勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

1、#大學(xué)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)50MW電站勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算指導(dǎo)老師：胡先洪王波、張敬學(xué)生姓名：#電氣工程及自動(dòng)化2002級(jí)1發(fā)電機(jī)組參數(shù) 32勵(lì)磁變壓器技術(shù)參數(shù)計(jì)算 32.1二次側(cè)額定線電壓計(jì)算 32.2二次側(cè)額定線電流計(jì)算 42.3額定容量計(jì)算 43晶閘管整流元件技術(shù)參數(shù)計(jì)算 53.1晶閘管元件額定電壓的選擇 53.2晶閘管元件額定電流的選擇 54快速熔斷器參數(shù)計(jì)算 65勵(lì)磁電纜計(jì)算 76滅磁及過壓保護(hù)計(jì)算 76.1滅磁閥片計(jì)算 76.2過電壓保護(hù)計(jì)算 97直流斷路器計(jì)算 98附錄 121 發(fā)電機(jī)組參數(shù)A.%2 額定容量（MVA）58.8B.%2 額定功率因數(shù)（滯后）0.85C.%2 額定電壓（kV）1

2、0.5D.%2 額定頻率（Hz）50E.%2 相數(shù) 3F.%2 空載勵(lì)磁電壓（V）62G.%2 額定負(fù)荷及功率因素下勵(lì)磁電壓（V）164H.%2 空載勵(lì)磁電流（A）592I.%2 額定負(fù)荷下勵(lì)磁電流（A）1065J.%2 勵(lì)磁繞組絕緣的最高耐壓（直流 V）1500K.%2 勵(lì)磁繞組 752 的電阻（Q）0.1307L.%2 直軸瞬態(tài)開路時(shí)間常數(shù) Tdo（s）6.76M.%2 直軸瞬態(tài)短路時(shí)間常數(shù) Td（s）1.82N.%2 直軸同步電抗（Xd）1.059一、O.%2 直軸瞬態(tài)電抗（Xd）0.3082 勵(lì)磁變壓器技術(shù)參數(shù)計(jì)算2.1二次側(cè)額定線電壓計(jì)算勵(lì)磁系統(tǒng)保證在機(jī)端正序電壓下降到額定值的 80

3、%時(shí)，能夠提供勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓。勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電壓為發(fā)電機(jī)額定容量時(shí)勵(lì)磁電壓的 2.0 倍。A.具體計(jì)算公式：KuUfNUfT2二0.81.35cos二min式中：Ku-電壓強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)（豆=10W）,取 2.0 倍（在 80%UGN下）綜合考慮，取UfN=360V2.2二次側(cè)額定線電流計(jì)算0.85 的勵(lì)磁電流的 1.1 倍時(shí)，能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。A.具體計(jì)算公式:IfT2二K/fN式中:裕度系數(shù) 1.10IfN-發(fā)電機(jī)額定容量、額定電壓和功率因素時(shí)勵(lì)磁電流B.針對(duì)本文設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組:IfT2=1.11065-=956A；32.3額定容量計(jì)算SfT2=._3UfT21fT210&.3360956

4、10=596KVA取標(biāo)準(zhǔn)容量：630KVA勵(lì)磁變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)表:額定容量630KVA一次額定電壓10.5KVfN發(fā)電機(jī)額定容量時(shí)勵(lì)磁電壓B.針對(duì)本文設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組:fT22.01640.81.35cos10=308V勵(lì)磁系統(tǒng)保證當(dāng)發(fā)電機(jī)在額定容量58.8MVA、額定電壓和功率因素為二次額定電壓360V接線組別YD11型式三相環(huán)氧澆注干式整流勵(lì)磁變壓器3 晶閘管整流元件技術(shù)參數(shù)計(jì)算029f7-Numbered_c217b22d-f460-4906-ab6d-aded5f55a399-Numbered_580f44fe-ff77-4c15-a89c-434cfb6d8bb1-Nu品閘管元件額定電壓的

5、選擇在 1.1 倍負(fù)荷運(yùn)行溫度下， 晶閘管整流器所能承受的反向峰值電壓不小于 2.75 倍勵(lì)磁變壓器二次側(cè)最大峰值電壓。品閘管反向重復(fù)峰值電壓具體計(jì)算公式：URRM_K、.2UfN式中：K電壓裕度系數(shù)，取 2.75;UfN-勵(lì)磁變壓器二次側(cè)線電壓。針對(duì)本文設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組：URRM_Ku.2UfN_2.75.2360_1400V?。篣RRM=2600V029f7-Numbered_c217b22d-f460-4906-ab6d-aded5f55a399-Numbered_580f44fe-ff77-4c15-a89c-434cfb6d8bb1-Nu品閘管元件額定電流的選擇品閘管整流裝置采用三相全控

6、橋式結(jié)構(gòu)，滿足發(fā)電機(jī)各種工況下（包括強(qiáng)勵(lì)）對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求。品閘管整流橋并聯(lián)支路數(shù)按（n-1）原則考慮冗余，即一橋故障時(shí)能滿足包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有功能， 二橋故障時(shí)能滿足除強(qiáng)勵(lì)外所有運(yùn)行方式的要求。A.針對(duì)本文設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組：?jiǎn)螛蜻\(yùn)行滿足額定容量勵(lì)磁電流的 1.1 倍時(shí)，單橋輸出為：1.11065=1172A雙橋并聯(lián)運(yùn)行滿足發(fā)電機(jī)額定容量勵(lì)磁電流 2.0 倍強(qiáng)勵(lì)能力時(shí)，單橋輸出為：2.01065/2=1065A按單橋最大輸出 1172A 計(jì)算，單個(gè)橋臂流過的電流平均值：1TAV=0.5771172/1.57=431(A)取電流裕度系數(shù) Ki=2.0 晶閘管元件的正向平均電流值：lT(Av)=Kil

7、T(av)=2.0431=862(A)?。篒T(AV)=1400A。實(shí)際單柜輸出能力：l=1.571400/2/0.577=1905(A)采用 2 柜并聯(lián)時(shí)，額定工況下每柜實(shí)際負(fù)荷電流：i=1065/2=533(A)裕度系數(shù)：1905/533=3.6根據(jù)以上計(jì)算，選取 ABB 公司生產(chǎn)的晶閘管 5STP16F2600,通態(tài)平均電流1400A,反向重復(fù)峰值電壓 2600V0晶閘管設(shè)計(jì)參數(shù)表:型號(hào)5STP16F2600反向重復(fù)峰值電壓2600V通態(tài)平均電流1400A制造廠家ABB 公司4 快速熔斷器參數(shù)計(jì)算根據(jù)品閘管選型，計(jì)算單柜輸出 1172A 電流時(shí)，單個(gè)橋臂流過的電流有效化i=0.57711

8、72=676(A)選取快速熔斷器額定電流 800A5 勵(lì)磁電纜計(jì)算勵(lì)磁變到整流柜陽(yáng)極電纜計(jì)算根據(jù)晶閘管選型計(jì)算，長(zhǎng)期運(yùn)行電流最大為 1172A,按照 1mm2通過 2.5A 電流計(jì)算電纜截面：Sa=0.8161172/2.5=383mm2勵(lì)磁變到整流柜陽(yáng)極電纜截面積應(yīng)大于 383mm2。勵(lì)磁變到整流柜陽(yáng)極電纜計(jì)算機(jī)組額定勵(lì)磁電流為 1065A,按照 1mm2通過 2.5A 電流計(jì)算電纜截面：2S：；尸1.110632.5=469mm轉(zhuǎn)子到滅磁開關(guān)的連接電纜截面積應(yīng)大于 469mm2。6 滅磁及過壓保護(hù)計(jì)算滅磁閥片計(jì)算滅磁電阻采用 ZnO 非線性電阻。在最嚴(yán)重滅磁工況下，需要非線性電阻承受的耗能

9、容量不超過其工作能容量的 80%,在 20%的非線性電阻組件退出運(yùn)行時(shí)，仍能滿足滅磁設(shè)備的要求。非線性電阻能在盡可能短的時(shí)間內(nèi)釋放磁場(chǎng)能量，滅磁過程中，勵(lì)磁繞組反向電壓不高于勵(lì)磁繞組出廠對(duì)地耐受試驗(yàn)電壓幅值的 50%。A.針對(duì)本文設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組：1 轉(zhuǎn)子繞組的最大儲(chǔ)能:121.2Wfmax=3.5Wf0=3.5LfIf0=3.5Td0RfIf022式中：Wfmax一轉(zhuǎn)子繞組的最大儲(chǔ)能，J；Wf0一轉(zhuǎn)子繞組的空載儲(chǔ)能，J;Lf0一轉(zhuǎn)子繞組在空載時(shí)不飽和電感，H;If0一空載勵(lì)磁電流，If0=592A;Td0一直軸瞬態(tài)開路時(shí)間常數(shù)，Td0=6.76s；Rf-轉(zhuǎn)子繞組直流電阻(75C 溫度時(shí))，Rf

10、=0.1307Q。2因此，Wfmax=3.56.760.1307592=0.54MJZnO 非線性電阻計(jì)算：采用 ZnO 非線性電阻滅磁時(shí)，所需的滅磁電阻的能容量：WN=K1K2Wfmax=1.250.730.540.49MJ式中：KI為容量?jī)?chǔ)備系數(shù)， 在 20%的非線性電阻組件退出運(yùn)行時(shí)， 仍能滿足滅磁設(shè)備的要求，KI=1/0.8=1.25;K2為耗能分配系數(shù)，因轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能量不完全消耗于滅磁電阻中，還有轉(zhuǎn)子電阻、磁場(chǎng)斷路器、阻尼繞阻及發(fā)電機(jī)的整鍛鐵心中均有耗能，水發(fā)機(jī)組取經(jīng)驗(yàn)值0.73;汽發(fā)機(jī)組取經(jīng)驗(yàn)值 0.5。Wfmax為最大轉(zhuǎn)子儲(chǔ)能。實(shí)際取 0.8MJ。滅磁殘壓計(jì)算：滅磁過程中， 勵(lì)磁繞組

11、反向電壓不高于勵(lì)磁繞組出廠對(duì)地耐受試驗(yàn)電壓幅值的 50%,不低于勵(lì)磁繞組出廠對(duì)地耐受試驗(yàn)電壓幅值的 30%。164X10X1.414=2320(V)50%X2320=1160(V)30%X2320=696(V)故滅磁殘壓實(shí)際選?。篤RV=900V滅磁閥片設(shè)計(jì)參數(shù)表：電阻材料ZnO滅磁殘壓900V滅磁能量0.8MJ6.2 過電壓保護(hù)計(jì)算過電壓保護(hù)動(dòng)作電壓最低瞬時(shí)值高于最大整流電壓的峰值，并高于自動(dòng)滅磁裝置正常動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的過電壓值，動(dòng)作電壓最高瞬時(shí)值低于功率整流橋的最大允許電壓，且最大不超過勵(lì)磁繞組出廠對(duì)地耐壓試驗(yàn)電壓幅值的 70%,過電壓保護(hù)動(dòng)作值的變化范圍不超過土 10%。A.針對(duì)本文設(shè)計(jì)的發(fā)

12、電機(jī)組：最大整流電壓的峰值：360X1.414=509(V)自動(dòng)滅磁裝置正常動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的過電壓值：900V功率整流橋的最大允許電壓：2600V勵(lì)磁繞組出廠對(duì)地耐壓試驗(yàn)電壓幅值的 70%:70%X2320=1624(V)綜合考慮，取過壓保護(hù)動(dòng)作值為 1200V。采用 ZnO 非線性滅磁電阻兼作過壓保護(hù)，由過壓保護(hù)跨接器控制，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組過電壓超過過壓保護(hù)跨接器整定值時(shí)，過壓保護(hù)跨接器動(dòng)作，觸發(fā)過壓保護(hù)回路晶閘管，投入滅磁電阻，將轉(zhuǎn)子繞組過電壓限制在滅磁殘壓值。7 直流斷路器計(jì)算建壓能力計(jì)算：采用交流滅磁方式，跳滅磁開關(guān)的同時(shí)封鎖脈沖，滅磁開關(guān)建壓能力滿足：UKURV+U式中：UK滅磁開關(guān)建壓;UR

13、V-滅磁電阻殘壓；U 一滅磁時(shí)整流柜輸出最大整流電壓滅磁電阻殘壓：900V由于交流滅磁時(shí)利用陽(yáng)極電壓負(fù)半波輔助建壓，U 為負(fù)值，考慮最嚴(yán)重情況 U=0 時(shí)，滅磁開關(guān)建壓要求為 900V0最大滅磁電流計(jì)算：fm=f02,Xd-1Xd.式中：If0一空載勵(lì)磁電流，592A;Xd一直軸同步電抗，Xd=1.059;Xd一直軸瞬變電抗，Xd=0.308。因此，最大滅磁電流：1fm=59221.059一1=3479AIL0.308直流磁場(chǎng)斷路器設(shè)計(jì)參數(shù)表:型號(hào)CEX7116002.1額定電流1600A額定電壓600V最大分?jǐn)嚯妷?500V最大分?jǐn)嚯娏?600A制造廠家法國(guó) LENOIRELEC 公司8 附

14、錄總體說明針對(duì)本 50MW 水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)要求，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用靜止式可控硅全控橋自并激勵(lì)磁方式。勵(lì)磁系統(tǒng)共五塊屏：1 臺(tái)微機(jī)勵(lì)磁控制器，采用雙通道多 DSP 分級(jí)控制技術(shù)。3 臺(tái)熱管散熱可控硅整流柜，采用第二代環(huán)行熱管技術(shù)。1 臺(tái)滅磁開關(guān)及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)裝置，采用法國(guó) CEX71-1600A2.1 專用滅磁開關(guān)，高能 ZnO 非線性電阻滅磁，高能 PTC 與 ZnO 非線性電阻作為過壓保護(hù)。1 臺(tái)環(huán)氧干式變壓器（帶鋁合金外殼，風(fēng)冷，溫度控制）。其中一、熱管散熱可控硅整流裝置主要配制：采用進(jìn)口可控硅 DCR1006SF2626,990A/2600V。整流橋設(shè)計(jì)裕度充分，整流橋 3 柜

15、并聯(lián)，單橋故障時(shí)仍能滿足包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有功能。每只可控硅都設(shè)置有過流過壓保護(hù)。觸發(fā)回路采用高頻脈沖列觸發(fā)技術(shù)，采用了電壓嵌位和強(qiáng)觸發(fā)技術(shù)，避免可控硅的誤觸發(fā)，提高了抗干擾能力。脈沖變壓器采用環(huán)氧澆注，耐壓可達(dá)到 DC15000V。脈放電源采用獨(dú)立的雙重電源供電。采用第二代環(huán)型熱管散熱器，具備以下優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)速度快：由于熱管殼體內(nèi)部為真空狀態(tài)（一般為 1X10-3Pa）,工作介質(zhì)的相變溫度遠(yuǎn)低于常壓下的沸點(diǎn)溫度（啟動(dòng)溫度低），內(nèi)部流體的流動(dòng)阻力小。因此，熱管的傳熱系數(shù)一般為金屬銀的 401000 倍。等溫性能好：熱管的等溫性能是其它材料所無(wú)法比擬的。一般一根長(zhǎng)十米的熱管，其兩端溫差為 23C。體

16、積小、重量輕：與傳統(tǒng)的鋁型材散熱器相比較，在熱阻相同的條件下，尺寸和重量要小1/31/2 左右。運(yùn)行安全可靠：熱管的工作介質(zhì)在封閉的腔體內(nèi)進(jìn)行工作，封口采用國(guó)際先進(jìn)的焊接技術(shù)，其工作壽命一般為 20 年，它所采用的制造材料不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何的污染，是一種環(huán)保產(chǎn)品。第二代環(huán)型熱管實(shí)現(xiàn)了氣、液分流，從而解決了普通熱管結(jié)構(gòu)工作時(shí)，氣、液混流引起的相互干擾問題，將熱管的傳熱效率提高了 23 倍。具備散熱器溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫度報(bào)警時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫風(fēng)冷。采用進(jìn)口低噪音風(fēng)機(jī)作為備用冷卻風(fēng)機(jī)。采用多種均流措施，如均流互感器，篩選元件參數(shù)均流等。二、勵(lì)磁裝置及轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)主要硬件配置：滅磁開關(guān)：法國(guó) CEX71-1600A2.1 雙極跳開，直流 500V。滅磁電阻：高能氧化鋅 ZnO 電阻，滅磁能容 0.8MJ,殘壓 800V。過電壓保護(hù)組件：PTC&ZnO 過電壓吸收器按壓敏電壓 1200V 設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過電壓動(dòng)作計(jì)數(shù)器及復(fù)位按鈕。設(shè)置直流輔助起勵(lì)回路，滿足黑啟動(dòng)運(yùn)行模式