1、#大學畢業論文設計50MW電站勵磁系統參數計算指導老師：胡先洪王波、張敬學生姓名：#電氣工程及自動化?2002級1發電機組參數 .32勵磁變壓器技術參數計算 .32.1二次側額定線電壓計算 .32.2二次側額定線電流計算 .42.3額定容量計算 .43晶閘管整流元件技術參數計算 .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快速熔斷器參數計算 .65勵磁電纜計算 .76滅磁及過壓保護計算 .76.1滅磁閥片計算.76.2過電壓保護計算.97直流斷路器計算.98附錄121發電機組參數A.額定容量MVA58.8B.額定功率因數滯后0.85C.額定電壓kV10.5D.

2、額切卒Hz50E.相數3F.空載勵磁電壓V62G.額定負你功率因親下勵磁電壓V164H.空載勵磁電流A592I.額定負荷卜勵磁電流A1065J.勵磁繞組絕緣的最高耐壓直流V1500K.勵磁繞組75 2的電阻Q0.1307L.瞬態開路時間常數Tdos6.76M.瞬態短路時間常數Tds1.82N.吊由同步電抗Xd1.059O.宜軸瞬態電抗Xd0.3082勵磁變壓器技術參數計算2.1二次側額定線電壓計算勵磁系統保證在機端正序電壓下降到額定值的80 %時，能夠提供勵磁系統頂值電壓。勵磁系統頂值電壓為發電機額定容量時勵磁電壓的2.0倍。A.具體計算公式：KuUfNUfT 2 =0.8 1.35 cos：

3、 min式中：Ku-電壓強勵倍數a =10 W，取2.0倍在80%UGN下,2.0 164U汀2=-=308V0.8 1.35 cos10綜合考慮，取UfN=360V2.2二次側額定線電流計算0.85的勵磁電流的1.1倍時，能夠長期連續運行。A.具體計算公式:IfT 2K-：IfN式中:裕度系數1.1。IfN-發電機額定容量、額定電壓和功率因素時勵磁電流。B.針對本文設計發電機組:2.3額定容量計算SfT -,3UfT2IfT210 * = . 3 36095610 = 596 KVA取標準容量：630KVA勵磁變壓器設計參數表:額定容量630KVA一次額定電壓10.5KVfN發電機額定容量時

4、勵磁電壓B.針對本文設計發電機組:勵磁系統保證當發電機在額定容量58.8MVA、額定電壓和功率因素為IfT2=1.1 10652= 956 A3二次額定電壓360V接線組別YD11型式三相環氧澆注干式整流勵磁變壓器3晶閘管整流元件技術參數計算3.1晶閘管元件額定電壓的選擇在1.1倍負荷運行溫度下，晶閘管整流器所能承受的反向峰值電壓不小丁2.75倍勵磁變壓器二次側最大峰值電壓。A.晶閘管反向重復峰值電壓具體計算公式：URRM_ K、. 2UfN式中：K_電壓裕度系數，取2.75;UfN-勵磁變壓器二次側線電壓。B.針對本文設計發電機組：URRM_ KU 2UfN- 2.75. 2360 - 14

5、00 V取：URRM= 2600 V3.2晶閘管元件額定電流的選擇晶閘管整流裝置采用三相全控橋式結構，滿足發電機各種工況下(包括強勵) 對勵磁系統的要求。晶閘管整流橋并聯支路數按(n-1)原那么考慮冗余，即一橋故障時能滿足包括強勵在內的所有功能，二橋故障時能滿足除強勵外所有運行方式 的要求。A.針對本文設計發電機組：單橋運行滿足額定容量勵磁電流的1.1倍時，單橋輸出為：1 .1 1065 =1172 A雙橋并聯運行滿足發電機額定容量勵磁電流2.0倍強勵能力時，單橋輸出為：2.0 1065 /2 =1065 A按單橋最大輸出1172A計算，單個橋臂流過的電流平均值：ITAV= 0.5771172

6、 /1.57 = 431 (A)取電流裕度系數Ki =2.0晶閘管元件的正向平均電流值：lT(Av)=Ki lT(av)=2.0 431=862 (A)取：IT(AV)=1400A。實際單柜輸出能力：l =1.571400 /2 / 0.577 = 1905 (A)采用2柜并聯時，額定工況下每柜實際負荷電流：i =1065 /2 = 533 (A)裕度系數：1905 /533 = 3.6根據以上計算，選取ABB公司生產的晶閘管5STP16F2600,通態平均電流1400A ,反向重復峰值電壓2600V0晶閘管設計參數表:型號5STP16F2600反向重復峰值電壓2600V迪態平 均電流1400

7、A制造廠家ABB公司4快速熔斷器參數計算根據晶閘管選型，計算單柜輸出1172A電流時，單個橋臂流過的電流有效值：i = 0.5771172 = 676 ( A)選取快速熔斷器額定電流800A5勵磁電纜計算A.勵磁變到整流柜陽極電纜計算根據晶閘管選型計算，長期運行電流最大為1172A,按照1mm2通過2.5A電流計算電纜截面：Sa= 0.8161172 /2.5 = 383 mm2勵磁變到整流柜陽極電纜截面積應大丁383 mm2。B.勵磁變到整流柜陽極電纜計算機組額定勵磁電流為1065A，按照1mm2通過2.5A電流計算電纜截面：2S,；. = 1.1 1 0632.5 =4 69mm轉子到滅磁

8、開關的連接電纜截面積應大丁469mm2。6滅磁及過壓保護計算6.1滅磁閥片計算滅磁電阻采用ZnO非線性電阻。在最嚴重滅磁工況下，需要非線性電阻承 受的耗能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行 時，仍能滿足滅磁設備的要求。非線性電阻能在盡可能短的時間內釋放磁場能量， 滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓不高丁勵磁繞組出廠對地耐受試驗電壓幅值的50%。A.針對本文設計的發電機組：1轉子繞組的最大儲能：121.2Wf max=3.5Wf0=3.5 LfIf0=3.5 Td0RfIf022式中：Wfmax-轉子繞組的最大儲能，J；Wf0一轉子繞組的空載儲能，J;Lf0轉子繞組在空載

9、時不飽和電感，H;If0 空載勵磁電流,If0=592A;Td0d0一直軸瞬態開路時間常數，Td d0 0=6.76s；Rf一轉子繞組直流電阻(75 C溫度時)，Rf=0.1307 Q。12因此，Wfmax= 3.5 6.76 0.1307592 = 0.54 MJ22ZnO非線性電阻計算：采用ZnO非線性電阻滅磁時，所需的滅磁電阻的能容量：WN=K1K2Wfmax=1.250.73 0.54 = 0.49MJ式中：KI為容量儲藏系數， 在20%的非線性電阻組件退出運行時， 仍能滿足滅磁 設備的要求，KI=1/0.8=1.25 ;K2為耗能分配系數，因轉子儲能量不完全消耗丁滅磁電阻中，還有轉子

10、電阻、磁場斷路器、阻尼繞阻及發電機的整鍛鐵心中均有耗能，水發機組取經驗值0.73 ;汽發機組取經驗值0.5。Wfmax為最大轉子儲能。實際取0.8MJ。3滅磁殘壓計算：滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓不高丁勵磁繞組出廠對地耐受試驗電壓幅值 的50%,不低丁勵磁繞組出廠對地耐受試驗電壓幅值的30%。164 X 10 X 1.414=2320(V)50% X 2320 = 1160(V)30% X 2320 = 696(V)故滅磁殘壓實際選取：VRV=900V火磁閥片設計參數表:電阻材料ZnO滅磁殘壓900V滅磁能量0.8MJ6.2過電壓保護計算過電壓保護動作電壓最低瞬時值高丁最大整流電壓的峰值，并高

11、丁自動滅磁裝置正常動作時產生的過電壓值，動作電壓最高瞬時值低丁功率整流橋的最大允許電壓，且最大不超過勵磁繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的70%,過電壓保護動作值的變化范圍不超過土10%。A.針對本文設計的發電機組：最大整流電壓的峰值：360X 1.414=509(V)自動滅磁裝置正常動作時產生的過電壓值：900V功率整流橋的最大允許電壓：2600V勵磁繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的70% :70% URV+U式中：UK一滅磁開關建壓；URV一滅磁電阻殘壓；U一滅磁時整流柜輸出最大整流電壓。滅磁電阻殘壓：900V由丁交流滅磁時利用陽極電壓負半波輔助建壓，U為負值，考慮最嚴重情況U=0時，滅磁開關建

12、壓要求為900V02最大滅磁電流計算：Ifm = I f0 |2 -1!Xd一式中：If0 -空載勵磁電流，592A;Xd宜軸同步電抗,Xd= 1.059;,Xd一宜軸瞬變電抗,Xd= 0.308o因此，最大滅磁電流：Ifm= 59221.059一1= 3479 AIL 0.308直流磁場斷路器設計參數表:型號CEX 71 1600 2.1額定電流1600A額定電壓600V最大分斷電壓1500V最大分斷電流6600A制造廠家法國LENOIR ELEC公司8附錄總體說明針對本50MW水輪發電機技術要求，對發電機勵磁系統的設計采用靜止式可控硅全控 橋自并鼓勵磁方式。勵磁系統共五塊屏：1臺微機勵磁控

13、制器，采用雙通道多DSP分級控制技術。3臺熱管散熱可控硅整流柜，采用第二代環行熱管技術。1臺滅磁開關及轉子過電壓保護裝置，采用法國CEX71-1600A 2.1專用滅磁開關，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。1臺環氧干式變壓器帶鋁合金外殼，風冷，溫度控制。其中一、熱管散熱可控硅整流裝置主要配制：采用進口可控硅DCR1006SF2626 , 990A/2600V。整流橋設計裕度充分，整流橋3柜并聯，單橋故障時仍能滿足包括強勵在內的所有功能。每只可控硅都設置有過流過壓保護。觸發回路采用高頻脈沖列觸發技術，采用了電壓嵌位和強觸發技術，防止可控硅的誤觸發，提高了抗干擾

14、能力。脈沖變壓器采用環氧澆注，耐壓可到達DC15000V。脈放電源采用獨立的雙重電源供電。采用第二代環型熱管散熱器，具備以下優勢：響應速度快：由于熱管殼體內部為真空狀態一般為1 X10-3Pa，工作介質的相變溫度遠低于常壓下的沸點溫度啟動溫度低，內部流體的流動阻力小。因此，熱管的傳熱系數一般為金屬銀的401000倍。等溫性能好：熱管的等溫性能是其它材料所無法比較的。一般一根長十米的熱管，其兩端溫差為23 Co體積小、重量輕：與傳統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。運行平安可靠：熱管的工作介質在封閉的腔體內進行工作，封口采用國際先進的焊接技術，其工作壽命一

15、般為20年，它所采用的制造材料不會對環境產生任何的污染，是一種環保產品。第二代環型熱管實現了氣、液分流，從而解決了普通熱管結構工作時，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。具備散熱器溫度實時監測，溫度報警時自動啟動備用風機實現強迫風冷。采用進口低噪音風機作為備用冷卻風機。采用多種均流措施，如均流互感器，篩選元件參數均流等。二、勵磁裝置及轉子過電壓保護主要硬件配置：滅磁開關：法國CEX71-1600A 2.1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。過電壓保護組件：PTC & ZnO過電壓吸收器按壓敏電壓1200V設計，設計過電壓動作計數器及復位按鈕。設置直流輔助起勵回路，滿足黑啟動運行模式滅磁柜工作