Um. Introdução

Geralmente ligado à saída do gerador, devido à alta tensão de saída do gerador e à baixa tensão nominal do sistema de excitação magnética, é necessário um transformador de redução de tensão.

A operação segura e estável do transformador de estimulação magnética do gerador é a premissa para a operação segura e estável da unidade de estimulação automática, é a geração estável de energia da unidade geradora e a pré-condição para a geração de energia de carga completa, é a chave para o funcionamento confiável do sistema de estimulação magnética.

A potência elétrica necessária para o sistema de excitação é obtida pela saída do gerador, o papel do transformador de excitação é reduzir a tensão de saída do gerador (22kV) para a tensão de entrada do silício elétrico controlado (850 V), fornecer isolamento elétrico entre a extremidade do gerador e o enrolamento magnético excitado, ao mesmo tempo em que também é usado como impedância de corrente corretora do silício elétrico controlado.

Dois. Forma e características do transformador magnético

Transformador magnético excitante, dividido em quatro tipos principais por isolamento

(1) Transformador seco de resina epóxida.

(2) transformador de imersão de fibra de vidro sem álcali.

(3) Transformador seco tipo MORA.

(4) Transformador de imersão em óleo.

Os transformadores de imersão em óleo são transformadores tradicionais e estão sendo gradualmente substituídos por transformadores secos.

O transformador seco tem excelentes características de proteção contra incêndio, explosão e proteção ambiental, tornando-se a aplicação principal do transformador magnético.

Um transformador epóxido seco do mundo foi fabricado pela empresa AEG da Alemanha Ocidental em 1964.

Características do transformador seco de resina epóxida:

(1) alta resistência de isolamento, a resina epóxida de fundição tem um campo de ruptura de isolamento de 18 a 22 kV / mm, e o transformador de imersão em óleo com a mesma classe de tensão tem aproximadamente a mesma força de impacto de relâmpago.

(2) Forte resistência ao curto-circuito.

(3) desempenho proeminente de prevenção de desastres, a resina epóxida retarda a chama e pode se apagar por si mesma, sem provocar uma explosão.

(4) desempenho ambiental superior, resina epóxida à prova de umidade e poeira, pode operar em condições ambientais difíceis.

5) Pequena carga de trabalho de manutenção.

(6) baixa perda operacional, alta eficiência operacional e baixo ruído.

(7) tamanho pequeno, peso leve, instalação fácil de depuração

As características do transformador seco tipo MORA são as seguintes:

(1) O transformador seco tipo MORA é um novo tipo de transformador desenvolvido pela fábrica de transformadores MORA na Alemanha há quase uma década para adaptar-se a novos conceitos de proteção ambiental e aplicar novos processos e novos materiais.

(2) Transformador seco tipo MORA enrolamento de alta tensão enrolado em camadas planas em suportes de isolamento de cerâmica com bom desempenho de isolamento. O enrolamento de alta e baixa pressão e o enrolamento vertical e horizontal têm canais de ar de resfriamento, o transformador tem uma boa capacidade de sobrecarga e resistência a curto-circuito a curto prazo.

(3) transformador seco tipo MORA enrolado em estado de vácuo para a pintura isolante composta e secado, o processo é simples.

(4) O isolamento enrolado do transformador é composto por fibra de vidro ou papel NOMEX, alcançando o nível de isolamento F ou H.

(5) O tipo MORA tem boas propriedades retardantes de chama.

(6) O modelo MORA pode ser removido após a falha. Os materiais enrolados podem ser reciclados.

(7) O tipo MORA não precisa de equipamentos de fundição e moldes, o investimento inicial pode economizar muito, e a flexibilidade do design do produto é maior.

(8) A carga de trabalho de manutenção do tipo MORA é ligeiramente maior e a reparação é relativamente fácil.

Atualmente, a Europa e a Ásia usam transformadores de fusão de resina epóxida, e os Estados Unidos usam o tipo MORA mais.

O nível de impacto de referência para o vertimento seco de resina epóxida é de até 250 kV e o tipo MORA é de 150 kV.

A grande capacidade do transformador seco de resina epóxida pode atingir 20MVA, o tipo MORA só pode atingir 8 a 10MVA. [1]

Três. Requisitos gerais para transformadores magnéticos

O gerador que usa o modo de estimulação auto-magnética, o rectificador de potência magnética de sua fonte de energia magnética é alimentado por um transformador magnético. O lado de alta tensão do transformador de excitação magnética é geralmente ligado à linha terminal do gerador, o rectificador de ponte de controle completo trifásico do tiristor de baixa tensão, a carga do barrador de potência magnética é transferida para o gerador com muito isolamento de terra. Características da carga e cablagem do transformador de excitação, bem como os requisitos específicos da rede elétrica e da central elétrica para o sistema de excitação do gerador, fazem com que as condições de trabalho e os requisitos técnicos do transformador de excitação do gerador de roda de água auto-excitado não sejam exatamente os mesmos que os transformadores de potência de aplicações gerais, incluindo principalmente os seguintes aspectos.

(1) A corrente de enrolamento do transformador magnético é uma corrente não sinusoidal, e o projeto do transformador precisa considerar o efeito da corrente armônica no enrolamento. Como a constante do rotor do gerador geralmente é de vários segundos, a corrente do trituro do dispositivo de correção de potência magnética e a corrente da linha do lado de corrente alterna (isto é, o lado de baixa tensão da transformação magnética) são vistas como ondas retangulares, há uma componente de onda base e uma componente armônica, a corrente armônica aumentará a perda de cobre e ferro do transformador e fará com que a forma de onda da tensão do lado do gerador se deforme. Portanto, o projeto e a fabricação do transformador magnético estimulante precisam considerar o efeito da corrente armônica de enrolamento do transformador, incluindo a densidade magnética do núcleo de ferro do transformador, a capacidade, a capacidade de sobrecarga, etc., precisam considerar o efeito da corrente armônica. A corrente armônica pode causar ruído armônico no funcionamento do transformador, portanto, na estrutura e resistência mecânica do núcleo de ferro e enrolamento, é necessário considerar medidas para reduzir o ruído armônico.

(2) Como um transformador de excitação ligado à extremidade do gerador, deve ser projetado de acordo com os requisitos técnicos do equipamento elétrico do gerador. De acordo com os requisitos do GB 1094.1 "Principio Geral da Parte 1 do Transformador de Potência", durante a carga do gerador, o transformador deve ser capaz de suportar 1,4 vezes a tensão nominal no terminal conectado ao gerador e durar 5 s. Normalmente, é necessário operar 60s sob uma sobretensão de 1,3 vezes a tensão nominal no terminal do gerador. O transformador magnético deve ser capaz de operar continuamente a longo prazo sob a tensão nominal de 110%.

(3) A tensão nominal de enrolamento de baixa tensão do transformador magnético de excitação deve ser escolhida de acordo com os requisitos de tensão máxima magnética de excitação quando o gerador é reforçado. Quando o gerador é reforçado, a tensão de saída do rectificador de potência magnética é altamente exigida para a tensão máxima magnética do gerador. A tensão máxima de excitação é selecionada de acordo com os requisitos do sistema de energia no qual o gerador está localizado.

(4) Capacidade do transformador deve ser capaz de atender à capacidade de estimulação necessária para a operação contínua de longo prazo do gerador, quando a corrente e a tensão de estimulação do gerador são 1,1 vezes a corrente e a tensão de estimulação do gerador para a carga nominal do gerador.

(5) A capacidade de sobrecarga do transformador de excitação magnética deve ser capaz de atender aos requisitos de capacidade de excitação magnética e duração do gerador. O transformador de excitação magnética quando o gerador é estimulado, o gerador funciona sob a tensão máxima de excitação, e o valor estável da corrente de excitação também é a corrente máxima de excitação. Neste momento, a potência de excitação magnética tem requisitos elevados para a capacidade de carga do transformador de excitação magnética.

(6) O transformador magnético de alta tensão e enrolamento de baixa tensão devem configurar blindagem de isolamento eletrostático e aterrizar. Na entrada do transformador e na sobretensão temporária do lado de alta tensão, a sobretensão será gerada no enrolamento de baixa tensão do transformador por meio da distribuição do capacitor entre a alta tensão e a baixa tensão do transformador magnético. Para reduzir a sobretensão no lado de baixa tensão do transformador de excitação magnética neste momento, é necessário configurar um blindagem eletrostática entre a alta tensão do transformador de excitação e a bobina de baixa tensão e aterrizar com o núcleo de ferro do transformador para evitar que a sobretensão ameaça a segurança do rectificador de potência magnética. A blindagem eletrostática também pode reduzir o efeito de alta harmonia e sobretensão do enrolamento de baixa tensão do transformador no enrolamento de alta tensão e na rede elétrica, melhorando o incentivo

Quatro. Compatibilidade eletromagnética de transformadores magnéticos.

Além disso, o transformador magnético como uma categoria de aplicação de transformador de potência, ainda precisa atender aos requisitos técnicos gerais do transformador de potência. Principalmente incluem os seguintes aspectos:

(1) Aumento da temperatura operacional e classe de isolamento resistente ao calor.

2) Capacidade de curto-circuito.

3) Nível de isolamento.

(4) Requisitos de instalação de equipamentos auxiliares, incluindo sensores de corrente, equipamentos de monitoramento de temperatura, etc.

(5) Outros, como o nível de ruído, nível de descarga local, simetria trifásica.

Cinco. Aplicações práticas de engenharia para transformadores magnéticos estimulados ainda têm alguns requisitos técnicos relacionados com a engenharia, tais como:

(1) Tipo e estrutura do transformador magnético.

(2) Modo de montagem e nível de proteção.

(3) Modos e requisitos de instalação no local da central elétrica, incluindo a conexão com a linha motriz do gerador.

Para facilitar o transporte ou conectar adequadamente com a linha motriz fechada separada de fase do gerador, os transformadores magnéticos de excitação de grandes geradores geralmente usam transformadores monofásicos para formar o conjunto de transformadores trifásicos de forma estrutural e exigem que os transformadores monofásicos tenham a mesma estrutura e boa intercambiabilidade.

Seis. Estrutura e design de transformadores magnéticos

Abaixo é apresentado um exemplo de transformador seco de resina epóxida.

Coração de Ferro

O coração de ferro é o circuito magnético do transformador, composto por folhas de aço de silício e dispositivos de fixação. O material do coração de cálcio é laminado a frio de alta qualidade para a placa de aço de silício, a barra de coração de costura totalmente inclinada de 45 ° é fechada com um guarda-chuva isolante e a superfície é selada com uma resina especial. O coração de ferro deve ser aterrizado, caso contrário, um ciclo aumentará a perda. A perda de carga vazia do transformador é principalmente a perda do coração de ferro.

Principais medidas para reduzir a perda de carga vazia do transformador:

① reduzir a densidade magnética do coração de ferro do transformador;

② Escolha materiais de aço de ferro e silício de alta qualidade;

Reduzir a espessura do coração de ferro

② Adota estrutura de costura totalmente inclinada.

enrolamento

O enrolamento é um componente importante do transformador seco, composto principalmente por fios (fios de zinco) e estruturas isolantes (resina).

A estrutura do enrolamento determina a capacidade nominal, a tensão nominal e as condições de uso.

A perda de carga do transformador é composta por perdas de resistência e perdas adicionais no fio enrolado. O cálculo de enrolamento deve atender aos seguintes requisitos:

1) força elétrica. O isolamento enrolado deve atender às prescrições padrão continental ou aos requisitos de frequência de trabalho do usuário, aos requisitos de tensão de teste de impacto de relâmpago e deixar uma certa margem.

2) Resistência ao calor. Em operações de carga, o aumento da temperatura de enrolamento não é permitido para exceder o limite de aumento da temperatura especificado pela classe de resistência térmica do material isolante.

3) Resistência mecânica. A força elétrica gerada pelo enrolamento do transformador seco sob o efeito da corrente de curto-circuito fará com que o deslocamento do enrolamento e a mudança da impedância do curto-circuito, ambos devem atender aos requisitos padrão do continente.

Para derramamento de transformadores secos. A resina de enrolamento de alta pressão é derramada no molde e a extremidade de enrolamento de baixa pressão é embalada em resina.

Os materiais enrolados são principalmente cobre e alumínio. De acordo com as propriedades físicas do sistema de resina e do próprio material condutor, o coeficiente de expansão térmica do sistema de resina preenchido com fio de vidro é semelhante ao coeficiente de expansão térmica do cobre, portanto, o transformador seco preenchido com fio de vidro usa vários condutores de cobre. O coeficiente de expansão térmica do sistema de resina preenchido com micropó de silício é semelhante ao coeficiente de expansão térmica do alumínio, por isso, o transformador seco preenchido com micropó de silício usa condutores de alumínio. O transformador seco enrolado de alumínio tem uma resistência mecânica pobre e requisitos de qualidade de soldagem elevados.

Existem duas principais categorias de condutores usados ​​para enrolamento de transformadores: lineares e folhas.

Os tipos de enrolamento são principalmente enrolamento em camadas e enrolamento em folha.

A tecnologia de enrolamento de fio de alta tensão é madura, a qualidade de isolamento é confiável, o nível de automação é alto e a taxa de uso é de mais de 70%.

Folha de baixa pressão enrolamento de alta eficiência, poupança de materiais, pouca fuga magnética, resistência a curto-circuito forte, taxa de uso de mais de 90%.

Sete. Escolha de transformadores magnéticos

O transformador de excitação magnética, em termos de design e estrutura, como o transformador de distribuição comum, a tensão de curto-circuito é de 4% ~ 8%. Considerando que o transformador de excitação magnética deve ser confiável, há que ter uma certa capacidade de sobrecarga quando o excitador é forçado. E a fonte de energia magnética estimulante geralmente não projeta uma fonte de energia de reserva, por isso é aconselhável escolher um transformador seco com capacidade de sobrecarga e manutenção simples. Para reduzir o custo do sistema de estimulação magnética, o uso de transformadores de imersão em óleo também é viável.

Quando o transformador de excitação é instalado ao ar livre, o fio de alimentação entre o lado do transformador e a ponte de corrente rectificadora. devido à queda de resistência elétrica, não deve ser muito longo, especialmente em casos de grande corrente de excitação, isso deve ser considerado. Também não é adequado usar um cabo de núcleo único, mas deve escolher um cabo de borracha. Como o cabo armazenado de núcleo único é conduzido por corrente alterna, a alta tensão e a corrente não podem ser ignoradas na armadura de aço serão detectadas e causarão interferência no cabo de comunicação.

① desempenho do transformador magnético e cablagem. O desempenho e a ligação do transformador de excitação magnética devem ser claramente exigidos, como o tipo, a capacidade nominal (para atender aos requisitos do sistema de excitação magnética), o aumento da temperatura, os requisitos de resistência à pressão de isolamento, o grupo de ligação trifásica do transformador, o nível de isolamento, o nível de ruído e o nível de descarga local.

2 Requisitos técnicos. Claro sobre os requisitos técnicos detalhados do transformador magnético estimulado, na seleção, algumas usinas hidroelétricas exigem que o transformador magnético estimulado escolha produtos de fabricantes conhecidos do continente.

② Para as unidades que usam paradas de freio elétrico, é necessário determinar claramente se o transformador de excitação magnética funciona como transformador de freio.