一.概要

通常、発電機の出口端に接続されているが、発電機の出口電圧は高いが、励磁システムの定格電圧は低いため、降圧トランスが必要である。

発電機用励磁変圧器の安全、安定運転は、自並励ユニットの安全、安定運転の前提であり、発電ユニットの安定発電、フル負荷発電の先決条件であり、励磁システムの信頼できる運転の鍵である。

励磁システムに必要な電力は発電機出口から取得され、励磁トランスの役割は発電機出口電圧（22 kV）を電力制御可能なシリコンの入力電圧（850 V）に下げ、発電機端と励磁巻線の間に電気的隔離を提供するとともに、電力制御可能なシリコンの整流インピーダンスとしても使用される。

二.励磁変圧器の形式と特徴

励磁トランスは、絶縁方式によって主に4種類の型式がある

（1）エポキシ樹脂注入乾式変圧器。

（2）無アルカリガラス繊維巻き付け浸漬乾式変圧器。

（3）MORA型乾式変圧器。

（4）油浸変圧器。

油浸変圧器は伝統的な変圧器であり、現在は次第に乾式変圧器に取って代わられている。

乾式変圧器は防火、防爆及び環境保護性能が優れているなどの特徴があり、励磁変圧器の主流応用となっている。

世界でdi 1台のエポキシ乾式変圧器は1964年に西ドイツAEG社が製造した。

エポキシ樹脂注入乾式変圧器の特徴：

（1）絶縁強度が高く、注型用エポキシ樹脂は18〜22 kV／mmの絶縁破壊場強度を有し、かつ電圧レベルが同じ油浸変圧器とほぼ同じ雷衝撃強度を有する。

（2）短絡抵抗が強い。

（3）防災性能が際立ち、エポキシ樹脂は難燃性であり、自ら消灯でき、爆発を起こさない。

（4）環境性能が優れ、エポキシ樹脂は防湿、防塵で、劣悪な環境条件下で運行することができる。

（5）メンテナンス作業量が少ない。

（6）運転損失が低く、運転効率が高く、騒音が低い。

（7）小型、軽量、取り付け調整が便利

MORA型乾式変圧器の特徴は以下の通り：

（1）MORA型乾式変圧器はここ10年来、ドイツのMORA変圧器工場が環境保護の新概念と応用の新技術、新材料に適応するために開発した新型変圧器である。

（2）MORA型乾式変圧器の高圧巻線は絶縁性の良いセラミック絶縁ブラケットに層をなして平らに巻かれている。高低圧巻線と巻線の間には縦方向と横方向に冷却風路があり、変圧器は良好な短時間過負荷と短絡抵抗能力を持っている。

（3）MORA型乾式変圧器は真空状態で巻線に複合絶縁塗料を浸漬してから乾燥し、プロセスが簡単である。

（4）変圧器巻線絶縁はガラス繊維又はNOMEX紙から構成され、F又はH級絶縁レベルに達する。

（5）MORA型は良好な難燃特性を有する。

（6）MORAタイプは失効後に取り外し可能。巻線材料はリサイクル可能である。

（7）MORA型は設備と金型を鋳造する必要がなく、初期投資は大幅に節約でき、製品設計の柔軟性が大きい。

（8）MORA型運行維持作業量がやや大きく、修理が比較的容易である。

現在、欧州やアジアではエポキシ樹脂注入式変圧器が多く、米国ではMORA型が多い。

エポキシ樹脂注入乾式基準衝撃レベルは250 kVに達することができ、MORA型は150 kVである。

エポキシ樹脂注入乾式変圧器は大容量で20 MVAに達することができ、MORA型は8〜10 MVAにしか達することができない。 [1]

三.励磁トランスの一般的な要件

自己並列励磁方式を採用した発電機で、その励磁電源の励磁電力整流器は励磁トランスから電力を供給する。励磁変圧器の高圧側は通常発電機の端母線に接続され、低圧側はサイリスタ管の三相全制御ブリッジ整流器に接続され、励磁電力欄流器の負荷は非常に人インダクタンスがあり、対地絶縁の発電機に回送される。励磁変圧器の負荷及び結線の特徴、及び電力網と発電所の発電機励磁システムに対する特定の要求は、自並励の水車発電機励磁変圧器の動作条件及び技術要求を一般的に応用されている電力変圧器と完全に同じではなく、主に以下の方面を含む。

（1）励磁変圧器の巻線電流は非正弦波電流であり、変圧器の設計は巻線中の高調波電流の影響を考慮する必要がある。発電機回転子の時問定数は通常数秒級であるため、弊励磁電力整流装置のサイリスタ電流及び交流側（すなわち励磁変低圧側）線電流はいずれも矩形波として見られ、基本波成分と高調波成分が存在し、高調波電流は変圧器の銅損と鉄損を増加させ、発電機端電圧波形を歪ませる。したがって、励磁変圧器の設計と製造時には変圧器巻線の高調波電流の影響を考慮する必要があり、変圧器の鉄心磁気密度、容量、過負荷能力などを含めて高調波電流の影響を考慮する必要がある。高調波電流は変圧器動作の高調波ノイズを引き起こす可能性があるので、鉄心と巻線の構造及び機械的強度において、高調波ノイズを低減する措置を考慮する必要がある。

（2）発電機端にクリプトン接続された励磁変圧器として、発電機端の電気設備の技術要求に従って設計する必要がある。GB 1094.1「電力変圧器第1部総則」の要求に従って、発電機負荷時、変圧器と発電機が接続されている端子には、1.4倍定格電圧に耐えられ、5 sの時間がかかるべきである。通常、発電機端電圧が1.3倍定格電圧の過電圧下で60 s運転することが要求される。励磁変圧器は110%定格電圧下で長期にわたって連続運転することができるべきである。

（3）励磁トランス低圧巻線定格電圧は発電機の励磁時の励磁ピーク電圧要求を満たすように設計選択しなければならない。発電機が強励する場合、励磁電力整流器の出力電圧に対して比較的に高い要求があり、発電機励磁ピーク値電圧である。励磁ピーク電圧は発電機のある電力システムの要求に応じて選択される。

（4）変圧器の容量は発電機の長期連続運転に要求される励磁能力を満たすことができ、発電機の励磁電流と電圧が発電機の定格負荷の下で励磁電流と電圧の1.1倍の時、長期連続運転ができる。

（5）励磁トランスの過負荷能力は発電機の強励の励磁容量及び持続時間の要求を満たすことができるべきである。励磁トランスは発電機が強励磁すると、発電機は励磁ピーク電圧下で動作し、励磁電流の定常値も励磁ピーク電流である。この場合、励磁電力は励磁トランスの負荷能力に高い要求がある。

（6）励磁トランスの高圧、低圧巻線間に静電遮断シールドを設置して接地する必要がある。変圧器投入と高圧側過渡電圧時には、励磁変圧器の高圧、低圧巻線間の分布容量により、励磁変圧器の低圧巻線上に過電圧が発生する。この時の励磁変圧器の低圧側の過電圧を減らすために、励磁変圧器の高圧、低圧巻線の間に静電遮蔽を設置し、変圧器の鉄心と一緒に接地し、過電圧が励磁電力整流器の安全を脅かすことを避ける必要がある。静電遮蔽は変圧器の低圧巻線の高調波及び過電圧が高圧巻線及び電力網に与える影響を低減し、励起を高めることができる

四.磁気変圧器の電磁互換性。

そのほか、励磁変圧器は電力変圧器の応用カテゴリとして、一般的な電力変圧器の技術要求を満たす必要がある。主に次の点が含まれます。

（1）運転温度上昇及び絶縁耐熱レベル。

（2）短絡能力を受ける。

（3）絶縁レベル。

（4）補助設備に対する放置要求、電流相互誘導器、温度監視設備などを含む。

（5）その他、例えばノイズレベル、局所放電レベル、三相対称性。

五.実際の工事応用は励磁変圧器に対してまだいくつかの工事関連の技術要求があり、例えば：

（1）励磁トランスのタイプ及び構造。

（2）組立方式及び防護レベル。

（3）発電所現場での設置方式及び要求、発電機母線との接続などを含む。

輸送を容易にしたり、発電機の位相分離閉鎖母線との接続に適したりするために、大型発電機励磁変圧器は通常、単相変圧器から三相変圧器群を構成する構造方式を採用し、単相変圧器に同じ構造と良好な互換性が要求されている。

六.励磁トランスの構造と設計

以下にエポキシ樹脂注入乾式変圧器を例に紹介する。

てっしん

鉄心は変圧器の磁路であり、シリコン鋼片やクランプ装置などからなる。カルシウム心の材質は良質の冷間圧延結晶粒を用いて珪素鋼片に配向し、45°全斜継ぎ目構造の心棒は絶縁テープで傘で突き刺され、表面は特殊樹脂で密封されている。コアは点接地でなければならない。そうしないと、環流が形成されて損失が増大する。変圧器の空荷損失は主に鉄心の損失である。

変圧器の空負荷損失を低減する主な措置：

①変圧器の鉄心創磁密を低減する、

②良質な鉄心シリコーン鋼板材料を選択する、

③コアシートの厚さを減らす

④全斜継ぎ目構造を採用する。

まきせん

巻線は乾式変圧器の重要な構成部分であり、主に導線（亜鉛線）と絶縁構造（樹脂）から構成されている。

巻線の構造は定格容量、定格電圧、使用条件などを決定する。

変圧器の負荷損失は、抵抗損失及び巻線導線における付加損失等から構成される。巻線計算は次の要件を満たす必要があります。

（1）電気強度。巻線絶縁は大陸標準規定またはユーザーの要求する工数、雷衝撃試験電圧要求を満たし、一定のマージンを残していなければならない。

（2）耐熱強度。負荷運転の場合、巻線温度上昇は絶縁材料の耐熱等級に規定された温度上昇限界値を超えてはならない。

（3）機械的強度。乾式変圧器の巻線が短絡電流の作用下で発生する電気動力は巻線の変位と短絡インピーダンスを変化させ、両者は大陸基準の要求を満たすべきである。

注型乾式変圧器の場合。金型内に高圧巻線用樹脂を注入し、低圧巻線端部を樹脂で封止した。

巻線材質は主に銅材とアルミニウム材である。樹脂系と導電材料自体の物性に応じて、ガラス繊維フィラメントに充填された樹脂系の熱膨張係数は銅の熱膨張係数に近いため、ガラス繊維フィラメントに充填された乾式変圧器は銅導体を多用する。シリコン微粉充填樹脂系の熱膨張係数はアルミニウムの熱膨張係数に近いため、シリコン微粉充填の乾式変圧器はアルミニウム導体を多用する。アルミニウム巻線乾式変圧器は機械的強度が悪く、溶接品質に対する要求が高いほど不足している。

変圧器巻線に使用される導体には主に線形と箔形の2種類がある。

巻線パターンには主に層巻線と箔巻線がある。

高圧巻線の巻線技術が成熟し、絶縁品質が信頼でき、自動化の程度が高く、使用率は70%以上に達した。

低圧箔式巻線は工効性が高く、材料を節約し、磁気漏れが少なく、短絡抵抗が強く、使用率は90%以上である。

七.励磁トランスの選択

励磁変圧器は設計と構造については、通常の配電変圧器と同様に、短絡電圧は4%〜8%である。励磁変圧器は信頼性が必要であることを考慮し、励磁時には一定の過負荷能力が必要である。また、励磁電源は一般的に予備電源を設計しないため、メンテナンスが簡単で過負荷能力の高い乾式変圧器を選択することが望ましい。励磁システムのコスト削減から言えば、油浸変圧器を採用することも可能である。

励磁変圧器が屋外に設置されている場合、変圧器の副方から整流橋までの間の給線。リアクタンス電圧降下があるため、長すぎるのはよくありません。特に励磁電流が大きい場合、この点は考慮しなければなりません。また、単芯シースケーブルを使用するのは適切ではありません。消しゴムケーブルを選択する必要があります。単心シースケーブルが交流に通電すると、鋼甲に高い電圧と無視できない電流が感知され、通信ケーブルに干渉するためだ。

①励磁トランスの性能と配線。励磁変圧器が備える性能と配線、例えば型式、定格容量（励磁システムの要求を満たす）、温度上昇、絶縁耐圧要求、変圧器三相グループ配線グループ、絶縁等級、ノイズレベル、局所放電レベルを明確に要求しなければならない。

②技術的要件。励磁変圧器の詳細な技術要求を明確にし、選択型の中には、励磁変圧器に大陸部の有名メーカーの製品を選択するように要求する水力発電所もある。

③電気制動停止を採用するユニットに対して、励磁変圧器が制動変圧器を兼ねるかどうかを明確にする必要がある。