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励磁系统参数计算
########大学毕业论文设计
50MW电站励磁系统
参数计算
指导老师:
胡先洪
王波、张敬
学生姓名:
########
《电气工程及自动化》2002级
1发电机组参数2
2励磁变压器技术参数计算3
2.1二次侧额定线电压计算3
2.2二次侧额定线电流计算4
2.3额定容量计算4
3晶闸管整流元件技术参数计算5
3.1晶闸管元件额定电压的选择5
3.2晶闸管元件额定电流的选择5
4快速熔断器参数计算6
5励磁电缆计算7
6灭磁及过压保护计算7
6.1灭磁阀片计算7
6.2过电压保护计算9
7直流断路器计算10
8
12
附录
1发电机组参数
A.额定容量(MVA58.8
B.额定功率因数(滞后)0.85
C.额定电压(kV)10.5
D.额定频率(Hz)50
E.相数3
F.空载励磁电压(V)62
G.额定负荷及功率因素下励磁电压(V)164
H.空载励磁电流(A)592
I.额定负荷下励磁电流(A)
1065
J.励磁绕组绝缘的最高耐压(直流V)1500
K.励磁绕组75?
C的电阻(?
)0.1307
L.直轴瞬态开路时间常数T?
do(s)6.76
M.直轴瞬态短路时间常数T?
d(s)1.82
N.直轴同步电抗(Xd)1.059
O.直轴瞬态电抗(Xd)0.308
2励磁变压器技术参数计算
2.1二次侧额定线电压计算
励磁系统保证在机端正序电压下降到额定值的80%时,能够提供励磁系统顶值电
压。
励磁系统顶值电压为发电机额定容量时励磁电压的2.0倍。
A.具体计算公式:
式中:
Ku----电压强励倍数(=10?
时),取2.0倍(在80%U下)。
UfN-----发电机额定容量时励磁电压。
B.针对本文设计发电机组:
fT2
2.0164
0.81.35cos10
=308V
综合考虑,取UfN=360V
2.2二次侧额定线电流计算
励磁系统保证当发电机在额定容量58.8MVA、额定电压和功率因素为0.85的励磁
电流的1.1倍时,能够长期连续运行。
A.具体计算公式:
式中:
K——裕度系数1.1。
IfN----发电机额定容量、额定电压和功率因素时励磁电流。
B.针对本文设计发电机组:
2.3额定容量计算
取标准容量:
630KVA
励磁变压器设计参数表:
额定容量
630KVA
一次额定电压
10.5KV
二次额定电压
360V
接线组别
YD11
型式
三相环氧浇注干式整流励磁变压器
3晶闸管整流元件技术参数计算
3.1晶闸管元件额定电压的选择
在1.1倍负荷运行温度下,晶闸管整流器所能承受的反向峰值电压不小于2.75倍励磁变压器二次侧最大峰值电压。
A.晶闸管反向重复峰值电压具体计算公式:
式中:
K电压裕度系数,取2.75;
UfN励磁变压器二次侧线电压。
B.针对本文设计发电机组:
取:
URRM2600V
3.2晶闸管元件额定电流的选择
晶闸管整流装置采用三相全控桥式结构,满足发电机各种工况下(包括强励)对励磁
系统的要求。
晶闸管整流桥并联支路数按(n-1)原则考虑冗余,即一桥故障时能满足包括强励在内的所有功能,二桥故障时能满足除强励外所有运行方式的要求。
A.针对本文设计发电机组:
单桥运行满足额定容量励磁电流的1.1倍时,单桥输出为:
双桥并联运行满足发电机额定容量励磁电流2.0倍强励能力时,单桥输出为:
按单桥最大输出1172A计算,单个桥臂流过的电流平均值:
取电流裕度系数Ki=2.0晶闸管元件的正向平均电流值:
IT(AV)=Ki?
IT(av)=2.0?
431=862(A)
取:
IT(AV)=1400A
实际单柜输出能力:
采用2柜并联时,额定工况下每柜实际负荷电流:
裕度系数:
根据以上计算,选取ABB公司生产的晶闸管5STP16F2600通态平均电流1400A反向
重复峰值电压2600V。
晶闸管设计参数表:
型号
5STP16F2600
反向重复峰值电压
2600V
通态平均电流
1400A
制造厂家
ABB公司
4快速熔断器参数计算
根据晶闸管选型,计算单柜输出1172A电流时,单个桥臂流过的电流有效值:
选取快速熔断器额定电流800A。
5励磁电缆计算
A.励磁变到整流柜阳极电缆计算
根据晶闸管选型计算,长期运行电流最大为1172A,
按照1mm2通过2.5A电流计算电缆截面:
励磁变到整流柜阳极电缆截面积应大于383mm2。
B.励磁变到整流柜阳极电缆计算
机组额定励磁电流为1065A,按照1mm通过2.5A电流计算电缆截面:
转子到灭磁开关的连接电缆截面积应大于469mm2。
6灭磁及过压保护计算
6.1灭磁阀片计算
灭磁电阻采用ZnO非线性电阻。
在最严重灭磁工况下,需要非线性电阻承受的耗能容量不超过其工作能容量的80%,在20%的非线性电阻组件退出运行时,仍能满足灭磁设备的要求。
非线性电阻能在尽可能短的时间内释放磁场能量,灭磁过程中,励磁绕组反向电压不高于励磁绕组出厂对地耐受试验电压幅值的50%。
A.针对本文设计的发电机组:
1转子绕组的最大储能:
式中:
Wfmax—转子绕组的最大储能,J;
Wf0—转子绕组的空载储能,J;
Lfo—转子绕组在空载时不饱和电感,H;
If0—空载励磁电流,If0=592A
Tdo—直轴瞬态开路时间常数,Tdo=6.76s;
Rf—转子绕组直流电阻(75C温度时),Rf0.1307Qo
12因此,Wfmax3.5—6.760.13075920.54MJ
2
2ZnO非线性电阻计算:
采用ZnO非线性电阻灭磁时,所需的灭磁电阻的能容量:
式中:
K1为容量储备系数,在20%勺非线性电阻组件退出运行时,仍能满足灭磁设备的要求,
K1=1/0.8=1.25;
K2为耗能分配系数,因转子储能量不完全消耗于灭磁电阻中,还有转子电阻、磁场断
路器、阻尼绕阻及发电机的整锻铁心中均有耗能,水发机组取经验值0.73;汽发机组取经
验值0.5o
Wfmax为最大转子储能。
实际取0.8MJo
3灭磁残压计算:
灭磁过程中,励磁绕组反向电压不高于励磁绕组出厂对地耐受试验电压幅值的50%不
低于励磁绕组出厂对地耐受试验电压幅值的30%
164X10X1.414=2320(V)
50%<2320=1160(V)
30%X2320=696(V)
故灭磁残压实际选取:
Vrv=900V
火磁阀片设计参数表:
电阻材料
ZnO
灭磁残压
900V
灭磁能量
0.8MJ
6.2过电压保护计算
过电压保护动作电压最低瞬时值高于最大整流电压的峰值,并高于自动灭磁装置正常
动作时产生的过电压值,动作电压最高瞬时值低于功率整流桥的最大允许电压,且最大不
超过励磁绕组出厂对地耐压试验电压幅值的70%过电压保护动作值的变化范围不超过土
10%
A.针对本文设计的发电机组:
最大整流电压的峰值:
360X1.414=509(V)
自动灭磁装置正常动作时产生的过电压值:
900V
功率整流桥的最大允许电压:
2600V
励磁绕组出厂对地耐压试验电压幅值的70%:
70%<2320=1624(V)
综合考虑,取过压保护动作值为1200V。
采用ZnO非线性灭磁电阻兼作过压保护,由过压保护跨接器控制,当转子绕组过电压超过过压保护跨接器整定值时,过压保护跨接器动作,触发过压保护回路晶闸管,投入灭磁电阻,将转子绕组过电压限制在灭磁残压值。
7直流断路器计算
1建压能力计算:
采用交流灭磁方式,跳灭磁开关的同时封锁脉冲,灭磁开关建压能力满足:
UK>URv+U
式中:
UK—灭磁开关建压;
URV—灭磁电阻残压;
U—灭磁时整流柜输出最大整流电压。
灭磁电阻残压:
900V
由于交流灭磁时利用阳极电压负半波辅助建压,U为负值,考虑最严重情况
U=0时,灭磁开关建压要求为900V。
2最大灭磁电流计算:
式中:
If0—空载励磁电流,592A;
Xd—直轴同步电抗,Xd1.059;
Xd—直轴瞬变电抗,Xd0.308
1059
因此,最大灭磁电流:
lfm5922—13479A
0.308
直流磁场断路器设计参数表:
型号
CEX7116002.1
额定电流
1600A
额定电压
600V
最大分断电压
1500V
最大分断电流
6600A
制造厂家
法国LENOIRELE(公司
8附录
总体说明
针对本50MV水轮发电机技术要求,对发电机励磁系统的设计采用静止式可控硅全控桥
自并激励磁方式
励磁系统共五块屏:
1台微机励磁控制器,采用双通道多DSP分级控制技术。
3台热管散热可控硅整流柜,采用第二代环行热管技术。
1台灭磁开关及转子过电压保护装置,采用法国CEX71-1600A2.1专用灭磁开关,
高能ZnO非线性电阻灭磁,高能PTC与ZnO非线性电阻作为过压保护。
1台环氧干式变压器(带铝合金外壳,风冷,温度控制)。
其中
一、热管散热可控硅整流装置主要配制:
采用进口可控硅DCR1006SF2626990A/2600V。
整流桥设计裕度充分,整流桥3柜并联,单桥故障时仍能满足包括强励在内的所有功能。
每只可控硅都设置有过流过压保护。
触发回路采用高频脉冲列触发技术,采用了电压嵌位和强触发技术,避免可控硅的误触发,提高了抗干扰能力。
脉冲变压器采用环氧浇注,耐压可达到DC15000V
脉放电源采用独立的双重电源供电。
采用第二代环型热管散热器,具备以下优势:
响应速度快:
由于热管壳体内部为真空状态(一般为1x103Pa),工作介质的
相变温度远低于常压下的沸点温度(启动温度低),内部流体的流动阻力小。
因此,热管的传热系数一般为金属银的40〜1000倍。
等温性能好:
热管的等温性能是其它材料所无法比拟的。
一般一根长十米的热管,其两端温差为2〜3°C。
体积小、重量轻:
与传统的铝型材散热器相比较,在热阻相同的条件下,尺寸和重量要小1/3〜1/2左右。
运行安全可靠:
热管的工作介质在封闭的腔体内进行工作,封口采用国际先进的焊接技术,其工作寿命一般为20年,它所采用的制造材料不会对环境产生任何的污染,是一种环保产品。
第二代环型热管实现了气、液分流,从而解决了普通热管结构工作时,气、液混流引起的相互干扰问题,将热管的传热效率提高了2〜3倍。
具备散热器温度实时监测,温度报警时自动启动备用风机实现强迫风冷。
采用进口低噪音风机作为备用冷却风机。
采用多种均流措施,如均流互感器,筛选元件参数均流等。
二、励磁装置及转子过电压保护
主要硬件配置:
灭磁开关:
法国CEX71-1600A2.1双极跳开,直流500乂
灭磁电阻:
高能氧化锌ZnO电阻,灭磁能容0.8MJ,残压800V。
过电压保护组件:
PTC&ZnO过电压吸收器按压敏电压1200V设计,设计过电压动作计数器及复位按钮。
设置直流辅助起励回路,满足黑启动运行模式
灭磁柜工作原理说明:
正常运行时,FMK主、弧触头闭合,电流通过FMK流过。
正常灭磁为逆变灭磁,灭磁开关不动作。
事故跳FMK灭磁时,FMK常闭触头先闭合,FMK弧触头建压,在磁场电流的作用下,迅速在其两端建立起断口电压Uk,当Uk超过高能ZnO的压敏电压(Uomj时,即能
有效阻断磁场电流并实现快速移能灭磁。
灭磁及过电压保护原理图
指导老师简历
胡先洪,三峡电厂测控分部主任
王波,能达公司励磁部部长
张敬,能达公司励磁部主任设计师
胡先洪照片(同西门子励磁设计师Mr.Reiman在三峡泄洪闸合影)
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- 系统 参数 计算