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【摘 要】 励磁变压器作为发电站的主要设备，对于机组的运行有着极为关键的作用。本文以水电站为例，分析励磁变压器的原理，烧毁的原因，提出应对措施，旨在及时快捷处理事故，保障机组的正常运行。
【关键词】 励磁变压器；水电站；应对措施
一、前言
励磁变压器可以为发电机励磁装置提供励磁电源，通过励磁装置产生直流电，直流电经过电磁感应原理产生同步三相交流电，一旦发生故障将会严重影响机组的安全运行，以致停机检修。
二、励磁变压器在励磁系统中的作用
尽管水轮机组的励磁系统有很多种，但其基本原理大同小异。大致按动作方式可以分为手动励磁调节系统和自动励磁调节系统。
通过对多种励磁系统的研究发现它们都具有以下几个装置：
1.励磁电源：为整个励磁系统和整流设备提供能量电源。一般为380V的交流电。
2.整流设备：能够把励磁电源送过来的交流电整流成可以供下一级设备利用的直流电。
3.反馈调节装置：能够依据水轮发电机出口电压与出口电流的偏差，反过来影响和改变励磁系统的电流大小，进一步可以调节发电机出口电压。这个也是实现励磁系统功能的关键部件。
4.自动切换手动装置：这个装置是为了一旦自动调节故障或者无法实现調节功能时，可以利用这个装置将自动转为手动，从而可以很快的进行励磁系统的调节，保证和保护发电机组的安全稳定运行。
5.保护装置：用于释放磁场能量。如果碰到电网和发电机组需要紧急停下来时，机组会甩掉全部或者部分负荷，这个时候发电机转子线圈磁场部分尚未使用的大量能量就需要释放，这个保护装置刚好可以接受这种能量，并且可以化整为零，这样就可以最大限度的保护机组重要设备的安全。这个装置有时候也称为灭磁回路。
励磁变压器是一种为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的装置。励磁系统通过可控硅将三相电源转化成发电机转子直流电源，形成发电机励磁磁场，通过励磁系统调节可控硅触发角，达到调节发电机端电压和无功的目的。
三、励磁变压器烧毁的原因分析
随着城网和农网改造的深入，城市和农村的用电量都有了很大程度的增加，但由于部分低压线路维护不到位，发生过负荷和短路的可能性大大增加，以致励磁变压器的电流超过额定电流几倍甚至几十倍，此时，绕组受到电磁力矩较大影响而发生移位变形。由于电流的剧增，配电励磁变压器的线圈温度迅速升高，导致绝缘加速老化，形成碎片状脱落，使线体裸露而造成匝间短路，烧坏配电励磁变压器。
1.绕组绝缘受潮
此故障主要因绝缘油质不佳或油面降低导致。
（一）励磁变压器未投入前，潮气侵入使绝缘受潮；或者励磁变压器处于潮湿场所、多雨地区，湿度过高。
（二）在储存、运输、运行过程中维护不当，水分、杂质或其他油污混入油中，使绝缘强度大幅降低。
（三）制造时，绕组内层浸漆不透，干燥不彻底，绕组引线接头焊接不良、绝缘不完整导致匝间、层间短路。配电励磁变压器绕组损坏部分发生在一次侧，主要是匝间、层间短路或绕组对地，在达到或接近使用年限时，绝缘自然枯焦变黑，失去绝缘性。
2.分接开关裸露受潮
将套管、分接开关、端盖、油阀等处渗漏油，使分接开关裸露在空气中，逐渐受潮。因为配电励磁变压器的油标指示设在油枕中部，且励磁变压器箱体到油枕内的输油管口已高出油枕底部25mm以上。励磁变压器在运行中产生的碳化物受热后又产生油焦等物质将油标呼吸孔堵塞，少量的励磁变压器油留在油标内，在负荷、环境温度变化时，油标管内的油位不变化，容易产生假油面而不重视加油。裸露的分接开关绝缘受潮一段时间后性能下降，导致放电短路，损坏励磁变压器。
3.高温过热
励磁变压器油主要是对绕组起绝缘、散热和防潮作用。励磁变压器中的油温过高，将直接影响励磁变压器的正常运行和使用寿命。正常运转中的励磁变压器分接开关，长期浸在高于常温的油中，特别是偏远农村的线路长，电压降大，使分接开关长期运行于过负荷状态，会引起分接开关触头出现碳膜和油垢，触头发热后又使弹簧压力降低，特别是触环中弹簧，由于材料和制造工艺差，弹性降低很快；或出现零件变形，分接开关的引线头和接线螺丝松动等情况，即使处理，也可能使导电部位接触不良，接触电阻增大，产生发热和电弧烧伤，电弧还将产生大量气体，分解出具有导电性能的碳化物和被熔化的铜粒，喷涂在箱体、一/二次套管、绕组层间、匝层等处，引起短路，烧坏励磁变压器。
4.本身缺陷
分接开关的质量差，结构不合理，压力不够，接触不可靠，外部字轮位置与内部实际位置不完全一致，引起动、静触头位置不完全接触，错位的动、静触头使两抽头之间的绝缘距离变小，并在两抽头之间发生短路或对地放电，短路电流很快就把抽头线圈匝烧坏，甚至导致整个绕组损坏。
5.铁芯多点接地
铁芯接地原因
（一）铁芯夹板穿心螺栓套管损坏后与铁芯接触，形成多点接地，造成铁芯局部过热而损坏线圈绝缘。
（二）铁芯与夹板之间有金属异物或金属粉末，在电磁力的作用下形成“金属桥”，引起多点接地。
（三）铁芯与夹板之间的绝缘受潮或多处损伤，导致铁芯与夹板有多点出现低电阻接地。
四、励磁变压器烧毁后的应对措施
拟定3个方案：方案1，拿烧毁的励磁变去修理；方案2，到变压器厂定做新的变压器；方案3，对现有的10kV变压器进行技改后代替。
为了比较方便，挽回发电时间以方案2所需时间20天为基准；“挽回经济损失”为800kW×挽回发电时间（天）×24×0.26（上网电价）。
对比可以发现可看出方案3所需时间最短，挽回经济损失最多，是三个方案中的最佳方案，故选择方案3实施。 五、所选方案的做法及理论依据
1.联接组别的改变
（一）原理。联接组别由Y/yn-0改变为Y/△-11，从变压器极性组别理论上很容易实现，变压器线包、铁芯等均不变，高压侧联接方式也不变，只改变低压侧各相出线的联接方式。方法是：保持低压恻各相出线端a、b、c不变，断开低压侧x、y、z、o之间的连线，然后按a接y，b接z，c接x连接即可。
（二）工艺要求。连接线不够长可用同型号的铜排搭接；连线间布置应平整，线间及线对铁芯和外壳均保持一定电气距离；线头要用氧焊焊接，焊接时应在焊接点和线包间用干净的绝缘板隔离，以免火花、热量烧伤线包，焊接后用酒精清洗一下各焊点，然后在裸铜排处包绕一层白布带。
（三）可行性。由于该技改只改变低压绕组的连线，工作量低，做法简单，工艺要求不高，完全可就地完成，只需备料一天，实施一天即可。吊芯可用厂房内的桥式吊车。根据变压器吊芯检查规定：630kVA以下变压器器身在空气中停留不超过12h（空气相对湿度不超过75%的天气），可不做干燥处理，因此可免去干燥处理的麻烦。该方案是可行的。
2.电压的校验
（一）高压侧。高压侧在技改中并未改动，原额定电压为10kV，现用于6.3kV，耐压方面完全符合要求。
（二）低压侧。低压侧三相绕组由Y型连接变成△连接根据励磁系统三相半控桥对励磁变额定二次电压的要求为励磁变二次额定电压應大于1.7倍发电机额定转子电压，即U2e、>1.7ULe=1.7×71.6=122V，也符合要求。
六、结束语
随着水电站机组单机容量的增加，对于励磁系统的发展和创新要求也越来越高，在励磁变压器的日常维护中，我们一定要及时发现事故，消除事故隐患，“预防为主，防治结合，综合治理”这样才能保证水轮发电机组和电力系统的安全稳定运行。
参考文献：
[1]杨冠城.电力系统自动装置原理[M].北京：中国电力出版社，2010（3）.
[2]王云亮.电力电子技术[M].北京：电子工业出版社，2010（7）.
[3]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2012（4）.
[4]徐萍，卢政伟，曲文奇等.大型变压器过励磁微机继电保护的应用[J].冶金动力，2011（2）.
【关键词】 励磁变压器；水电站；应对措施
一、前言
励磁变压器可以为发电机励磁装置提供励磁电源，通过励磁装置产生直流电，直流电经过电磁感应原理产生同步三相交流电，一旦发生故障将会严重影响机组的安全运行，以致停机检修。
二、励磁变压器在励磁系统中的作用
尽管水轮机组的励磁系统有很多种，但其基本原理大同小异。大致按动作方式可以分为手动励磁调节系统和自动励磁调节系统。
通过对多种励磁系统的研究发现它们都具有以下几个装置：
1.励磁电源：为整个励磁系统和整流设备提供能量电源。一般为380V的交流电。
2.整流设备：能够把励磁电源送过来的交流电整流成可以供下一级设备利用的直流电。
3.反馈调节装置：能够依据水轮发电机出口电压与出口电流的偏差，反过来影响和改变励磁系统的电流大小，进一步可以调节发电机出口电压。这个也是实现励磁系统功能的关键部件。
4.自动切换手动装置：这个装置是为了一旦自动调节故障或者无法实现調节功能时，可以利用这个装置将自动转为手动，从而可以很快的进行励磁系统的调节，保证和保护发电机组的安全稳定运行。
5.保护装置：用于释放磁场能量。如果碰到电网和发电机组需要紧急停下来时，机组会甩掉全部或者部分负荷，这个时候发电机转子线圈磁场部分尚未使用的大量能量就需要释放，这个保护装置刚好可以接受这种能量，并且可以化整为零，这样就可以最大限度的保护机组重要设备的安全。这个装置有时候也称为灭磁回路。
励磁变压器是一种为发电机励磁系统提供三相交流励磁电源的装置。励磁系统通过可控硅将三相电源转化成发电机转子直流电源，形成发电机励磁磁场，通过励磁系统调节可控硅触发角，达到调节发电机端电压和无功的目的。
三、励磁变压器烧毁的原因分析
随着城网和农网改造的深入，城市和农村的用电量都有了很大程度的增加，但由于部分低压线路维护不到位，发生过负荷和短路的可能性大大增加，以致励磁变压器的电流超过额定电流几倍甚至几十倍，此时，绕组受到电磁力矩较大影响而发生移位变形。由于电流的剧增，配电励磁变压器的线圈温度迅速升高，导致绝缘加速老化，形成碎片状脱落，使线体裸露而造成匝间短路，烧坏配电励磁变压器。
1.绕组绝缘受潮
此故障主要因绝缘油质不佳或油面降低导致。
（一）励磁变压器未投入前，潮气侵入使绝缘受潮；或者励磁变压器处于潮湿场所、多雨地区，湿度过高。
（二）在储存、运输、运行过程中维护不当，水分、杂质或其他油污混入油中，使绝缘强度大幅降低。
（三）制造时，绕组内层浸漆不透，干燥不彻底，绕组引线接头焊接不良、绝缘不完整导致匝间、层间短路。配电励磁变压器绕组损坏部分发生在一次侧，主要是匝间、层间短路或绕组对地，在达到或接近使用年限时，绝缘自然枯焦变黑，失去绝缘性。
2.分接开关裸露受潮
将套管、分接开关、端盖、油阀等处渗漏油，使分接开关裸露在空气中，逐渐受潮。因为配电励磁变压器的油标指示设在油枕中部，且励磁变压器箱体到油枕内的输油管口已高出油枕底部25mm以上。励磁变压器在运行中产生的碳化物受热后又产生油焦等物质将油标呼吸孔堵塞，少量的励磁变压器油留在油标内，在负荷、环境温度变化时，油标管内的油位不变化，容易产生假油面而不重视加油。裸露的分接开关绝缘受潮一段时间后性能下降，导致放电短路，损坏励磁变压器。
3.高温过热
励磁变压器油主要是对绕组起绝缘、散热和防潮作用。励磁变压器中的油温过高，将直接影响励磁变压器的正常运行和使用寿命。正常运转中的励磁变压器分接开关，长期浸在高于常温的油中，特别是偏远农村的线路长，电压降大，使分接开关长期运行于过负荷状态，会引起分接开关触头出现碳膜和油垢，触头发热后又使弹簧压力降低，特别是触环中弹簧，由于材料和制造工艺差，弹性降低很快；或出现零件变形，分接开关的引线头和接线螺丝松动等情况，即使处理，也可能使导电部位接触不良，接触电阻增大，产生发热和电弧烧伤，电弧还将产生大量气体，分解出具有导电性能的碳化物和被熔化的铜粒，喷涂在箱体、一/二次套管、绕组层间、匝层等处，引起短路，烧坏励磁变压器。
4.本身缺陷
分接开关的质量差，结构不合理，压力不够，接触不可靠，外部字轮位置与内部实际位置不完全一致，引起动、静触头位置不完全接触，错位的动、静触头使两抽头之间的绝缘距离变小，并在两抽头之间发生短路或对地放电，短路电流很快就把抽头线圈匝烧坏，甚至导致整个绕组损坏。
5.铁芯多点接地
铁芯接地原因
（一）铁芯夹板穿心螺栓套管损坏后与铁芯接触，形成多点接地，造成铁芯局部过热而损坏线圈绝缘。
（二）铁芯与夹板之间有金属异物或金属粉末，在电磁力的作用下形成“金属桥”，引起多点接地。
（三）铁芯与夹板之间的绝缘受潮或多处损伤，导致铁芯与夹板有多点出现低电阻接地。
四、励磁变压器烧毁后的应对措施
拟定3个方案：方案1，拿烧毁的励磁变去修理；方案2，到变压器厂定做新的变压器；方案3，对现有的10kV变压器进行技改后代替。
为了比较方便，挽回发电时间以方案2所需时间20天为基准；“挽回经济损失”为800kW×挽回发电时间（天）×24×0.26（上网电价）。
对比可以发现可看出方案3所需时间最短，挽回经济损失最多，是三个方案中的最佳方案，故选择方案3实施。 五、所选方案的做法及理论依据
1.联接组别的改变
（一）原理。联接组别由Y/yn-0改变为Y/△-11，从变压器极性组别理论上很容易实现，变压器线包、铁芯等均不变，高压侧联接方式也不变，只改变低压侧各相出线的联接方式。方法是：保持低压恻各相出线端a、b、c不变，断开低压侧x、y、z、o之间的连线，然后按a接y，b接z，c接x连接即可。
（二）工艺要求。连接线不够长可用同型号的铜排搭接；连线间布置应平整，线间及线对铁芯和外壳均保持一定电气距离；线头要用氧焊焊接，焊接时应在焊接点和线包间用干净的绝缘板隔离，以免火花、热量烧伤线包，焊接后用酒精清洗一下各焊点，然后在裸铜排处包绕一层白布带。
（三）可行性。由于该技改只改变低压绕组的连线，工作量低，做法简单，工艺要求不高，完全可就地完成，只需备料一天，实施一天即可。吊芯可用厂房内的桥式吊车。根据变压器吊芯检查规定：630kVA以下变压器器身在空气中停留不超过12h（空气相对湿度不超过75%的天气），可不做干燥处理，因此可免去干燥处理的麻烦。该方案是可行的。
2.电压的校验
（一）高压侧。高压侧在技改中并未改动，原额定电压为10kV，现用于6.3kV，耐压方面完全符合要求。
（二）低压侧。低压侧三相绕组由Y型连接变成△连接根据励磁系统三相半控桥对励磁变额定二次电压的要求为励磁变二次额定电压應大于1.7倍发电机额定转子电压，即U2e、>1.7ULe=1.7×71.6=122V，也符合要求。
六、结束语
随着水电站机组单机容量的增加，对于励磁系统的发展和创新要求也越来越高，在励磁变压器的日常维护中，我们一定要及时发现事故，消除事故隐患，“预防为主，防治结合，综合治理”这样才能保证水轮发电机组和电力系统的安全稳定运行。
参考文献：
[1]杨冠城.电力系统自动装置原理[M].北京：中国电力出版社，2010（3）.
[2]王云亮.电力电子技术[M].北京：电子工业出版社，2010（7）.
[3]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2012（4）.
[4]徐萍，卢政伟，曲文奇等.大型变压器过励磁微机继电保护的应用[J].冶金动力，2011（2）.