农村水电站主变应采用升压变压器

农村水电站主变应采用升压变压器

　　农村水电站都是采用单机500kW及以下的低压水轮发电机，电能一般都采用经主变升压至10kV电压送出，与县电网并列运行的输电形式。而我国目前10kV电压等级的变压器中，尚无正规的升压变压器标准系列，只有变比为0.4/10±5%kV的配变系列。所以，农村水电站的主变几乎都是采用普通配变，将其原、副边调换过来代替升压变压器使用。将配变做主变使用时，电站发电机在额定电压(0.4kV)下运行，主变的输出电压最高可达10.5kV。但农村水电站绝大多数是处在边远山区，离并网点较远，故其输电(并网)线路的电压降一般都比较大。为了达到与县电网顺利并列的目的，电站只有采取提高发电机端电压的运行方式，使主变的输出电压升得更高一些来弥补线路上的电压降。发电机长期处在高电压运行是十分不利的，必须予以解决，以保证电站的安全、经济运行。

　　1 对定子的影响

　　由于发电机的运行电压过高，致使定子铁心中的磁通密度大为增加。因为铁损是与磁通(或电压)的平方成正比的，所以导致铁损的大幅度增加，从而造成铁心的温升大幅度增高。 

　　2 对定子绕组的影响 

　　运行电压的升高，必将加速定子绕组绝缘的老化、变质、失效。特别是那些绝缘已经开始老化，或某些绝缘存在薄弱环节的发电机，当运行电压过高时，就会造成绝缘薄弱环节被击穿而发生短路事故。

　　3 对机座的影响 

　　小型发电机在设计制造时，因磁通取得比较高，其在正常运行时，定子铁心处在一定程度的磁饱和状态之下。一旦发电机的运行电压超过其额定值过多，将会因电压的升高而导致铁心磁通密度的大量增加，使本已处在一定程度磁饱和状态下的铁心，呈现出过度磁饱和状态，因而会使更多的磁通逸出轭部(即随着定子铁心磁通密度的增大，漏磁通也会相应增加)，穿绕发电机外壳部分构件(如发电机端盖、铁心背部以及定子绕组端部的固定金属件等)，形成另外的磁环回路，因而会在这些构件中产生大量的涡流，导致其局部过热，严重者可使这些金属构件因过热而出现火星。 

　　4 对转子绕组的影响

　　我们知道，发电机的端电压取决于电枢绕组切割气隙磁场的速度和气隙磁场的强弱两个因素。因发电机的额定转速是不能改变的(否则频率就无法满足要求)，所以，发电机在运行中(特别是在保证其有功出力不变的情况下)要提高端电压，只有增大励磁电流使气隙磁场增强才能达到目的。但由于励磁电流的增大，将会造成转子绕组发热增加而温升增大，甚至使温升超过允许数值，这是极为不利的运行工况，因此，必须将励磁电流减小，以保证转子绕组的安全运行。如此一来便会使发电机的运行功率因数值升高(一般为0.95左右)，造成发电机难以发足应该发出的无功功率的不利状况。

　　5 对主变的影响 

　　普通配变原、副边的额定电压分别为10kV±5%及0.4kV，当发电机输出电压高于其额定电压时(即高于0.4kV)，电站主变低压侧将承受高于其额定电压的输入电压，经电磁感应作用使其高压侧的输出电压也高于其额定值。即电站主变是处在超出其额定电压值的工况下运行，若主变长期处于如此工况下，必将使其绝缘加速老化、变质、失效而缩短其使用寿命。

　　另外，因为一般小型电力变压器在设计制造时，其磁通密度就取得比较高，使其在额定电压工况下运行时，其铁心就已近于磁饱和状态。若变压器在运行之中，电源输入侧(原边)所承受的电压高于其额定值，使变压器处于超出额定电压工况下运行，将会促使变压器的铁心呈现出磁过饱和状态，造成副边的输出电压波形发生畸变(含有大量的高次谐波分量)。不仅如此，由于铁心的过饱和，必将使变压器的铁损增加，空载电流和温升也都会增大，变压器的运行效率则会下降。

　　6 改进措施

　　6.1正在兴建的农村水电站 

　　主变订货时必须向生产厂家特别提出，主变的变比一定要满足0.4/11±5%kV的要求。选用这种变比的变压器做主变，其输出电压要比采用普通配变做主变的输出电压高10%，所以可使发电机的运行电压降回到额定值，则发电机的运行功率因数值也可恢复到额定值，既改善了发电机和主变的运行条件，又可发足无功功率。

　　6.2已投产的农村水电站

　　对这类已投产的老水电站，可采用增加变压器高压侧绕组匝数的办法改造主变。一般以增加原有绕组匝数的10%为准，匝数增加之后应将三档(+5%、0、-5%)的抽头按要求进行改接。

　　此外，笔者建议有关科研、生产单位，研制10kV电压等级标准系列升压变压器，以满足农村水电站需要，也填补该系列变压器的空白。