаторами.
Сухие трансформаторы обладают преимуществами пожаробезопасности, взрывобезопасности и экологичности и стали основным направлением развития трансформаторов возбуждения.
Первый в мире сухой трансформатор с эпоксидным литьем был изготовлен немецкой компанией AEG в 1964 году.
Характеристики сухого трансформатора с эпоксидным литьем:
(1) Высокая изоляционная прочность (18–22 кВ/мм), аналогичная масляным трансформаторам.
(2) Высокая стойкость к коротким замыканиям.
(3) Превосходная пожаробезопасность, самозатухающая эпоксидная смола.
(4) Отличная защита от влаги и пыли, возможность работы в тяжелых условиях.
(5) Минимальные затраты на обслуживание.
(6) Низкие потери, высокая эффективность и низкий уровень шума.
(7) Компактность, малый вес и простота монтажа.
Характеристики сухого трансформатора MORA:
(1) Новый тип, разработанный компанией MORA Transformer Factory (Германия) для современных экологических стандартов.
(2) Высоковольтная обмотка уложена слоями на керамическом изоляторе; конструкция обеспечивает хорошее охлаждение и стойкость к коротким замыканиям.
(3) Обмотки пропитываются композитным лаком и сушатся под вакуумом.
(4) Изоляция из стекловолокна или бумаги NOMEX, класс F или H.
(5) Хорошая огнестойкость.
(6) Возможность разборки и переработки материалов.
(7) Не требует форм для литья, что снижает затраты и повышает гибкость проектирования.
(8) Легкость ремонта при большем объеме обслуживания.
В Европе и Азии чаще применяются эпоксидные трансформаторы, в США — тип MORA.
Импульсное напряжение эпоксидных — до 250 кВ, MORA — до 150 кВ.
Максимальная мощность эпоксидных — до 20 МВА, MORA — 8–10 МВА.
Общие требования к трансформаторам возбуждения:
Трансформатор возбуждения питает выпрямитель возбуждения генератора.
Высоковольтная сторона подключается к шинам генератора, а низковольтная — к тиристорному мосту.
Нагрузка — генератор с высокой индуктивностью.
Основные особенности:
(1) Несинусоидальный ток обмоток, наличие гармоник. Гармоники увеличивают потери и искажают напряжение. При проектировании учитываются плотность магнитного потока, мощность, перегрузочная способность и снижение шума.
(2) Должен выдерживать 1,4× номинального напряжения 5 секунд и работать при 1,1× номинала длительно.
(3) Номинальное напряжение низковольтной обмотки определяется пиковым напряжением возбуждения генератора.
(4) Мощность должна обеспечивать длительную работу при 1,1× тока и напряжения возбуждения.
(5) Перегрузочная способность должна позволять работу в режиме форсированного возбуждения.
(6) Между обмотками должны быть установлены экраны и заземление для защиты от перенапряжений и улучшения электромагнитной совместимости.
Дополнительно трансформаторы возбуждения должны соответствовать общим требованиям силовых трансформаторов:
(1) Температурный режим и термостойкость изоляции.
(2) Стойкость к короткому замыканию.
(3) Уровень изоляции.
(4) Наличие вспомогательных устройств — трансформаторов тока, датчиков температуры и т. д.
(5) Уровень шума, частичные разряды, симметрия фаз.
Инженерные требования:
(1) Тип и конструкция.
(2) Метод сборки и степень защиты.
(3) Условия установки на площадке и соединение с шинами генератора.
Для крупных генераторов применяют однофазные трансформаторы, объединенные в трехфазную группу, с одинаковой конструкцией и взаимозаменяемостью.
Конструкция и проектирование (на примере сухого трансформатора с эпоксидным литьем):
Сердечник:
Сердечник — магнитная цепь из холоднокатаной ориентированной кремнистой стали с углом стыка 45°.
Обмотка сердечника изолирована и покрыта смолой.
Заземляется в одной точке, чтобы избежать циркулирующих токов.
Потери холостого хода зависят от сердечника.
Меры по снижению потерь:
① Уменьшение магнитной индукции.
② Использование высококачественной стали.
③ Уменьшение толщины листов и оптимальная конструкция стыков.
Обмотки:
Основной элемент сухого трансформатора — обмотки (проводники + изоляция).
Их конструкция определяет мощность, напряжение и режим работы.
Требования:
(1) Электрическая прочность — выдержка испытательных напряжений.
(2) Теплостойкость — ограничение температуры.
(3) Механическая прочность — устойчивость к силам при коротких замыканиях.
Высоковольтная обмотка отливается в форме из смолы, низковольтная — герметизируется смолой.
Материалы — медь и алюминий.
Смолы со стекловолокном применяются с медью, а со вспученным кремнеземом — с алюминием.
Алюминиевые обмотки имеют меньшую прочность и требуют качественной сварки.
Используются проводники линейного и фольгового типа, обмотки — послойные и фольговые.
Фольговые — более эффективны, экономичны и устойчивы к коротким замыканиям.
Выбор трансформатора возбуждения:
Короткое замыкание обычно 4–8%.
Для надежности требуется перегрузочная способность при форсированном возбуждении.
Предпочтителен сухой трансформатор — простое обслуживание, высокая надежность.
Масляные допустимы при необходимости снижения стоимости.
При установке на открытом воздухе длина кабеля между трансформатором и выпрямителем должна быть минимальной.
Нельзя использовать одножильные бронированные кабели из-за наведенного напряжения; предпочтительны резиновые кабели.
① Определяются параметры: тип, мощность, схема соединений, изоляция, уровень шума и частичных разрядов.
② Уточняются технические требования, предпочтительно использование трансформаторов известных производителей.
③ Если применяется электрическое торможение, нужно определить, выполняет ли трансформатор возбуждения также функцию тормозного трансформатора.
