1、#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 级目 录1 发电机组参数 .22 励磁变压器技术参数计算 .22.1 二次侧额定线电压计算 .22.2 二次侧额定线电流计算 .32.3 额定容量计算 .33 晶闸管整流元件技术参数计算 .43.1 晶闸管元件额定电压的选择 .43.2 晶闸管元件额定电流的选择 .44 快速熔断器参数计算 .55 励磁电缆计算 .66 灭磁及过压保护计算 .66.1 灭磁阀片计算 .66.2 过电压保护计算 .87 直流断路器计算 .98 附录 121 发电机组参数A. 额定容量（MVA） 58.8
2、B. 额定功率因数（滞后） 0.85C. 额定电压（kV） 10.5D. 额定频率（Hz） 50E. 相数 3F. 空载励磁电压（V） 62G. 额定负荷及功率因素下励磁电压（V） 164H. 空载励磁电流（A） 592I. 额定负荷下励磁电流（A） 1065J. 励磁绕组绝缘的最高耐压（直流 V） 1500K. 励磁绕组 75C 的电阻（ ） 0.1307L. 直轴瞬态开路时间常数 Tdo(s) 6.76M. 直轴瞬态短路时间常数 Td(s) 1.82N. 直轴同步电抗（Xd） 1.059O. 直轴瞬态电抗（Xd ） 0.3082 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
3、 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：min2cos35.180fNufTUK式中：Ku-电压强励倍数（ =10时） ，取 2.0 倍（在 80%UGN 下） 。-发电机额定容量时励磁电压。fNUB. 针对本文设计发电机组：=308V10cos35.806422fT综合考虑，取 =360VfN2.2 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
4、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：322fNfTIKI式中：-裕 度 系数 1.1。-发电机额定容量、额定电压和功率因素时励磁电流。fNIB. 针对本文设计发电机组： AIfT9563210.22.3 额定容量计算 KVAIUSfTfT 596109361033322 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
5、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： fNRMUK2式中：-电 压 裕 度 系 数 ， 取 2.75；-励磁变压器二次侧线电压。fNB. 针对本文设计发电机组： VUKfNRM14036275.2取： V603.2 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(n1) 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
6、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：A172065.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： 10652/0.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)=2.0431=862 (A)取：I T(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
7、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：)(4317./7. AITAV )(19057./14057. AI)(3/6i.5/190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：2385./1786.0mSa励磁变到整流柜阳极电缆截面积应大于 383 mm
8、2。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 1mm2 通过 2.5A 电流计算电缆截面：24695./10.mS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： 20200m
9、ax 15.315.3 . fdfff IRTILW式中：W fmax 转子绕组的最大储能，J；Wf0 转子绕组的空载储能，J；)(671257.0AiLf0 转子绕组在空载时不饱和电感，H；If0 空载励磁电流，I f0 =592A； 直轴瞬态开路时间常数， =6.76s；0dT0dTRf 转子绕组直流电阻 (75温度时)，0.1307 。f因此， MJWf 54.092137.0625.3max 2 ZnO 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： MJWKfN 49.05.7302.1max21 式中：K1 为容量储备系数，在 20%的非线性电阻组件退出运
10、行时，仍能满足灭磁设备的要求，K 1=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 0.5。为最大转子储能。maxfW实际取 0.8MJ。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%。 。16410 1.414=2320(V)50%2320 = 1160(V)30%2320 = 696(V)故灭磁残压实际选取：V RV =900V灭磁阀片设计参数表：电阻
11、材料 ZnO灭磁残压 900V灭磁能量 0.8MJ6.2 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10%。A. 针对本文设计的发电机组：最大整流电压的峰值：3601.414=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
12、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： 120dffmXI式中：If0 空载励磁电流，592A ； 直轴同步电抗， 1.059；dXdX 直轴瞬变电抗， 0.308。 因此，最大灭磁电流： AIfm3479108.5259直流磁场断路器设计参数表：型号 CEX 71 1600 2.1额定电流 1600A额定电压 600V最大分断电压 1500V最大分断电流 6600A
